引水渠

引水渠在人類歷史上作為人造以及天然水源的最主要運輸（引流）載具（方式）之一，同時與沉澱-過濾-消毒這一系統流程形成近代人們最基本認知的飲用水處理系統。並在農業灌溉以及其他多個生活領域有其廣闊的套用。引水渠是水利工程中的重要渠道構築物，起著輸送水源、引水發電、農業灌溉等作用。

基本介紹

• 中文名：引水渠
• 外文名：diversion canal
• 作用：輸送水源、引水發電、農業灌溉等
• 套用：農業、水利工程、飲用水處理系統
• 起源：公元早期古羅馬

介紹

所謂引水渠即連通水源、排水區與泵房的明渠，即泵站的引水渠。具體而言，引水渠的主要作用體現在以下幾個方面：①採用引水渠可以拉近泵房與灌區的距離， 縮短輸水管道的長度，從而降低工程的投資成本與能量消耗；②有利於水泵的正向進水；③可以防止泵房直接接觸水源，有利於泵房結構的簡化與施工的簡便；④有些泵站需要由多泥沙的水源中抽水，所以採用引水渠可以提供設定沉沙池的場地， 並且如果水源水位的變化幅度較大，地面坡反而相對平坦，也可以採用引水渠的作法來降低工程成本。

在早期，城市人口成長的限制往往是取決於水源缺乏。在多數狀況下，解決的辦法就是建造一條引水渠。引水渠是大型而且由高牆所築成的工程，可將高山及丘陵附近的水源引到城內，在通過引水渠運送大量的水到城市之中後，城市就可以成長得更大。而且引水渠相對於掘井或是自死水溏汲水的方式來說，可以減少發生傳染病的機率。引水渠也同樣使得居民可以開始在一些原先不適開發的環境，像是沙漠，通過運送外部水源的方式來進行開發。在現代，像洛杉磯，也是通過科羅拉多河的水源，用引水渠運送超過2000英里才能像現在這么繁榮。

圖1.引水渠

分類

有自動調節能力

有自動調節能力的引渠的主要特點是渠頂不是按一定的坡降沿渠逐漸降低的，而是水平的或者是逐漸升高的。這樣，當渠中通過設計流量時，其水面線2～3與渠底平行；當泵站不運行時，渠中水位與水源水位齊平。這種渠道不論渠中通過的流量大小，其水位均不會超出渠頂發生漫濫現象，所以無需設定控制建築物。因為它具有容積，可自動進行調節，因此被稱為有自動調節能力的引渠。

帶有自動調節能力的引渠的泵站可以利用站前出現的高水位運行，從而節省能量消耗，但是，它的填挖方工程量大，泵房和前池日邊牆必須有較高的擋水段，從而增大了工程投資。當水源水位變幅很大時，還需考慮渠道控制建築物的影響等因素。

有自動調節能力

無自動調節能力的引渠是渠頂沿渠有一定的坡降，其值一般與渠底坡降相同。由於這種引渠沒有調節容積，所以無自動進行調節的能力。當渠中通過的流量等於零或者小於設計流量時，就有產生渠水漫頂的危險，因此需要在引渠末端設定溢水設施，或在渠首設閘進行節制。

無自動調節功能的引水渠一般適用於從自流渠道中引水的灌溉站的引渠，二級以上的泵站引渠以及排水站的引渠等， 其成本低， 施工方便。

設計要點

斷面設計

在設計引水渠的斷面形狀時需要考慮地形因素、地質條件等，不過最常見的仍是梯形斷面，而斷面面積的大小則參考工程實際的技術經濟條件。通常在進行技術經濟比較前，首先要估算出斷面的大概面積，參考渠中的流速為1.2~1.5m/s；對於有調節功能的引水渠而言，在確定其最高水位時，要分別計算出渠中流量最大時突然產生正波時的水平以及渠中流量歸零時的情況，比較分析後再確定下來。注意引渠渠尾的水深變化幅度，如果變幅過大會導致引渠坍坡，增加泵房擋水的高度，特別是針對負值吸水的泵房，會產生更大的影響，最終增加工程投資成本。所以在設計引水渠斷面時要設計出至少3種方案，即在渠道設閘控制、在渠尾設定溢流設備、增加泵房擋水高度等，比較3種方案的技術性與經濟性。其中工程成本與渠道斷面面積的大小成正比關係，即斷面越大，成本越高，不過渠中的水流速度會相應的減小，所以可以降低水頭損失；而渠斷面越小則可以降低工程成本，但是渠中水流的速度也會相應的提高，從而增加水頭損失提高了渠道的成本，最終也會影響到工程的基本建設投資；並且比較而言，增加斷面只會增加修建渠道的初期投資成本，但是水頭損失則是一項長年的支出，所以在設計引水渠斷面時，首要考慮的是經濟性因素。

此外，由於引水渠水面坡降導致的能量消耗，可以通過設計很容易求出，不過在引水渠後續長期的運行使用過程中，水源的水位、水泵的運行數量等不可能一成不變，這些動態的變化導致引水渠實際的工作歷時與理論上的設計情況不相符，所以在計算引水渠引起的能耗時，要充分考慮這一因素。

引水線路與長度確定

在選擇引水渠的流經線路時，要全面考慮工程所處的地形情況、地質條件、施工技術、填方與挖方的平衡、經濟因素等。在確定泵站引水渠的長度時，要綜合對比兩個方面的技術性與經濟性：①對比輸水乾渠，因為如果輸水乾渠長度過大，其填方工程量相應的也會較大，並且滲漏損失也較高；②對比出水管道，如果出水管道過長，同樣會提高工程的投資成本，增加能量的消耗，並且還存在出現水錘事故的可能。此外，如果水源的含沙量較多，那么在設計引水渠的長度時，還要將沉沙的因素考慮進來。對於臨時性泵站而言，由於其使用期相對較短， 所以實際的引水渠長度設計儘量遵循投資最小的原則；當然，如果泵站是長期使用的，則渠道的經濟長度要遵循管理成本最低的原則。由此可見，引水渠線路的長度設計要基於經濟性的角度，綜合考慮其它各種具體的條件。

水泵配合運行計算

一般情況下在確定引水渠的斷面與縱坡時，要求水源在設計水位下，參考設計過程中最大流量時渠中保持等速流的條件來確定。不過泵站在實際運行過程中，水源的水位是一項不確定因素，並且水泵運行的數量不同，渠中流經的水流量也存在差異，所以引水渠在絕大部分時間是處於非等速流的狀態下運行的，此時要求渠尾水深必須可以滿足水泵或者吸水管的最小吃水深，並且不得淹沒泵房，或者出現漫溢的問題，因此要對各種不同水位下水泵的工作點進行嚴格的校核，特別是一些水泵揚程低、引水渠線路長的泵站以及多級提水泵站，更應作為校核的重點對象。

圖2.引水渠

施工注意事項

一些工程位於引水管渠控制範圍內的號房基礎採用預製樁，打入樁施工時會對周圍土體進行擠壓，特別是在軟土地基中施工擠土影響尤為厲害。同時由於地下水位較高，樁的打入破壞周圍土體的力系平衡，產生超靜空隙水壓力，引起土體的位移和隆起，造成管渠的沉降和水平位移。

由於施工中大量臨時荷載在施工現場內的堆積，可能對局部土體沉降有一定影響，這就給施工機械、車輛通行以及場地布置等多方面帶來很多限制。

由於總體綠化施工、管線敷設等工序施工需預先去除部分土體，待施工完成後回填土。對於地下管線上部土體先卸載再載入，可能引起底下管線承受荷載不同，而產生不均勻沉降。

以上各道工序都可能對原水引水管渠有影響，因此必須重點對引水管渠進行保護。

歷史起源

在公元早期（公元前200年到公元後400年），深冬季節，巴勒斯坦司法當局派遣官員打井，修理損壞的水塘和水渠。如果當地沒有合適的水源，就修水渠引水。

古羅馬是古代史上最重視公共健康和水質衛生的時期，人們付出極大的努力尋找和選擇水源。公元1世紀，羅馬城由9條水渠從附近郊區的山上輸水進城。引水渠的沿途每間隔一定的距離設有水池起沉澱作用，水池內還有沙子和石頭起過濾作用（與現代水處理流程中的過濾很相似）。

當被羅馬征服後，人們建造了水渠以便輸水去大城市。例如，在咖太基市，哈涓皇帝建造了長達八英里的水渠，每天能輸入幾百萬加侖的水去城裡。在奧古斯時期，羅馬人在法國的萊姆斯城建造了另一條大型水渠。由此羅馬人將他們關於清潔飲水和講究衛生的知識傳播到當時世界上的其他地方。