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1、引黄灌溉渠网水沙调度模型摘要：根据引黄灌区渠网特点，在黄河下游灌渠水流泥沙数学模型1的根底上，进一步分析了干、支、斗、农渠等的灌溉及水流泥沙运动特性，介绍了灌溉渠网水沙调度模型水流泥沙计算方法。最后以簸箕李灌区为例，对不同灌溉方案渠道淤积及泥沙分布进展了计算分析。关键词：灌溉渠网调度模型1前言随着引黄灌溉事业的开展，泥沙问题日益突出。引黄泥沙的处理不但影响沿黄两岸地区的工农业效益，还将造成土地沙化，成为影响环境的公害。渠网水沙调度的目的是通过不同的泥沙处理和灌区布置方式，进展泥沙远间隔 输送，使进入渠道的泥沙得到合理的安排。这也正是引黄灌溉泥沙安排的战略方向。2渠网水沙调度模型的计算方法黄河下
2、游引黄灌区灌溉渠道的分布均可概化成干、支、斗、农、田的构造形式，即水流自上而下逐级分流直至田间。干渠的水沙运动可用灌渠水流泥沙数学模型来计算(详见文献1)。假设将支渠看成是干渠、斗渠看成是支渠，那么支渠的冲淤计算也与干渠一样，而斗渠和农渠又可看成是支渠与斗渠的形式，这样整个灌区的干、支、斗、农渠直至田间的水沙运动过程都可求出，因此以灌渠水流泥沙数学模型为根底，考虑不同灌溉渠道中引水、灌溉形式等，即可建立用于泥沙调度的渠网水沙调度模型。由于一个灌区的支、斗、农渠很多，假设通过对每条渠道的计算来求全灌区的淤积及分布那么非常繁杂。因此在渠网水沙调度模型中，根据详细情况进展了简化。首先把灌区内自流灌区
3、与提水灌区分开；然后根据平面位置、地形情况、种植作物异同等分成几片(可包括几个支渠灌溉系)；再分别找出有代表性的典型支渠灌溉系，进展支、斗、农至田间的泥沙淤积及分布计算；最后用各代表支渠系统的计算结果，推算出各片的泥沙淤积分布情况，即可计算出整个灌区(包括自流灌区和提水灌区)的泥沙淤积分布。下面详细介绍各级渠道的水沙计算方法。2.1干渠水流泥沙计算一般情况下，干渠的进、出口边界条件(即进口水沙、出口水位过程)是的，这些资料可以在干渠实际运行中得到，支渠分流分沙量可根据不同灌溉情况确定。(1)自流灌区：用的干渠进出口流量差，减去渠道输水损失，即可得干渠向支渠轮灌组的总送水流量。因各支渠的分流量一
4、般没有实测资料，可根据其设计流量在该轮灌组设计流量总和中所占比例进展分配，自流灌溉支渠的引水引沙比相当。(2)提水灌区：各提灌支渠的引水流量根据各泵站的提水流量确定，此时，干渠进出口流量差减去各支渠总的提灌流量，即为干渠的损失流量。值得注意的是提灌支渠引沙比大于引水比，一般取其比值为1.07。根据干渠进、出口及支渠分流分沙条件，用灌渠数学模型即可计算出干渠各计算断面的水流泥沙情况，如文献1中簸箕李灌区干渠的验算。2.2支渠水流泥沙计算在干渠水沙计算的过程中，可以得到支渠进口断面的水位、流量、含沙量和悬沙级配。将有斗渠进水闸的地点设立计算断面，根据不同的灌溉方式求出农渠分水分沙量及支渠末端的水位
5、。(1)自流灌区图1是灌区轮灌示意图，当支渠向斗渠第一轮灌组送水时，支渠出口水位为斗9进水闸门前的水位；当支渠向斗渠第二轮灌组送水时，斗7斗9是关闭的，假设第二轮灌组最后一斗渠为斗6，那么斗6进水闸前的水位为支渠的出口水位，其余可以类推。支渠出口水位可根据轮灌组最后一斗渠进水闸前的水位来确定。支渠进口流量减去支渠水流的损失，即为出口流量。同一斗渠轮灌组内有几个斗渠，每个斗渠的分流量，可根据其设计流量在该轮灌组设计流量总和中所占比例来确定。如图1，斗7、斗8、斗9负担浇灌的田间面积相等，那么其设计流量也应相等，即三个斗渠的分流量亦相等，故斗9的进口流量为图1自流灌区支渠、农渠、斗渠轮灌示意图Th
6、ertatinirrigatinskethfirrigatindistritbygravityfl式中QD为斗9的进口流量；QA为支渠的进口流量；qAD为支渠AD段流量损失。根据斗渠进口流量及口门的水位流量关系，可得出斗9进水口门前的水位，故支渠的下游水位过程也就能确定。斗渠第一轮灌组浇一次水的运行时间，可根据该组控制灌溉面积的需水量求出。同理第二、第三轮灌组的运行时间也可求出。那么整个支渠浇一次水的开闸放水时间也可知，利用灌渠数学模型就可计算出这次放水期间支渠的泥沙淤积量、淤积分布和床沙级配等。(2)提水灌区提灌支渠的进口流量由扬水站抽水量来确定。假设支渠向斗渠送水是自流，那么确定支渠下游水
7、位的方法与自流灌区支流确定下游水位的方法一样；但通常提灌支渠向斗渠送水，多为水泵提水，这时可假设支渠末端水位不变，等于支渠的设计水位，而斗渠轮灌组中斗渠的分流量，由各斗渠提水水泵的抽水流量来确定。其他计算过程同自流灌区的支渠水流泥沙计算一样。2.3斗渠水流泥沙计算(1)自流灌区斗渠的情况与支渠相似，只是间隔 更短，可在各农渠进口设计断面，农渠也可分为几次轮灌，如图1是分两次。因假设斗7、斗8、斗9入流量相等，故只须计算其中之一(如斗9)的水流泥沙过程就行。计算斗9第一次轮灌时，假设向3条农渠放水，而且每条农渠进水流量也可根据其浇灌面积所占比例来分配斗渠的输出流量，即可按各农渠设计流量大小比例分
8、配。这里假设其相等，那么式中QE为农渠E的进水流量；QD为斗9渠的进水流量；qED为斗9渠ED段流量的损失。(2)提水灌区提灌斗渠的进口流量是由水泵的抽水流量确定的，但提灌斗渠向农渠送水一般为自流，因此其他计算过程与自流灌区斗渠的水流泥沙计算一样。当然，假设农渠分水仍提水，那么可假设斗渠末端的水位为设计水位(如在簸箕李灌区计算中取水深为0.50.8)，各农渠的水量由其水泵的抽水流量决定，因此斗渠的水流泥沙过程用前述数学模型一样可求。2.4农渠和田间的泥沙淤积农渠和田间的水流泥沙过程是一样的，根据农渠各轮灌组的运行时间及进入农渠流量、含沙量就可求出泥沙在农渠和田间的淤积量。田间淤积分布的情况是农
9、渠放水口附近淤积较多、离放水口远处淤积较少。因为进入田间的泥沙粒径都相当细，所以总体来看可假设田间淤积是平均分布的。何况每次耕作，土地都需要平整，因此均匀分布的假设对田间来说是可行的。转贴于论文联盟.ll.3簸箕李灌区渠网水沙调度方案计算渠网水沙调度的目的是通过不同的泥沙处理和灌溉方式，使进入渠道的泥沙得到合理的安排，运用渠网泥沙调度模型，可以比较不同调度方案的泥沙淤积及分布情况，以供消费实际参考。现以簸箕李灌区为例，对几种可行调度方案进展计算分析。3.1水沙调度方案灌区泥沙处理方式按渠首布置方式的不同分为集中处理和分散处理两种方式。集中处理是在渠首引水闸后设立沉沙池，浑水经过沉沙池，粗颗粒泥
10、沙大量集中落淤，含较细颗粒泥沙的浑水逐次分流进入各级渠道和田间；分散处理那么不设沉沙池，直接把泥沙分散到渠道和田间。当沉沙池作用未得到较好的发挥时，也属于这种情况。灌区灌溉方式分同时配水和集中轮灌。同时配水是指灌溉期间，渠道内所有的引水闸门全部开启，同时浇灌渠道所负责的灌溉面积；集中轮灌是指将渠道所担负的灌溉面积分成几组，按由下游至上游的顺序，轮流灌溉每组。不同的泥沙处理和灌溉方式，都将导致泥沙在灌区的分布情况发生变化。在此仅详细讨论以下三种方案下计算结果：设沉沙池，同时配水；设沉沙池，集中轮灌；改沉沙条渠为一般的干渠，集中轮灌。3.2渠网水沙调度方案计算结果分析表1自流典型干渠、支渠、斗渠泥
11、沙中值粒径沿程分布(单位)Thedistributinfidsizefbedsedientingravityirrigatindistrit干渠总干渠支渠总干渠斗渠调度工程汛期非汛期汛期非汛期汛期非汛期方案上游下游上游下游上游下游上游下游上游下游上游下游1悬沙0.00970.00790.03770.02380.00800.00500.01850.00690.00500.00440.00890.0044床沙0.06250.02850.06250.03550.03470.01320.04000.01200.02120.00880.02130.01202悬沙0.00970.00780.03770.0
12、1300.00780.00770.00960.00760.00760.00530.00950.0075床沙0.06250.03100.06250.03800.01000.01000.02280.03220.03220.02050.02400.01973悬沙0.00970.00890.03770.03130.00870.00870.01490.00870.00870.00540.01400.0068床沙0.06250.03700.06250.03920.02270.02270.04600.03320.03320.01900.03800.0219表2提灌典型支渠、斗渠泥沙中值粒径沿程分布(单位)T
13、hedistributinfidsizefbedsedientinliftirrigatindistrit二干渠支渠二干渠斗渠调度工程汛期非汛期汛期非汛期方案上游下游上游下游上游下游上游下游1悬沙0.00800.00430.02350.02350.00430.00430.00890.0082床沙0.02000.00800.03000.03000.00800.00800.02000.01002悬沙0.00780.00780.01300.01300.00780.00600.00940.0094床沙0.02050.00780.03100.03100.0100.00900.02200.02203悬沙0.00880.00880.03900.03100.00880.00710.02000.0173床沙0.03220.00880.04100.03900.02150.02050.03600.0290图2三种方案干渠沿程累计淤积量图3三种方案灌区各部分淤积量占总引沙量的百分数TheauntfsedientdepsitininBjiliIrrigatinDistrit
