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摘要：明渠引水系统对农业灌溉、跨流域调水和河道航运有着深远意义，研究明渠引水系统的边界控制问题，保证渠道蓄水水位的稳定性能够有效提高渠道系统的用水效率，实现适时、适量供水，避免水资源的浪费。然而，明渠引水系统不仅结构复杂、而且还存在着诸如降雨、用户用水变化等各种干扰，这些外部不确定因素都会对渠道的稳定运行产生重大影响。如何设计有效的边界控制方案保证蓄水水位的稳定，成为解决明渠引水系统用水效率问题的关键。由于渠道中水流动态特性呈现强非线性、延时长的特点，难以用传统控制方法得到理想的控制效果。因此，研究明渠水系牛引、排水系统的控制和优化问题在理论上和实践中都受到了广泛关注。
关键词：丘陵地区；明渠整治；方案优化
引言：：
水资源是基本自然资源，也是战略性经济资源，是一个国家综合国力的重要组成部分。展望未来，水资源正日益影响全球的环境和社会经济发展，甚至可能导致国家或地区之间的冲突。因此，探讨水资源的国家战略及其相关科学问题，是全球和各国政府关注的主要议题之一。中国的水资源在世界各国中排名第六位，但人均占有量仅为世界平均水平的22070，而且水资源在空间和时间上的分布都极不均匀，由东南沿海向西北内陆递减。随着人类生产活动的频繁和经济社会的快速发展，在对水资源的需求不断增长的同时，对水资源的浪费和由水资源污染引起的环境问题也日趋严重。因此，必须有效地管理水循环系统，实现节约用水，达到减少水污染、保护环境的目的。明渠引水和排水系统就是明渠水系中重点研究的两大系统。在明渠引水系统中，主要考虑的是保持引水渠道中蓄水水位的稳定性问题，而在明渠排水系统中关注的是溢流控制和节能降耗问题。
一、项目基本情况
1、安居区2016年省级水资源费节水型社会重点县建设项目建设区位于常理镇、拦江镇。常理镇距遂宁城区21km，安居城区42km；项目涉及常理镇大洞村、万福村、白象村、迎龙村、白兔村、双河口村、五洞村、花房村、金线村、陈谷村、沿河村等11个村。聚贤镇石板凳村、皂角垭村、宝珠寺村和木桶井村等4个村。拦江镇大益湾村、四益湾村、土桥子村、龙门村、富国寺村和马河嘴村等6个村。总计21个村。
2、安居区位于四川盆地中部，涪江中游，遂宁市西南方，距遂宁城区23km，辖区面积1258.2km2；东接遂宁市船山区、北靠遂宁市大英县、西邻资阳市乐至县、南联资阳市安岳县和重庆市潼南县，东经105°4′0″~105°43′45″，北纬30°10′30″~30°34′10″，东西长45km，南北宽28km，处于成渝经济区的交界和成渝经济圈的腹心地带。
3、常理镇主要灌溉渠道以提灌渠为主，提灌站均为上世纪60~70年代建设，目前提灌站损毁严重，渠道以土渠为主；安居区2016年度小农水项目在常理镇主要进行提灌站、山坪塘及渠道整治，本次项目为小农水项目所涉及的提灌站配套渠系建设，以充分发挥工程效益。安居区2016年度小型农田水利工程分布在常理镇与观音镇两个乡镇，主要建设内容为整治渠道212.68km。
二、地形地貌
安居区地处川中丘陵腹地，地貌以浅丘平坝为主。丘顶高程一般在310～400m之间，相对高差一般在25～65m，最大高差约110m，区内沟谷发育，山梁纵横，构造剥蚀地貌和侵蚀堆积地貌是区内两大地貌单元。
三、区域地质与水文地质
1、安居区地处川中丘陵腹地，地质构造简单，褶皱平缓，地貌类型单一，地势平坦，属中生代侏罗纪岩层，经流水侵蚀、切割、堆积形成侵蚀丘陵地貌，海拔高度在300~600米。全境岩层下部以石灰岩为主，上部以紫红色沙土、泥岩为主，似为“红土地”。
2、区内地质构造简单，无较大断裂和发震构造存在，近期构造运动微弱，主要表现为区域间歇性缓慢上升，据GB18306-2015《中国地震动参数区划图》，工程区50年超越概率10％地震动峰值加速度值为0.05g，相应地震基本烈度为Ⅵ度，工程区场地构造稳定性好。根据《四川省水资源开发利用评价报告》，安居区地下水属于山丘区的四川盆地区长江流域嘉陵江水系。区内地下水主要为孔隙～裂隙水、潜水，埋藏深度一般为10～30m。本区地下水的水质较好，类型多属碳酸~重碳酸型水，矿化度一般小于1g/L，PH值一般在6～8之间。采用地下水径流模数的计算方法，安居区内地下水存储总量为4124.4万m3，适宜开采量为856.8万m3。
四、明渠整治原设计方案
1、常理镇渠道除罗家河坝一级提灌渠和余家湾斗渠基本为浆砌条石衬砌渠道外均是土渠，聚贤镇渠道均为已衬砌渠道，整治设计渠道为矩形断面，罗家河坝一级提灌渠与余家湾斗渠为已衬砌渠道，侧墙为30cm厚浆砌条石，底板未衬砌；整治方案为侧墙开槽勾缝，底板用10cm厚C20砼衬砌。垮塌损毁段采用30cm厚M7.5浆砌砼预制块衬砌衬砌，10cm厚C20砼衬底。
2、罗家河坝二级提灌渠、王家沟斗渠、双河口提灌渠、罗家寨提灌渠现状均为土渠，整治方案为侧墙采用10cm厚M7.5浆砌砼预制块衬砌，边坡坡比为1:0.5，底板采用15cm厚C20砼衬砌，渠顶采用30cm宽×15cm厚压顶。
3、王家沟斗渠和困牛坡斗渠采用矩形断面，侧墙采用20cm厚M7.5浆砌砼预制块结构，底板采用10cm厚C20砼浇筑。
五、明渠整治设计方案优化
1、方案优化的前提条件
地质条件：渠道基础以紫红色沙土、泥岩为主，风化侵蚀严重，
施工条件：施工交通不便，乡村便道距离渠道较远，高差达60—90m左右，坡度陡，运输车辆无法到达施工现场，运输极为困难。
后期运行管理：由于傍山渠道山坡岩石为泥岩，极易风化，并形成滑坡，堵塞渠道，运行维护工作量大，费用高。
2、优化方案
2.1建议将明渠改为混凝土管渠，减少渠道开挖断面，将管渠基础尽可能靠近山边，有利于基础稳定。
2.2管渠每50m左右和渠道转弯处设置沉砂池一口，便于管渠淤积清理。
3、设计优化变更效果
3.1经设计概算，优化渠道设计方案，仅增加投资约15万元。
3.2减少大量后期运行维护费用，重点是减少清淤工作量，渠道灌溉效率得到极大的保障，经济效益明显。
结语：
随着经济社会的发展、人口的增长，水资源的短缺矛盾日益严重，作为经济社会发展的战略性资源，对水资源的有效利用和保护问题正日趋成为全球讨论的重要问题之一，得到了越来越广泛的关注。明渠引、排水系统是明渠水系中最重要的两大类系统。以往对明渠引水系统的研究主要集中在保证用户的用水需求，很少考虑到如何在保证用水需求的同时尽可能地减少水资源的浪费。因此希望通过制定有效的闸门控制策略，在保证用水需求的同时还能合理供水、实现节约用水。对于明渠城市排水系统，在我国许多大中城市，每到降雨季节，暴雨和特大暴雨频繁出现，使得合流式城市排水系统出现严重的溢流现象，将合流污水直接排放到河流湖泊中，给水体环境带来严重的污染。因此研究有效的优化控制方法，成为尽可能减少污水溢流量的关键。此外，城市排水系统中存在大量抽水泵站，每年消耗大量的电能，如何降低泵站能耗成为降低系统运行成本、提高企业经济效益的重要途径之一。本论文围绕明渠引水系统边界控制问题和城市排水系统的溢流及节能优化问题展开深入的研究。针对多级多结构、多截面形状的明渠渠道系统提出了其边界反馈控制的统一设计方案。而对大规模城市排水系统，提出了其溢流预测控制和节能优化方法。
参考文献：
[1]王长德.灌溉渠道水力自动控制闸门的运行稳定问题.武汉水利电力学校学报，1982.15(4):25一33.
[2]王长德，韦直林，张礼卫.上游常水位自动控制渠道明渠非恒定流动态边界条件.水利学报，1995,26(2):46-51.