引嫩渠道滲漏損失的測定方法

馬景榮

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江 大慶 163000)

引嫩渠道總長245 km，其中渠首11 km坐落在嫩江灘地上，地質(zhì)組成為沙土及礫石，為強(qiáng)滲漏段。如能準(zhǔn)確測定渠道各段滲漏損失數(shù)量，對渠道運(yùn)行管理和供水調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)具有重要意義。下面介紹幾種渠道損失的測定方法。

1 動水測定法

選定一典型渠段，分別測量渠道進(jìn)水?dāng)嗝婧统鏊當(dāng)嗝娴牧髁浚叩牟钪导礊樵撉蔚臐B漏損失量，常以每公里損失流量占該渠段流量的百分?jǐn)?shù)表示，即:

式中:δ為每公里損失的流量占進(jìn)入該渠段流量的百分?jǐn)?shù);Qj為進(jìn)水?dāng)嗝娴牧髁?，m3/s;Qc為出水?dāng)嗝娴牧髁?，m3/s;L為渠段長度，km。

選擇典型渠段時，渠道類別、大小和水文地質(zhì)條件要有代表性，渠段要順直完整，斷面要規(guī)則。并有足夠的長度。當(dāng)正常流量 Q ＜1m3/s時，渠段長度 L≥1km;當(dāng) Q=1～10m3/s時，L≥3km;當(dāng)Q=10～30m3/s時，L≥5km;當(dāng)Q=30～100m3/s時，L≥10km.對于透水性弱或有防滲層的渠道，L應(yīng)更長一些。

同一渠道在不同季節(jié)和通過不同流量時，其滲漏損失也不同，因此，應(yīng)分別測定不同季節(jié)、不同流量下的滲漏損失。此外，渠道滲漏損失還隨滲漏過程中所處的滲漏階段不同而不同。因此，需考渠道慮滲漏強(qiáng)度隨使用時間的變化，最好是測定渠道從出滲到穩(wěn)滲的全過程，繪出滲漏損失過程線進(jìn)行分析。由初滲到穩(wěn)滲的時間，一般是3～5 d，也有的是5～7 d或更長。

測流期間渠道水位必須保持不變，以免過水?dāng)嗝姘l(fā)生變化，造成誤差。此外，還應(yīng)將渠道上的分水口和泄水口嚴(yán)密封閉，以保證進(jìn)、出水?dāng)嗝媪髁康牟钪导兿登蔚臐B漏損失;否則，就要把渠段內(nèi)所有分出和泄走的水量準(zhǔn)確測量，計(jì)入出水部分;從周圍地帶進(jìn)入渠段的水量也要準(zhǔn)確測量，計(jì)入進(jìn)水部分。滲漏損失很小的渠道，流程上的蒸發(fā)量應(yīng)與渠道流量測量同步進(jìn)行，并計(jì)入出水部分。渠段降水量也應(yīng)與流量測量同步進(jìn)行，計(jì)入進(jìn)水部分。

實(shí)測斷面流量，有流速儀、量水堰、量水槽等方法，近年超聲波流量儀也多有使用。實(shí)際可根據(jù)具體情況選用。一般大型渠道多用流速儀法、小型渠道用量水堰法測流。

在渠道運(yùn)用過程中，也可以利用渠系建筑物(如水閘、涵洞、渡槽、跌水等)測流，確定兩個建筑物之間的滲漏損失。方法是在渠道運(yùn)行期間，記錄進(jìn)入上游建筑物的流量，流入各分水渠道的流量以及通過下游建筑物的流量，按下式計(jì)算該渠段滲漏損失:

式中:Si為該渠段滲漏損失流量，m3/s;Qj為進(jìn)入上游建筑物的流量，m3/s;Qc為通過下游建筑物的流量，m3/s;ΣQf為流入各分水渠道流量的總和，m3/s;δ為每公里損失的流量占進(jìn)入該渠段流量的百分?jǐn)?shù)，%;L為渠段長度，km。

在測流期間，渠道水位應(yīng)盡量保持穩(wěn)定，如果渠道水位有變化，則上、下游建筑物和各分水口測流的時間必須和水的流程時間相適應(yīng)。

動水測定法簡單易行，對渠道正常的運(yùn)行影響不大，適用于渠段較長或滲漏損失大的渠道。在小型渠道上用量水堰測流。簡單方便，精度很高，利于測定渠系水的滲漏損失，但測流人員要有熟練的技術(shù)，如此才能得出應(yīng)有的精度。

2 靜水測定法

按渠道類別、斷面大小和水文地質(zhì)條件等選擇具有代表性、渠段順直完整、斷面規(guī)則、具備水源和交通條件，并具有暫時停水測滲可能的典型渠段，長度一般為30～50 m，兩端修筑橫隔堤及滲漏平衡區(qū)，渠道中間和兩端分別設(shè)立水尺或水位測針，然后向渠段和滲漏平衡區(qū)中同時注水至設(shè)計(jì)水位，每隔一定時段Δt，觀測水位下降值Δh，每次觀測后隨即加水補(bǔ)充至設(shè)計(jì)水位;或每隔一定時間段Δt，加入水量Δw，維持其設(shè)計(jì)水位。如此反復(fù)進(jìn)行，直至達(dá)到穩(wěn)滲階段位置。其滲漏損失按下式計(jì)算

式中:Si為該渠段滲漏損失流量，m3/s，在滲漏過程中也可稱為該渠段的滲漏強(qiáng)度;Lm為渠段長度，m，取兩端隔堤間同高程對應(yīng)點(diǎn)距離的平均值;BW為水位下降后的渠水面平均寬度，m;Δh為Δt時間段內(nèi)的水位下降值，m;Δt為觀測時間間隔，s;ΔW為Δt時間段內(nèi)加入的水量，m3。

顯然，采用實(shí)測加入水量ΔW的方法比觀測水位下降值Δh的方法成果精度高。

測滲渠段的長度，取決于加水條件、渠道斷面大小、縱比降與滲漏情況等因素，以能代表測滲渠道滲漏特性為原則。一般渠道斷面越大，測滲渠段越長。當(dāng)渠道縱比降比較大時，測滲段長度應(yīng)以渠段首末兩端的水深差不超過其平均水深的10%來選定。測滲時段Δt根據(jù)水位下降值Δh的大小確定。每次水位下降值Δh以控制在測滲水深的5%左右為宜。加水設(shè)施的供水能力應(yīng)大于測滲渠段最大滲漏強(qiáng)度的1.5倍。

橫隔堤必須穩(wěn)固、嚴(yán)密止水和防止?jié)B漏變形，鄰測滲段一側(cè)應(yīng)與渠中線垂直。對防滲渠道橫隔堤必須切斷防滲層，插入土基20～40 cm，并與防滲層間做止水連接。對土渠，橫隔堤應(yīng)插入土層30～50 cm，橫隔堤與土層的接縫用黏土填塞夯實(shí)。堤頂高于測滲水位10～15 cm。為消除測滲段首末側(cè)向繞滲的影響，應(yīng)在距兩端橫隔堤外側(cè)≥5倍測滲段水深的位置各加筑一道隔堤，形成滲漏平衡區(qū)，隔堤高度應(yīng)高于最高測滲水位。測滲渠段內(nèi)的淤積雜物、草木的應(yīng)清除;渠堤頂?shù)呐潘獣惩ǎ苑乐褂晁魅霚y滲段。

觀測降水量，可用自記雨量計(jì)，安設(shè)在與測滲段受雨條件相似的地方，與測滲同步進(jìn)行。觀測時段中，進(jìn)入測滲段的降水量下式計(jì)算。

小雨，渠坡不產(chǎn)生徑流時:

式中:P為測滲段的降水量，m3;p為平均降水強(qiáng)度，m/s;Δt為觀測間隔時間，s;Bw為渠道水面平均寬度，m;Lm為渠段長度，m。

中雨或大雨，渠坡產(chǎn)生徑流時:

式中:B為測滲段渠堤頂口寬，m。

滲漏量很小的渠道，蒸發(fā)量應(yīng)與滲漏量同步進(jìn)行觀測，蒸發(fā)器皿安置在測滲段或滲漏平衡區(qū)漂浮水面的木筏上，觀測時段內(nèi)，測滲段水面的蒸發(fā)量用下式計(jì)算

式中:E為測滲段水面蒸發(fā)量，m3;e為測滲段平均水面蒸發(fā)強(qiáng)度，m/s。

當(dāng)計(jì)入降水量和蒸發(fā)量時，測滲段的滲漏強(qiáng)度按下式計(jì)算

靜水測定法，工作條件好，可測得精度較高的成果，適用于各種土、石質(zhì)渠道、各種形式的防滲渠道以及渠段不夠長、不便于用動水法測滲的渠道;可測的渠道從初滲到穩(wěn)滲的全過程;還可進(jìn)行變水位渠道滲漏量觀測，獲得滲漏強(qiáng)度與水深關(guān)系，推算一個灌溉季節(jié)或全年的渠道滲漏損失。但采用這種方法需橫隔段渠道，所以只能在渠道停水后測滲，修、拆橫隔堤及試驗(yàn)充水等，工作繁重，花費(fèi)人力及經(jīng)費(fèi)較多，此外靜水渠段的滲漏情況和動水渠道不會一樣，對成果精度造成一定的影響。

3 同心環(huán)測滲法

同心環(huán)法所用的主要設(shè)備是不同直徑、同軸心的兩個鋼制圓環(huán)，環(huán)高30 cm，外環(huán)直徑50cm，內(nèi)環(huán)直徑35.7 cm，面積1 000 cm2。測滲時，將同心環(huán)壓入渠床土內(nèi)10 cm，在內(nèi)外環(huán)中同時注入清水，使水深均保持在10 cm，用水位測針測定每隔一定時間Δt的水位下降值Δh。水位下降值Δh控制在1 cm以內(nèi);每次觀測后，隨即加水補(bǔ)充，保持環(huán)內(nèi)10 cm水深，如此反復(fù)進(jìn)行，達(dá)到穩(wěn)滲為止。為防止注水時土壤受到?jīng)_刷，可在環(huán)內(nèi)放一層厚3～5 cm的細(xì)礫石。滲漏系數(shù)按下式計(jì)算:

式中:K為滲透系數(shù)，m/s;F為內(nèi)環(huán)面積，m2;I為滲透比降，當(dāng)試驗(yàn)水深≤10 cm時I≈1;ΔW為單位時間內(nèi)的滲漏水量，m3/s，ΔW=FΔh/Δt;Δh為水位下降值，m;Δt為觀測間隔時間，s;渠床土的滲漏系數(shù)測得后，即可計(jì)算渠道滲漏損失。

同心環(huán)測滲法簡易靈便，適用于不同地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、不同大小的已建或擬建的土質(zhì)渠道，但試驗(yàn)水深小，側(cè)向繞滲較難消除，其滲漏情況和渠道不會一樣，應(yīng)與其他測滲方法配合使用，相互驗(yàn)證。

[1] 楊紀(jì)娟，倪廣恒.渠道滲漏的數(shù)值模擬分析[J].中國農(nóng)村水利水電，2005(01):4-5.