對(duì)灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)測(cè)算的幾點(diǎn)思考

桂顯歌

（陜西省涇惠渠管理局 陜西 三原 713800）

1 涇惠渠灌區(qū)概況

涇惠渠灌區(qū)是陜西省五大灌區(qū)之一。灌區(qū)北靠黃土臺(tái)塬，西、南、東三面有涇河、渭河、石川河環(huán)繞，灌區(qū)東西長約70km，南北寬約20km，總面積1180km2。灌區(qū)海拔高度為350m～450m，地勢(shì)平坦，灌區(qū)屬大陸性半干旱地區(qū)，多年平均降水量538mm，年蒸發(fā)量1212mm，多年平均氣溫13.4℃，無霜期232天。

涇惠渠灌區(qū)自1922年籌備建設(shè)以來，灌區(qū)渠系工程經(jīng)過多次改善和擴(kuò)建，已具有一定規(guī)模，渠系布設(shè)趨于合理，方田建設(shè)初步形成，工程、灌溉管理水平正逐步提高。灌區(qū)現(xiàn)有總干渠一條，設(shè)計(jì)流量為46m3/s，加大流量為50m3/s?？偢汕韵路譃槟细?、北干、南一干、南二干，這五條干渠總長80.6km，襯砌67.1km，襯砌率83%。灌區(qū)現(xiàn)有支渠、分支渠19條，長299.8km，襯砌90.2km，襯砌率30%。涇惠灌區(qū)總?cè)丝?18.04萬人，其中農(nóng)業(yè)人口99.1萬人，人均耕地面積1.38畝，人均水地1.27畝。

2 影響灌溉水利用系數(shù)的主要因素

2.1 灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)的意義

灌溉水利用系數(shù)是指從水庫、河流引來或提取的地表水，或用水泵從井內(nèi)提取的地下水，通過采用必要的工程技術(shù)措施，引水到田間被作物吸收利用的程度。亦指在一次灌水期間被農(nóng)作物利用的凈水量與水源渠首處總引進(jìn)水量的比值。灌溉水從水源引入到田間，被作物吸收利用，在這個(gè)過程中的水量損失，可分解成渠系輸水損失和田間灌水損失兩部分。相應(yīng)地灌溉水利用系數(shù)可分解為渠系水利用系數(shù)和田間水利用系數(shù)兩部分。本文主要針對(duì)渠系水利用系數(shù)的測(cè)定和影響展開分析。

2.2 影響灌溉水利用系數(shù)的因素

通過分析灌溉數(shù)據(jù)可以看出，影響渠系水利用系數(shù)的主要因素有：渠道流量的大小、斷面尺寸和邊壁條件、管護(hù)狀況和的持續(xù)時(shí)間等。行水過程中的滲水損失包括各級(jí)輸水渠道通過渠底、邊坡土壤空隙滲漏掉的水量和田間深層滲漏掉的水量；其次是行水過程中的漏水損失，包括由于地質(zhì)條件、生物作用或施工不良而形成漏縫損失的水量，或因管理不善、工程失修、建筑物漏水等原因造成的水量損失，這是應(yīng)該在施工、管理中加以避免的。另外，行水過程中的蒸發(fā)損失，沿渠道水面蒸發(fā)掉的水量，可根據(jù)水面蒸發(fā)資料及渠道總水面積近似求得，這一部分損失量很小，一般可以忽略不計(jì)。

3 灌區(qū)渠系水利用系數(shù)的傳統(tǒng)測(cè)定法

傳統(tǒng)的測(cè)定方法包括靜水測(cè)定和動(dòng)水測(cè)定兩種。

3.1 靜水測(cè)定法

選擇一段具有代表性的渠段，長度50m～100m，兩端堵死，渠道中間設(shè)置水位標(biāo)志，然后向渠中充水，觀測(cè)該渠段內(nèi)水位下降過程。根據(jù)水位變化即可計(jì)算出損失水量和渠系水利用系數(shù)。最終，該級(jí)渠道的渠道水利用系數(shù)應(yīng)以同級(jí)各條渠道實(shí)測(cè)的正常流量值與各條渠道的渠道水利用系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均求取。靜水測(cè)定法施行簡(jiǎn)單，但誤差較大。

3.2 動(dòng)水測(cè)定法

動(dòng)水測(cè)定法使用時(shí)，要求中間無支流，其長度還應(yīng)滿足以下要求：①流量小于1m3/s時(shí)，渠道長不小于1km；②流量為1m3/s～10m3/s時(shí)，渠道長不小于3km；③流量為10m3/s～30m3/s時(shí)，渠道長不小于5km；④流量大于30m3/s，則長度應(yīng)不小于10km。具體測(cè)定方法：即觀測(cè)上、下游兩個(gè)斷面同時(shí)段的流量，流量差值即為損失水量。該方法在灌區(qū)實(shí)際運(yùn)行條件下施測(cè)，數(shù)據(jù)接近實(shí)際，且簡(jiǎn)單容易，是目前運(yùn)用最廣泛的方法之一。

4 區(qū)灌溉水利用系數(shù)測(cè)定方法

當(dāng)前灌區(qū)在計(jì)算灌溉水利用系數(shù)時(shí)，一般將各級(jí)渠系水利用系數(shù)與田間水利用系數(shù)連乘，該方法不僅容易造成渠系水利用系數(shù)誤差的累計(jì)，而且越級(jí)時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。

4.1 首尾測(cè)定法

此種方法建立在灌區(qū)進(jìn)行灌溉試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在計(jì)算時(shí)不必測(cè)定灌溉輸水、配水和灌水過程中的損失，而直接測(cè)定灌區(qū)渠首引進(jìn)的水量和最終貯存到作物計(jì)劃濕潤層的水量（即凈灌水定額），從而求得灌溉水利用系數(shù)。此種計(jì)算方法只是單純?yōu)榱舜_定灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)，不能分別反映渠系輸水損失和田間水利用的情況。為了能夠反映灌區(qū)灌溉水利用的整體情況，計(jì)算分析時(shí)段以測(cè)算分析年的日歷年為準(zhǔn)，即每年1月1日至12月31日；對(duì)于跨年度的作物則應(yīng)分段計(jì)算（以下同），合理確定測(cè)算分析年該作物凈灌溉用水量，此種計(jì)算方法在灌區(qū)更新改造后的八支渠三分支渠道水利用系數(shù)測(cè)定時(shí)用過。

4.2 典型渠道測(cè)定法。

4.2.1 損失水量測(cè)量

時(shí)段內(nèi)的損失水量W損失為：

W損失=W首-W尾-ΣWi±ΔW渠

式中，W首——測(cè)量時(shí)段內(nèi)典型渠道（渠段）首部測(cè)量斷面的累計(jì)水量；

W尾——測(cè)量時(shí)段內(nèi)典型渠道（渠段）尾部測(cè)量斷面的累計(jì)水量；

ΣWi——測(cè)量時(shí)段內(nèi)正常運(yùn)行的下級(jí)渠道測(cè)量斷面的累計(jì)水量；

ΔW渠—測(cè)量始末典型渠道（渠段）蓄水量的變化，增加的情況取“－”號(hào)，減少的情況取“＋”號(hào)。要求水位、流量在測(cè)量時(shí)段內(nèi)基本恒定，渠段首部、分水口及渠段尾部同時(shí)測(cè)量。

4.2.2 典型渠段的輸水損失率

δ典段＝W損失／W首

實(shí)際渠道不論是按續(xù)灌方式運(yùn)行還是按輪灌方式運(yùn)行，都是在分水情況下運(yùn)行，流量自渠首至渠尾逐漸減小，單位長度的損失水量也相應(yīng)減少，故由典型渠段的輸水損失率計(jì)算實(shí)際渠道單位長度輸水損失率時(shí)，必須進(jìn)行修正換算。

4.2.3 渠道單位長度的輸水損失率

σ渠道＝∑σ典渠道i·L典渠段i/∑Li某級(jí)渠道的輸水損失率為：

δ渠=σ渠道L渠

式中，L渠——該級(jí)渠道的平均長度，km，即該級(jí)渠道的總長度除總條數(shù)。

某級(jí)渠道的水利用系數(shù)為：η=1-δ渠

式中，η田間——田間水利用系數(shù)；

m——設(shè)計(jì)凈灌水定額，m3/畝；

A——農(nóng)渠控制的實(shí)灌面積，畝；

W——一次灌溉農(nóng)渠放出的總水量，m3。

灌溉水利用系數(shù)為：η水=ηη田間。

在典型渠道選擇上，選擇灌區(qū)上游一支渠2斗、中游四支15斗和下游八支一分支12斗分別進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算數(shù)值與這三條渠道多年灌溉資料對(duì)比，基本接近。

4.3 越級(jí)輸水的修正

實(shí)際工程中，越級(jí)渠道很普遍，越一級(jí)、二級(jí)甚至三級(jí)的都很常見，例如總干渠上直接連接斗渠的，如不考慮其影響，則過低地估計(jì)了渠系水利用系數(shù)，應(yīng)進(jìn)行修正。因此，將其因素考慮在內(nèi)，利用控制面積進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算灌溉水利用系數(shù)，使計(jì)算結(jié)果更加符合實(shí)際。

5 提高灌溉水利用系數(shù)的幾點(diǎn)建議

（1）合理確定干支渠的配水形式。渠系水利用系數(shù)隨著渠首流量的增加而增大。經(jīng)過測(cè)算，當(dāng)渠首流量在7.5m3/s時(shí)，水利用系數(shù)保持在0.6以上，隨著流量的減小而迅速降低。從提高水的利用率和合理配水考慮，當(dāng)渠首流于大于7.5m3/s，實(shí)行續(xù)灌，各干支渠同時(shí)按比例用水；當(dāng)流量為5m3/s～7.5m3/s，干支渠分兩組輪灌；小于5m3/s時(shí)，分三組輪灌。根據(jù)灌溉數(shù)據(jù)顯示：集中輪灌比發(fā)散用水的水利用系數(shù)可提高2%～5%，干支渠和斗渠以下，應(yīng)合理劃分輪灌組，使用水段適當(dāng)集中。

（2）合理確定斗渠放水流量。斗渠流量增加到一定程度，水的利用系數(shù)趨于穩(wěn)定，所以在不引起渠系水量調(diào)配困難和田間用水安排困難的前提下，斗渠流量應(yīng)該適當(dāng)集中，以提高斗渠水利用系數(shù)，一般斗渠流量大小應(yīng)以能夠達(dá)到或超過計(jì)劃灌溉效率為宜。據(jù)灌區(qū)多年灌溉資料分析，大型斗渠合理的放水流量應(yīng)該在250L/s～400L/s，中型斗渠150L/s～300 L/s，小型斗渠100L/s～200L/s。

（3）恰當(dāng)安排斗渠行水時(shí)間的長短。安排斗渠一次行水時(shí)間，既要考慮水利用率，又要考慮斗渠都能引入一些灌溉適時(shí)水，冬春灌比夏灌用水緩和，斗渠一次行水時(shí)間不宜長，以提高水的利用系數(shù)；夏灌斗渠一次行水時(shí)間不宜短，以保證均衡受益。

（4）加強(qiáng)渠道改造與管護(hù)，減少滲漏。對(duì)渠道進(jìn)行襯砌，改善渠系，縮短渠線，減少輸水損失，加強(qiáng)渠道養(yǎng)護(hù)，保持?jǐn)嗝鏄?biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)工程措施，才是提高水利用系數(shù)的關(guān)鍵。

6 結(jié)論

若只是單純?yōu)榱舜_定灌溉水利用系數(shù)，可采用首尾測(cè)定法；要系統(tǒng)地掌握灌區(qū)灌溉水利用情況，以便更科學(xué)地進(jìn)行灌區(qū)節(jié)水改造等工作，則可利用典型渠段測(cè)量法進(jìn)行測(cè)定計(jì)算，并對(duì)渠道越級(jí)輸水及布置形式等進(jìn)行修正，然后利用首尾測(cè)定法進(jìn)行校核。若灌區(qū)財(cái)力、人力許可，或自動(dòng)化程度很高，各測(cè)量點(diǎn)的參數(shù)信息能夠及時(shí)得到采集時(shí)，可利用傳統(tǒng)測(cè)量方法。