大中型灌區(qū)渠道水利用系數(shù)計(jì)算方法

王儒濤

（遼寧省遼陽(yáng)水文局，遼寧遼陽(yáng)111000）

大中型灌區(qū)渠道水利用系數(shù)計(jì)算方法

王儒濤

（遼寧省遼陽(yáng)水文局，遼寧遼陽(yáng)111000）

大中型灌區(qū)所控制的灌溉面積較大，情況復(fù)雜，對(duì)灌區(qū)渠系水利用系數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)價(jià)是亟待解決的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)遼陽(yáng)灌區(qū)渠道水利用系數(shù)的分析推導(dǎo)，在利用等比數(shù)列求和公式的基礎(chǔ)上，總結(jié)出一套較為科學(xué)的評(píng)價(jià)大中型灌區(qū)渠道水利用系數(shù)的方法。

渠道；水利用系數(shù)；方法研究；大中型灌區(qū)

如何科學(xué)計(jì)算渠道水利用系數(shù)，是進(jìn)行水資源供需平衡、確定渠道規(guī)模和評(píng)估渠道節(jié)水量的重要依據(jù)。大中型灌區(qū)控制的灌溉面積大，情況復(fù)雜，又是節(jié)水改造的重點(diǎn)，如何評(píng)判其渠道水利用系數(shù)更是當(dāng)務(wù)之急。通過(guò)對(duì)遼陽(yáng)灌區(qū)渠道水利用系數(shù)的分析推導(dǎo)，總結(jié)出一種較為科學(xué)的渠道水利用系數(shù)計(jì)算方法。

遼陽(yáng)灌區(qū)為中型灌區(qū)，位于太子河中部遼陽(yáng)市城西的平原沿河地區(qū)。渠首位于遼陽(yáng)市白塔區(qū)東關(guān)街道鵝房委。灌溉受益單位跨一縣一區(qū)，包含遼陽(yáng)縣的黃泥洼鎮(zhèn)、劉二堡鎮(zhèn)、柳壕鎮(zhèn)和太子河區(qū)太子河鄉(xiāng)、望水臺(tái)街道、小祁家鎮(zhèn)、沙嶺鎮(zhèn)等7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和駐軍部隊(duì)農(nóng)場(chǎng)。

灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積1萬(wàn)hm2，有效灌溉面積0.8萬(wàn)hm2，目前實(shí)際灌溉面積0.673萬(wàn)hm。渠系工程包括干渠、支渠、斗渠和農(nóng)渠，全長(zhǎng)515.74 km。全灌區(qū)設(shè)有一條干渠，6條支渠，71條斗渠，432條農(nóng)渠。

1 測(cè)試要求

1.1 代表渠段選取原則

1）所選的典型渠道能代表整個(gè)灌區(qū)或同級(jí)渠道的平均水平，渠道的土質(zhì)、防滲措施、輸水流量的大小和工程完好率等指標(biāo)應(yīng)與全灌區(qū)或同級(jí)渠道相接近。

2）為了保證測(cè)驗(yàn)的精度和資料的可靠程度，滿足規(guī)范的要求及資料分析的需要，所選的渠段要有足夠的長(zhǎng)度，以減小流量測(cè)驗(yàn)誤差所帶來(lái)的影響。干渠分為兩段，一段是從渠首至三面閘，渠道長(zhǎng)度8 864 m；另一段是從三面閘至兩面閘，渠道長(zhǎng)度4 825 m。干渠代表段長(zhǎng)度6 500 m，選在渠首至三面閘段。

1.2 測(cè)流儀器

干渠和支渠流量和水深條件較好，LS25-1，LS68，LS78型等常規(guī)流速儀的測(cè)定范圍即可滿足測(cè)速的要求。斗渠和農(nóng)渠的水深和流速均較小，采用LS45型流速儀和ADV等儀器，以保證流量測(cè)驗(yàn)精度。

2 渠道水利用系數(shù)公式推導(dǎo)

2.1 渠道水利用系數(shù)基本公式

通常所說(shuō)的利用系數(shù)是指某級(jí)或渠系首尾之間的利用系數(shù)，在渠道任意兩斷面上若測(cè)得流量分別為Q上和Q下，且兩斷面之間的距離已知為△L，渠道的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則該渠道的水利用系數(shù)為：

式中：η渠道——渠道水利用系數(shù)；η渠段——典型渠段的渠道水利用系數(shù)；Q下/Q上——典型渠段上、下斷面的流量，m3/s；L——該級(jí)渠道的長(zhǎng)度，m；△L——典型渠段的長(zhǎng)度，m。

用此公式計(jì)算出的渠道水利用系數(shù)，嚴(yán)格上講是該渠道的渠尾利用系數(shù)，而不是渠道的平均利用系數(shù)。下面通過(guò)對(duì)遼陽(yáng)灌區(qū)農(nóng)渠的渠道水利用系數(shù)進(jìn)行分析，提出渠道水利用系數(shù)計(jì)算方法。

2.2 農(nóng)渠渠道水利用系數(shù)推導(dǎo)

在每條典型支渠上選取一條農(nóng)渠，共選取典型農(nóng)渠段6處。根據(jù)公式（1）計(jì)算各典型農(nóng)渠的利用系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

“哈！難怪今天厚嘴巴像抹了蜜，屁股卻辣似姜！”汪隊(duì)長(zhǎng)指點(diǎn)著他，“我可告訴你啊，你有家有口的，不要打我們女護(hù)士的歪主意?！?/p>

以上計(jì)算的農(nóng)渠渠道水利用系數(shù)，是一種理想化狀態(tài)，即認(rèn)為每一個(gè)農(nóng)渠只控制一個(gè)地塊，只承擔(dān)輸水任務(wù)而無(wú)分配水流作用，見(jiàn)圖1。但實(shí)際上農(nóng)渠是具有多口分流特征，承擔(dān)著田間水量分配任務(wù)。農(nóng)渠上地塊的分布如圖2所示。

表1 農(nóng)渠渠道水利用系數(shù)計(jì)算及修正表

圖1 無(wú)分配水流任務(wù)的農(nóng)渠渠道水利用圖

圖2 有分配水流任務(wù)的農(nóng)渠渠道水利用圖

從圖2中可看出，只有在An地塊上，農(nóng)渠的利用系數(shù)才為η。而在其它地塊上利用系數(shù)是不為η的。距離渠首越近，利用系數(shù)越大。如果不對(duì)以上所求系數(shù)進(jìn)行修正，那么所求的農(nóng)渠渠道水利用系數(shù)將比實(shí)際的利用系數(shù)小得多。下面利用理論公式對(duì)農(nóng)渠渠道水利用系數(shù)的修正公式進(jìn)行推導(dǎo)。

設(shè)農(nóng)渠渠道上有n個(gè)地塊（見(jiàn)圖2），那么在不考慮從斗渠到農(nóng)渠的第1個(gè)開(kāi)口的情況下（從斗渠到農(nóng)渠的第1個(gè)開(kāi)口距離很小，為推導(dǎo)公式的需要，忽略不計(jì)），農(nóng)渠被分成n-1段。設(shè)農(nóng)渠全段的渠道水利用系數(shù)為η，根據(jù)公式（1）計(jì)算出農(nóng)渠上各開(kāi)口處的渠道水利用系數(shù)分別為：

農(nóng)渠上各渠段的η段已求出，設(shè)進(jìn)入各地塊的水量為Wi，整個(gè)農(nóng)渠渠道水利用系數(shù)采用水量加權(quán)的辦法求出，表示為：

式中：η1——農(nóng)渠上第1個(gè)開(kāi)口處的渠道水利用系數(shù)；η2——農(nóng)渠上第2個(gè)開(kāi)口處的渠道水利用系數(shù)；…；ηn——農(nóng)渠上第n個(gè)開(kāi)口處的渠道水利用系數(shù)；W1——進(jìn)入農(nóng)渠第1個(gè)開(kāi)口（地塊）的水量；W2——進(jìn)入農(nóng)渠第2個(gè)開(kāi)口（地塊）的水量；…；Wn——進(jìn)入農(nóng)渠第n個(gè)開(kāi)口（地塊）的水量。

水量加權(quán)的方法求渠道水利用系數(shù)，是比較科學(xué)的。但是實(shí)用性不強(qiáng)，主要是進(jìn)入各地塊的水量不易測(cè)定。但因?yàn)閃i=AiM（A為地塊的面積，M為灌溉定額，為定值），則公式（2）轉(zhuǎn)化為：

即渠道水利用系數(shù)推求方法由水量加權(quán)轉(zhuǎn)化為面積加權(quán)。

因?yàn)檗r(nóng)渠上進(jìn)入地塊的開(kāi)口基本上等距排列，每個(gè)塊地的面積基本相等。即A1=A2=A3=A4=…= An，將各渠段利用系數(shù)代入公式：

公式（5）即為農(nóng)渠渠道利用系數(shù)修正公式，式中n為農(nóng)渠上的地塊數(shù)。利用公式（5）對(duì)農(nóng)渠渠道水利用系數(shù)進(jìn)行修正，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

以農(nóng)渠1-2-2為例，修正前渠道水利用系數(shù)為0.694，修正后為0.862，修正前后相差很大。

3 灌區(qū)渠道水利用系數(shù)計(jì)算

3.1 斗渠和支渠渠道水利用系數(shù)

根據(jù)公式（1）對(duì)各典型斗渠和支渠的渠道水利用系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。與農(nóng)渠一樣，斗渠和支渠的渠道水利用系數(shù)也涉及到修正的問(wèn)題。由于二者的修正原理一致，在這里不再詳述。直接采用公式（5）進(jìn)行修正，成果見(jiàn)表2。

表2 斗渠、支渠渠道水利用系數(shù)修正表

3.2 干渠渠道水利用系數(shù)

干渠共分為兩段，根據(jù)公式（1）求出干渠渠道水利用系數(shù)η干1=0.949，η干2=0.968。

3.3 灌區(qū)渠道水利用系數(shù)

首先，根據(jù)公式η支=η干·η支·η斗·η農(nóng)求出各支渠渠系渠道水利用系數(shù)，見(jiàn)表3。

全灌區(qū)渠道水利用系數(shù)仍采用面積加權(quán)法計(jì)算，即用每個(gè)支渠渠系的渠道水利用系數(shù)乘以其

表3 支渠渠系渠道水利用系數(shù)計(jì)算表

所控制的灌溉面積之和除以灌區(qū)的總面積。根據(jù)公式（3）：

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)遼陽(yáng)灌區(qū)渠道水利用系數(shù)的計(jì)算分析，得出：利用等比數(shù)列求和公式，采用面積加權(quán)法（水量加權(quán)法）是一種科學(xué)的、有效的推求大中型灌區(qū)渠道水利用系數(shù)的方法。該方法計(jì)算簡(jiǎn)便，可操作性強(qiáng)，是評(píng)價(jià)大中型灌區(qū)渠道水利用系數(shù)的根本途徑。

S274.4

B

1002－0624（2017）03－0047－02

2016-10-11