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    農(nóng)田灌溉渠道滲漏損失的計(jì)算方法

    2019-12-16 06:58:12魏天路黃丙申王樹(shù)林
    農(nóng)機(jī)使用與維修 2019年11期
    關(guān)鍵詞:計(jì)算方法

    魏天路 黃丙申 王樹(shù)林

    摘 要:渠道防滲損失是衡量灌渠輸水效率的一個(gè)重要指標(biāo),輸水損失的估算,對(duì)于評(píng)估渠道狀況和輸水利用水平具有積極意義。論述了對(duì)有防滲層渠道滲漏、無(wú)防滲層渠道滲漏兩種情況下的輸水滲漏損失計(jì)算方法,對(duì)于農(nóng)田水利工程建設(shè)中,注重渠道防滲作用,并據(jù)此計(jì)算,適當(dāng)采取科學(xué)合理的防滲技術(shù)措施,達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,具有很好的指導(dǎo)意義。

    關(guān)鍵詞:渠道防滲;渠道滲漏;無(wú)防滲層;有防滲層;計(jì)算方法

    中圖分類號(hào):S277文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

    doi:10.14031/j.cnki.njwx.2019.11.001

    確定農(nóng)田灌溉渠道滲漏損失,最好的方法是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),但那樣往往需要花費(fèi)一定的勞力和時(shí)間。因此在缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí),采用理論或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,仍有一定的實(shí)際意義。計(jì)算渠道滲漏損失的公式很多,這里只介紹兩種應(yīng)用較廣的公式,供參考。

    1 無(wú)防滲層渠道的滲漏計(jì)算

    可分別按自由滲漏及頂托滲漏兩種情況計(jì)算滲漏損失。

    1.1 自由滲漏情況下的渠道滲漏損失

    1.1.1 放水初期

    在渠道放水初期(即濕潤(rùn)土層階段)滲漏損失可按下公式計(jì)算

    St=0.0116Kt(b+2γ1h1+m2)(1)

    式中 St—從渠道放水開(kāi)始以后經(jīng)過(guò)t時(shí)間的每公里渠長(zhǎng)滲漏量(m3/s);

    Kt—t時(shí)間的土壤滲透系數(shù)(m/晝夜),可以從當(dāng)?shù)赜猛沫h(huán)測(cè)滲法測(cè)出的Kt~t關(guān)系曲線中查得;

    b—渠底寬度(m);

    h—渠道水深(m);

    m—渠道邊坡系數(shù);

    γ1—考慮渠坡側(cè)向毛管滲吸的改正系數(shù),γ1≈1.1~1.4,毛細(xì)管作用強(qiáng)烈時(shí)應(yīng)選用較大值。

    1.1.2 行水時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)

    當(dāng)渠道行水時(shí)間較長(zhǎng)(自由穩(wěn)滲,即形成地下水峰階段)時(shí),按下公式計(jì)算

    S=0.0116K(b+2γ1h1+m2)(2)

    式中 S—每公里渠長(zhǎng)滲漏量(m3/s);

    K—土壤滲漏系數(shù)(m/晝夜);

    其余符號(hào)意義同前。

    S=0.0116K(B+Ah)(3)

    式中 B—渠道水免寬度(m);

    A值決定于m與B/h值,見(jiàn)圖1。

    當(dāng)考慮土壤毛細(xì)管滲吸影響時(shí),對(duì)于大型渠道,式(3)中的h應(yīng)為hv;對(duì)于小型渠道,式(3)中的A、h應(yīng)分別為Av、hV

    Av=f(Bhv),見(jiàn)圖1

    hv=h+(0.75~1.0)Hk

    式中 Hk—毛細(xì)管水最大上升高度(m),見(jiàn)表1。

    在缺乏渠道斷面尺寸和土壤滲漏系數(shù)資料的情況下,如進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí),渠道的滲漏損失常用下列經(jīng)驗(yàn)公式估算

    S=A′100Q1-m′(4)

    σ=SQ×100%=A′Qm′(5)

    式中 A′—土壤透水系數(shù);

    m′—土壤透水程度指數(shù);

    Q、S、σ意義同前。

    對(duì)不同地區(qū),系數(shù)A′和指數(shù)m′應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)測(cè)資料確定。陜西省水利科學(xué)研究所實(shí)測(cè)涇、洛、渭三灌區(qū)黃土渠道的A′與m′值見(jiàn)表2。

    在缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí),可參考采用表3的數(shù)值。

    在實(shí)踐中,可利用實(shí)測(cè)資料確定公式(4)中的A′、m′值,將式(4)取對(duì)數(shù)得

    lgS=(1-m′)lgQ+lgA′100(6)

    根據(jù)實(shí)測(cè)資料,以流量為橫坐標(biāo),每公里渠長(zhǎng)的滲漏量為縱坐標(biāo),點(diǎn)繪在對(duì)數(shù)格紙上,即得出一條直線(如圖2)。(6)式即相當(dāng)于一個(gè)直線方程式

    y=Mx+C(7)

    當(dāng)Q1=1 m3/s,lg Q1=0,圖2中直線在縱坐標(biāo)上的截距C即為lgS1,則S1=A′100;

    從式(4)來(lái)看,當(dāng)Q1=1 m3/s時(shí),Q1-m′1=1,亦得S1=A′100Q1-m′1=A′100。

    故A′=100S1,即為所求之透水系數(shù)。

    又(6)式中(1-m′)相當(dāng)于(7)式中的M為圖2中直線的斜率M=tanα=ba=1-m′,故

    m′=1-ba(8)

    用直尺在對(duì)數(shù)格紙上量出a、b的實(shí)際長(zhǎng)度,就可按(8)式算出透水指數(shù)m′。

    1.2 頂托滲漏情況下的渠道滲漏損失

    如果地下水位較高,渠道滲漏受地下水頂托影響時(shí),則實(shí)際滲漏量將比用上述公式計(jì)算的結(jié)果要小。這種情況下的滲漏損失,目前雖有不少公式計(jì)算的結(jié)果,但算式較繁瑣,實(shí)際工作中很少采用。一般可按上述自由滲漏公式的計(jì)算結(jié)果,再乘一個(gè)校正指數(shù)求得,即

    S頂=γ2S(9)

    式中 S—自由滲漏情況下,每公里渠長(zhǎng)的滲漏量(m3/s);

    S頂—有地下水頂托情況下,每公里渠長(zhǎng)的滲漏量(m3/s);

    γ2—較正系數(shù),根據(jù)渠道通過(guò)的流量及底下水位決定,具體數(shù)值見(jiàn)表4

    2 有防滲層渠道滲漏的計(jì)算

    渠道采用防滲措施后,其滲漏損失量最好根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料確定。如無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí),可按照下式估算

    S防=βS(10)

    式中 S防—有防滲層渠道每公里渠長(zhǎng)的滲漏量(m3/s);

    S—無(wú)防滲層渠道每公里渠長(zhǎng)的滲漏量(m3/s);

    β—滲漏量的折減系數(shù),β+α=1,α為防滲效果。

    對(duì)于有土質(zhì)防滲層(土料夯實(shí)層果掛淤層)的渠道,滲漏損失尚可按下列公式計(jì)算

    h防=0.0116K1[λ+δ2+Hkδ2b+2h1+m20.5λ+δ1+Hkδ1](11)

    式中 K1—防滲層的滲透系數(shù)(m/晝夜),根據(jù)實(shí)測(cè)資料確定;

    δ1—渠坡防滲厚度(m);

    δ2—渠底防滲厚度(m);

    其余符號(hào)意義同前。

    但地下水位在渠道下深度小于2倍原土壤毛細(xì)管水最大上升高度時(shí),式(11)中的Hk應(yīng)等于零。

    S防=0.0116K1[2hsinθ(h2δ1+cosθ)+(hδ2+1)b](12)

    式中 θ—邊坡與水平面的夾角(°);

    其余符號(hào)意義同前。

    S防=0.0116K(B+Ah)1+AδB(KK1-1)=β1S(13)

    β1=11+AδB(KK1-1)(14)

    式中 β1—滲漏量的折減系數(shù);

    δ—防滲層的厚度(m);

    A—系數(shù);

    B—渠道水面寬度(m);

    K—渠床土壤滲漏系數(shù)(m/晝夜);

    K1—防滲層滲漏系數(shù)(m/晝夜);

    其余符號(hào)意義同前。

    當(dāng)K1=K或δ=0時(shí),β1=1,則S防=S,即相當(dāng)于沒(méi)有防滲層的滲漏量;

    當(dāng)K10時(shí),β1必然大于1;

    當(dāng)δ=BA時(shí),β1=K1K,則S防=0.0116K1(B+Ah),即當(dāng)滲漏層厚度增至BA以后,滲漏量損失不會(huì)再減少,所以,公式13的適用條件是δ

    對(duì)于防滲效果不夠好,滲流在防滲層下是連續(xù)的渠道,滲漏量用公式(13)計(jì)算;對(duì)于防滲效果較好,防滲層下的滲漏不連續(xù)的渠道,其滲流量用公式(11)(12)進(jìn)行計(jì)算。

    以上兩種計(jì)算農(nóng)田灌溉渠道的滲水方法,在我們實(shí)際工作中還是比較簡(jiǎn)潔實(shí)用的。

    參考文獻(xiàn):

    [1]萬(wàn)丹.渠道防滲與節(jié)水灌溉技術(shù)研究[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2019(2):86-88.

    [2]王晶.淺析農(nóng)田水利灌溉渠道的維護(hù)和管理[J].科技資訊,2016,14(25):60-61.

    [3]張學(xué)榮,盛巖.節(jié)水建設(shè)與渠道防滲措施關(guān)系分析[J].水利規(guī)劃設(shè)計(jì),2014(3):24-25.

    [4]肖雪,王修貴,覃丹.幾種計(jì)算渠道滲漏損失的經(jīng)驗(yàn)公式比較[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2016,49(3):65-71.

    [5]王煥明.灌區(qū)節(jié)水改造中渠道防滲新技術(shù)、新材料、新工藝應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理,2008,28(12):42-44.

    [6]雷聲隆,羅強(qiáng).防滲渠道輸水損失的估算[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2003,22(3):7-10.

    [7]門(mén)寶輝.渠道流量損失及水利用系數(shù)公式的探討[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2000(2):33-34.

    (05)

    基金項(xiàng)目:蚌埠學(xué)院高層次人才科研啟動(dòng)資助項(xiàng)目,項(xiàng)目編號(hào):BBXY2019KYQD01

    作者簡(jiǎn)介:魏天路(1970-),男,遼寧昌圖人,教授,工程碩士,主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備科研工作,E-mail:wtltong@163.com。

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