基于遼陽灌區(qū)渠道水利用系數(shù)計算及修正探討

金 浩

(遼寧省水利水電科學(xué)研究院有限責(zé)任公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110001)

遼陽灌區(qū)為中型灌區(qū)，地面高程以郊區(qū)附近最高為20～21m，代耳灣、青堆子附近最低為8～9m。灌區(qū)為沖積平原、平坦低洼地形和肥沃的土地。大部分土壤為洪積而成的原土層和沖積質(zhì)發(fā)育的草甸土，沿河低洼地帶地下水位較高，土質(zhì)黏重。地下水最高的地塊，有不同程度的漬澇和輕度的鹽漬化，屬Ⅰ-Ⅰ亞區(qū)土壤。

渠系工程全長515.74km，由總干渠、分干渠、支渠及斗渠構(gòu)成，總干渠是利用護(hù)城河，繞城而行，共分兩段。由鵝房到三面閘部分，穿越市內(nèi)各主要道路及中長、遼溪兩鐵路，長8862m，為城市段。此段土質(zhì)為壤土，采用混凝土襯砌，防滲效果很好。另一段是三面閘至兩面閘部分[1]，長4825m，渠底寬11m，坡降為1/6000，流量15m3/s，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低。

6條分干渠分別為一分干、二分干、三分干、三北干、四分干、五分干。在三面閘分出一分干、二分干，在兩面閘分出三分干、四分干，在遼陽縣黃泥洼鎮(zhèn)三分干又分出三北干和五分干。分干渠總長度49.85km；各條分干渠土質(zhì)為黏土，除一分干沒有采取襯砌外，其它分干均采用砌石襯砌。

1 灌區(qū)制度

遼陽灌區(qū)從太子河干流自流引水，在渠首有閘門控制。遼陽灌區(qū)灌溉制度見表1。

表1 遼陽灌區(qū)灌溉制度一覽表

2 代表渠段的選取

2.1 總干渠

考慮到交通等因素，代表段選擇在渠首至三面閘段上[2]，上斷面距渠首1500m，下斷面距渠首8500m，代表段長度7000m。代表段土質(zhì)為黏土，采用混凝土襯砌。

2.2 分干渠

除五分干外，在其它五個分干上均選取了代表段，共計5個代表段。一分干長1250m，代表段長1150m，代表段上斷面距渠首50m，下斷面距渠首1200m。二分干長4028m，代表段長1000m，上斷面距渠首50m，下斷面距渠首1050m。三分干長15674m，代表段長6000m，代表段上斷面距渠首3100m，下斷面距渠首9100m。三北干長7000m，代表段長3400m，上斷面距渠首300m，下斷面距渠首3700m。四分干長14800m，代表段長4500m，上斷面距渠首2200m，下斷面距渠首6700m。5個代表段土質(zhì)為黏土，一分干沒有采取任何襯砌形式，其它分干均采用砌石襯砌。

2.3 支渠

支渠共選3條。二分干上選一條，三分干上選一條，四分干上選一條。二分干所選支渠2-1長度為3400m，代表段長度500m，代表段上斷面距渠首50m，下斷面距渠首550m；三分干上所選支渠3-3長1300m，代表段長400m，上斷面距渠首200m，下斷面距渠首600m。四分干所選支渠4-8長2200m，代表段長600m，代表段上斷面距渠首100m，下斷面距渠首700m。3條支渠代表段土質(zhì)為黏土，沒有采取襯砌。

2.4 斗渠

斗渠共選4條。二分干上選1條，三分干上選1條，四分干上選1條，三北干上選1條。二分干所選斗渠2-1-3的長度為1000m，代表段的長度均為300m，代表段上斷面距渠首50m，下斷面距渠首350m。三分干所選斗渠3-3-5長度1000m，代表段的長度為300m，代表段上斷面距渠首100m，下斷面距渠首400m。四分干上所選條斗渠4-7-3的長度為1000m，代表段的長度為200m，代表段上斷面距渠首100m，下斷面距渠首300m。三北干上選所選斗渠3北-2-2的長度為1000m，代表段的長度為300m，代表段上斷面距渠首200m，下斷面距渠首500m。各代表段土質(zhì)均為黏土，沒有采取防滲措施。

3 灌溉水利用系數(shù)的計算

3.1 渠道水利用系數(shù)η渠道

η渠段=Q下/Q上

式中，η渠段—渠道斷面的渠道用水系數(shù);Q上、Q下—渠道上、下兩斷面的流量。

其計算公式為：

η渠道=(Q下/Q上)L/ΔL

3.1.1總干渠道水利用系數(shù)

由公式η渠道=(Q下/Q上)L/ΔL計算得：η總干1=0.951。

計算過程見表2。

表2 總干利用系數(shù)計算表

總干三面閘至兩面閘渠段的襯砌形式與鵝房至三面閘段的襯砌形式一致，故此段利用鵝房至三面閘代表段系數(shù)進(jìn)行計算：

3.1.2斗渠利用系數(shù)

經(jīng)過調(diào)查，各分干的斗渠長度長短不一。但大部分都在700～900m之間，平均長度為800m。根據(jù)公式η渠道=(Q下/Q上)L/ΔL即可計算各分干斗渠的利用系數(shù)，計算過程見表3。

表3 斗渠利用系數(shù)計算表

以上計算的斗渠利用系數(shù)僅是一個特例，即每個斗渠只控制一個位于斗渠末端的地塊[4]。則僅在An地塊上，斗渠的利用系數(shù)是η。在其他地塊，溝渠利用系數(shù)不是η。越靠近頭部，利用率越高。如果不校正上述系數(shù)，得到的開溝利用系數(shù)將小于實際利用系數(shù)。因此，上述應(yīng)對利用系數(shù)進(jìn)行修正。首先，讓我們推導(dǎo)出一個公式。

計算公式如下：

即

已知斗渠的平均長度為800m，溝渠上每隔100m開一個入地口，每溝8個地塊。而且因為渠頭有一個入地口，所以總共有9個地塊，也就是，n=9。又因為開口等距排列，所以每塊地的面積基本相等[5-6]。即:

A1=A2=A3=A4=A5=A6=A7=A8=A9

于是上式可化簡為:

η斗渠=(η1+η2+η3+…η9)/n

式中,η1=1η2=η1/8η3=η2/8η4=η3/8η5=η4/8

η6=η5/8η7=η6/8η8=η7/8η9=η8/8=η

η斗渠=(1+η1/8+η2/8+η3/8+η4/8+η5/8+

η6/8+η7/8+η)

利用以上公式對系數(shù)進(jìn)行修正，計算過程見表4。

表4 斗渠利用系數(shù)修正表

η二分干斗=0.931η三分干斗=0.922

η四分干斗=0.937η三北干斗=0.951

一分干的斗渠與二分干的斗渠的平均長度、土質(zhì)一致，因此，一分干的斗渠利用系數(shù)為：η一分干斗=η二分干斗=0.931。

五分干斗渠與三北干斗渠的平均長度、土質(zhì)一致，故五分干斗渠利用系數(shù)借用三北干斗渠利用系數(shù)。即η五分干斗=η三北干支斗=0.951。

3.1.3支渠利用系數(shù)

根據(jù)公式η渠段=Q下/Q上計算得出各支渠代表段的利用系數(shù)，計算過程見表5。

表5 支渠代表段利用系數(shù)計算表

由于一分干的支渠與二分干的支渠的土質(zhì)、襯砌形式一致，故一分干的支渠利用系數(shù)借用二分干支渠代表段進(jìn)行計算。

五分干支渠與三分干支渠的土質(zhì)、襯砌形式一致，故五分干支渠利用系數(shù)借用三分干支渠代表段利用系數(shù)進(jìn)行計算。

由于三北干的支渠與三分干的支渠的土質(zhì)、襯砌形式基本一致，故三北干支渠利用系數(shù)借用三分干支渠代表段利用系數(shù)進(jìn)行計算。

因此可以根據(jù)公式η渠道=(Q下/Q上)L/ΔL計算出各支渠的利用系數(shù)，計算過程見表6。

表6 支渠利用系數(shù)計算表

支渠直接采用斗渠計算方法進(jìn)行修正。支渠上的斗渠排列比較均勻，每隔200m布設(shè)一個斗渠，因此，很容易求出n值。

η一分干支=0.952η二分干支=0.933η三分干支=0.937

η四分干支=0.931η五分干支=0.932η三北干支=0.934

3.1.4分干渠道水利用系數(shù)

根據(jù)公式η渠道=(Q下/Q上)L/ΔL求出各分干利用系數(shù)，計算過程詳見表7。

由于五分干的干渠與三北干的干渠土質(zhì)、襯砌形式一致，故五分干干渠利用系數(shù)借用三北干干渠代表段利用系數(shù)進(jìn)行計算。

(續(xù)表)

同樣，該分干的渠道利用系數(shù)也應(yīng)該修改，修正的方法同斗渠一樣，不過，已經(jīng)知道每條分干上支渠分布的數(shù)量，則即可求出n值。

分干渠利用系數(shù)修見表8。

表8 分干渠利用系數(shù)修正表

η一分干=0.957η二分干=0.954η三分干=0.930

η四分干=0.938η五分干=0.922η三北干=0.955

3.2 渠系水利用系數(shù)

η渠道1=η總干1×η一分干×η一分干支×η一分干斗

=0.951×0.957×0.952×0.931

=0.807

η渠道2=η總干×η二分干×η二分干支×η二分干斗

=0.951×0.954×0.933×0.922

=0.757

η渠道3=η總干1×η總干2×η三分干×η三分干支×η三分干斗

=0.951×0.968×0.916×0.937×

0.922=0.683

η渠道4=η總干1×η總干2×η四分干×η四分干支×η四分干斗

=0.951×0.968×0.938×0.931×0.937

=0.753

η渠道5=η總干1×η總干2×η三分干×η五分干×η五分干支×

η五分干斗=0.951×0.968×0.916×0.922×

0.932×0.951=0.689

η渠道3北=η總干1×η總干2×η三分干×η三北干×η三北干支×

η三北干斗=0.951×0.968×0.916×

0.955×0.934×0.951=0.715

η渠道=∑η渠道iAi/A=(0.807×1350+0.757×

12650+0.683×32020+0.753×31100+

0.689×9254+0.715×14626)/101000

=70335/101000=0.721

式中，η渠道—整個灌區(qū)渠道水利用系數(shù)；η渠道i—各分干渠渠道水利用系數(shù);Ai—各分干渠控制面積;A—灌區(qū)總面積。

3.3 田間水利用系數(shù)η田間

計算方法如下:

η田間=mA/W農(nóng)凈

式中，η田間—田間水利用系數(shù)[7]；A—農(nóng)渠控制的農(nóng)田灌溉面積[8];W農(nóng)凈—一次灌溉農(nóng)渠放出的總水量[9];m—設(shè)計凈灌溉定額[10]。

考慮遼陽灌區(qū)實際情況，田間水利用系數(shù)暫取0.96。

3.4 灌溉水利用系數(shù)η水

η水=η渠道η田間=0.721×0.96=0.692

4 結(jié)語

灌溉用水利用系數(shù)是衡量農(nóng)業(yè)節(jié)水效果的重要指標(biāo)，它是一個綜合指數(shù)，反映了灌溉工程，質(zhì)量水平的灌溉技術(shù)和灌溉用水管理的水平。灌溉水利用系數(shù)與任何節(jié)水技術(shù)措施的分析、比較和評價密不可分。灌溉節(jié)水在我國有很大的潛力，正確認(rèn)識灌溉用水和灌溉用水系數(shù)的計算方法，重點是解決灌溉水利用率問題，對灌溉用水利用系數(shù)計算方法的改進(jìn)實施，遼陽灌區(qū)經(jīng)過修正后測得有效利用系數(shù)為0.692。對提高灌溉水的利用率，促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用具有積極意義。