工程狀況與管理水平影響的渠系水利用效率指標(biāo)體系的構(gòu)建

翁 浛

(潮州市鳳溪水庫(kù)管理處，廣東 潮州 521000)

0 引 言

渠系水利用效率指標(biāo)體系在我國(guó)水利工程中發(fā)揮著重要作用，可以較好反映工程狀況與管理水平對(duì)灌區(qū)水利用效率的影響，是衡量渠系輸水效率的重要指標(biāo)。因此，眾多學(xué)者對(duì)水利用效率指標(biāo)體系開展研究，并取得一系列成果。

周玉琴等[1]以石門水庫(kù)灌區(qū)為研究對(duì)象，采用“考斯加科夫渠道滲漏經(jīng)驗(yàn)公式法”計(jì)算渠道滲水量，分析不同襯砌情況下的渠系水利用效率。結(jié)果表明，襯砌結(jié)構(gòu)對(duì)渠系水利用效率較大，即未采取襯砌措施的渠系水利用效率僅為0.6，而全部采取混凝土襯砌措施的渠系水利用效率可達(dá)到0.97。楊新民等[2]以內(nèi)蒙古烏拉特灌區(qū)為例，基于M.G.BOS灌溉效率計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，采用“連乘法”分析計(jì)算渠系水利用效率，并結(jié)合灌溉排水渠系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，提出了一套適合烏拉特灌區(qū)的渠系水利用效率分析計(jì)算方法。熊佳[3]分析現(xiàn)有灌溉水利用效率指標(biāo)的不足，對(duì)現(xiàn)有灌溉水利用效率系數(shù)進(jìn)行科學(xué)的定義與評(píng)價(jià)，并對(duì)其適用范圍進(jìn)行了探討研究。賈皓翔[4]以大連朱家隈子水庫(kù)灌區(qū)為例，選取代表性的干渠、支渠、斗渠及農(nóng)渠進(jìn)行上下斷面流量監(jiān)測(cè)，實(shí)測(cè)朱家隈子水庫(kù)灌區(qū)干渠渠系水利用系數(shù)為0.9、灌區(qū)渠系水利用系數(shù)為0.58，計(jì)算結(jié)果可為相關(guān)部門在灌溉期時(shí)提供參考。申軍等[5]基于Horton定律，對(duì)托克托縣麻地壕灌區(qū)渠系配水效率進(jìn)行了分析計(jì)算，通過對(duì)麻地壕灌區(qū)現(xiàn)有工程狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，指出該灌區(qū)分支比不合理，影響了現(xiàn)有渠系配水效率。根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果，為提高麻地壕灌區(qū)渠系水利用效率提出有效的建議及措施，即對(duì)支渠和斗渠進(jìn)行改造，增加支渠和斗渠長(zhǎng)度，減小支渠和斗渠的數(shù)量，以此來提高渠系水配水效率。王娜等[6]以綏中縣王石灌區(qū)為例，采用動(dòng)水法對(duì)渠道輸水損失量進(jìn)行分析，并對(duì)比分析不同襯砌形式及不同防滲措施下的輸水損失率。結(jié)果表明，混凝土襯砌渠道輸水損失量與未襯砌渠道輸水損失量相差10倍之多。因此，提高工程質(zhì)量、改善襯砌形式可以極大減少渠道輸水損失量，從而提高水利用效率。

基于前人研究成果，本文以渠道輸水效率Eca、渠系輸水效率Ec、渠系配水效率Ed以及渠系水利用效率Ecs為主要指標(biāo)，構(gòu)建渠系水利用效率指標(biāo)體系，分別給出其定義及計(jì)算方法，并通過實(shí)例分析研究4個(gè)系數(shù)指標(biāo)對(duì)灌溉區(qū)水利用效率的影響。

1 渠系水利用效率指標(biāo)體系的組成

本文構(gòu)建的渠系水利用效率指標(biāo)體系主要由以下4個(gè)系數(shù)組成：渠道輸水效率Eca、渠系輸水效率Ec、渠系配水效率Ed以及渠系水利用效率Ecs。4個(gè)系數(shù)可以較好地反映工程狀況和管理水平對(duì)渠系水利用效率指標(biāo)的影響。

1.1 渠道輸水效率

將渠道凈水量與毛水量之比定義為渠道輸水效率，亦稱渠道水利用系數(shù)Eca，主要反映渠道工程狀況對(duì)渠系水利用效率的影響。公式如下：

(1)

式中：Eca為渠道水利用系數(shù)，無量綱單位；Q凈為水渠凈水量，m3；Q毛為水渠總流量，m3。其中，水渠總流量扣除水在渠道中滲透流失的部分水量即為水渠凈水量。

由式(1)可以看出，渠道水輸水效率受渠道中滲透流失的部分水量影響較大，而這部分損失的水量主要取決于渠床下部土質(zhì)、施工質(zhì)量、工程老化程度以及防滲措施等工程狀況好壞。常采用動(dòng)水法或靜水法測(cè)得渠道輸水效率。

1.2 渠系輸水效率

渠系輸水效率Ec定義為灌溉流出渠道水量與引入渠系總水量之比，其主要反映灌區(qū)水利用效率的情況。公式如下：

(2)

其中：W引為灌溉期間全部流入渠系的總水量，m3；W出為灌溉期間流出渠系的總水量，m3。

除灌溉時(shí)流出渠系總水量外，灌溉期間產(chǎn)生的退水量也一并計(jì)入W出。這部分退水量也是通過渠系分配出的水量，因此不可歸為因工程狀況而產(chǎn)生的損失水量一類。理論上，測(cè)得灌溉期間渠系引水總量及渠系流出總水量即可計(jì)算出渠系輸水效率Ec。但對(duì)于末端存在眾多出水口的灌區(qū)，W出指標(biāo)難以一一測(cè)得。實(shí)際操作中，通過工程狀況相近的同級(jí)渠道推算各段渠道的渠系輸水效率，最后通過系數(shù)連乘法計(jì)算出渠系輸水效率。

1.3 渠系配水效率

渠系水配水效率Ed反映了管理水平對(duì)水利用效率的影響。其定義為渠系水實(shí)際流入田間的總水量與渠系流出總水量之比，公式如下：

(3)

式中：W田為灌溉期間渠系水流入田間的總水量，m3。

灌溉期間，根據(jù)田間水量需求，通過渠系調(diào)配水管理，合理控制分水渠道出水量，盡可能保證調(diào)配水量與實(shí)際需求量一致。因此，渠系配水效率受管理水平影響較大。實(shí)際工作中，會(huì)存在各種因素影響導(dǎo)致調(diào)配水量多于田間需求水量，如需水信息采集不及時(shí)、越級(jí)渠道輸水等，繼而形成退水。這部分水量并非由工程狀況導(dǎo)致，而是由于管理水平不高導(dǎo)致，提高管理水平可提高渠系配水效率。實(shí)際運(yùn)用中，Ed通過Ec和Ecs間接推算得到。

1.4 渠系水利用效率

渠系水利用效率Ecs，即灌溉期間，渠系流入田間總水量與渠系引水總水量之比，其主要反映了渠系工程狀況和管理水平對(duì)水利用效率的影響。公式如下：

(4)

同時(shí)，由式(2)、式(3)可推導(dǎo)出式(5)：

Ecs=Ec×Ed

(5)

即渠系水利用效率Ecs還可定義為渠系輸水效率與渠系配水效率的乘積。其可通過首尾測(cè)算法直接計(jì)算得到。

2 工程概況

本文以潮州市轄區(qū)范圍內(nèi)的3個(gè)灌區(qū)為例，計(jì)算受工程狀況和管理水平影響的渠系水利用效率4個(gè)主要指標(biāo)。其中3個(gè)灌區(qū)基本情況見表1。

表1 灌區(qū)基本情況

3 結(jié)果分析

3.1 渠系水利用效率指標(biāo)

1) 渠道輸水效率Eca。以崗山水庫(kù)灌區(qū)為例，采用靜水法，實(shí)測(cè)該灌區(qū)7條水渠每延米渠道輸水效率，測(cè)試結(jié)果見表2。

2) 渠系輸水效率Ec。首先采用靜水法，測(cè)得全市灌區(qū)渠道的滲水特性，建立不同工程狀況不同級(jí)渠道的每延米輸水效率與水流量的關(guān)系。基于此關(guān)系，通過系數(shù)連乘法推算出該灌區(qū)渠系輸水效率，見表3。以崗山水庫(kù)灌區(qū)為例，經(jīng)綜合分析，渠系輸水效率為0.73。

3) 渠系配水效率Ed。依據(jù)式(5)直接計(jì)算得出，見表3。以崗山水庫(kù)灌區(qū)為例，渠系輸水效率計(jì)算結(jié)果為0.66。

4) 渠系水利用效率Ecs。基于潮州市灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析結(jié)果，采用首尾測(cè)算法直接計(jì)算得出，見表3。以崗山水庫(kù)灌區(qū)為例，該渠系水利用效率為0.57。

表2 崗山水庫(kù)灌區(qū)渠道輸水效率測(cè)試結(jié)果

表3 3個(gè)灌區(qū)渠系水利用效率指標(biāo)值

3.2 指標(biāo)計(jì)算結(jié)果分析

圖1-圖3為不同灌區(qū)所有渠系水利用效率指標(biāo)值計(jì)算結(jié)果變化趨勢(shì)。

圖1 各灌區(qū)渠系輸水效率

圖2 各灌區(qū)渠系配水效率

圖3 各灌區(qū)渠系水利用效率

從表3及圖1-圖3可知：

1) 渠道輸水效率受工程狀況影響較大。以崗山水庫(kù)灌區(qū)為例，混凝土澆筑渠道的輸水效率優(yōu)于土填方渠道。原因是混凝土澆筑的渠道防滲效果相較于其他渠道建設(shè)方法更好，渠道滲水損失流量更少。

2) 由表3中3個(gè)灌區(qū)渠系輸水效率變化趨勢(shì)可知，東興村灌區(qū)>北關(guān)引韓灌區(qū)>崗山水庫(kù)灌區(qū)。由表1灌區(qū)基本情況可知，灌區(qū)規(guī)模越小，其襯砌率越高，工程狀況越好，因此其渠系水輸水效率應(yīng)越高。

3) 由表3可知，3個(gè)灌區(qū)渠系配水效率變化趨勢(shì)為：崗山水庫(kù)灌區(qū)>北關(guān)引韓灌區(qū)>東興村灌區(qū)。渠系水配水效率反映管理水平對(duì)渠系水利用效率的影響，崗山水庫(kù)渠系配水效率最高，客觀上反映了該灌區(qū)管理水平很高。事實(shí)上，崗山水庫(kù)灌區(qū)近年來，實(shí)施農(nóng)業(yè)用水定額管理，在所有渠口安裝計(jì)量裝置，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)用水按量收費(fèi)，這一舉措極大促進(jìn)了農(nóng)業(yè)節(jié)水。相較于崗山水庫(kù)灌區(qū)，北關(guān)引韓灌區(qū)未在所有支渠分水口安裝計(jì)量裝置，從管理水平上看，北關(guān)引韓灌區(qū)管理水平低于崗山灌區(qū)。因此，北關(guān)引韓灌區(qū)渠系水配水效率低于崗山水庫(kù)灌區(qū)是合理的。東興村灌區(qū)渠系水配水效率最低，灌區(qū)未設(shè)專業(yè)管理機(jī)構(gòu)，而是由村級(jí)代管，水費(fèi)由村集體支付。灌溉期間，常出現(xiàn)各別農(nóng)戶隨意開渠灌溉等現(xiàn)象，產(chǎn)生的退水居多。因此，該灌區(qū)渠系水配水效率最低是比較合理的。

針對(duì)上述灌區(qū)渠系輸水效率、配水效率情況，提出幾點(diǎn)改進(jìn)措施，以改進(jìn)渠系水利用效率：①崗山水庫(kù)灌區(qū)渠系輸水效率低下，結(jié)合表1崗山水庫(kù)灌區(qū)基本情況，反映了當(dāng)前灌區(qū)工程狀況較差，渠道襯砌率僅為40.5%。因此，后續(xù)可對(duì)該灌區(qū)進(jìn)行改造，如完善渠道襯砌，提高襯砌率，減小滲水流量。②針對(duì)北關(guān)引韓灌區(qū)，應(yīng)從改善工程狀況和提高管理水平兩方面入手，通過改造渠道襯砌、加強(qiáng)管理等措施，提高渠系水利用效率。③針對(duì)小規(guī)模一類的東興村灌溉區(qū)，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)用水管理，推行計(jì)量收費(fèi)等措施，提高渠系配水效率。

4 結(jié) 論

本文通過4個(gè)系數(shù)即渠道輸水效率Eca、渠系輸水效率Ec、渠系配水效率Ed以及渠系水利用效率Ecs，構(gòu)建了渠系水利用效率指標(biāo)體系，并分別給出其定義及分計(jì)算方法。同時(shí)，以某灌區(qū)工程為例，分析該指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)效果。結(jié)論如下：

1) 渠道輸水效率、渠系輸水效率主要反映工程狀況對(duì)渠系水利用效率的影響，而管理水平對(duì)渠系水利用效率的影響主要由渠系配水效率系數(shù)體現(xiàn)，最后由渠系水利用效率綜合反映工程狀況和管理水平對(duì)水利用效率的影響。

2) 該指標(biāo)體系可滿足不同灌區(qū)對(duì)渠系水利用效率的評(píng)價(jià)需求。