張永偉

( 黑龍江省農(nóng)墾紅興隆管理局水務(wù)局，黑龍江紅興隆155811)

1 渠道的設(shè)計(jì)流量

渠道的設(shè)計(jì)流量是指在設(shè)計(jì)年內(nèi)作物灌水期間渠道需要通過(guò)的最大流量，或者說(shuō)渠道在正常工作條件下需要通過(guò)的流量，因而又叫正常流量。它是設(shè)計(jì)渠道縱、橫斷面和渠系建筑物的主要依據(jù)。渠道的設(shè)計(jì)流量與灌區(qū)的灌溉面積、作物組成、灌溉制度、渠道的工作制度以及渠道的輸水損失等因素有關(guān)［1］。

1.1 渠道流量的相關(guān)概念

灌溉水從渠首引入并經(jīng)各級(jí)渠道輸送到田間，各處的流量都不相同。因而在計(jì)算中就會(huì)遇到不同的流量術(shù)語(yǔ)和概念，為以后敘述方便，現(xiàn)介紹如下:

1.1.1 渠道田間凈流量

該流量是指渠道應(yīng)該達(dá)到田間的流量，或者說(shuō)田間實(shí)際需要的渠道流量，用Q田間凈表示。

1.1.2 渠道凈流量和毛流量

對(duì)一個(gè)渠段而言，段首處的流量為毛流量，段末處的流量為凈流量;對(duì)一條渠道來(lái)說(shuō)，該渠道引水口處的流量為毛流量，同時(shí)自該渠道引水的所有下一級(jí)渠道分水口的流量之和為凈流量。毛流量和凈流量分別用Q毛和Q凈表示。渠道的設(shè)計(jì)流量應(yīng)該是毛流量。

1.1.3 渠道損失流量

該流量是指渠道在輸水過(guò)程中損失掉的流量，用Q損表示。渠道的毛流量、凈流量和損失流量之間有如下的關(guān)系:

1.2 渠道輸水損失與渠道水利用系數(shù)

渠道在輸水過(guò)程中一定要損失掉一部分流量或水量，稱(chēng)為渠道的輸水損失。在進(jìn)行渠道流量計(jì)算時(shí)，必須計(jì)入輸水損失流量。渠道輸水損失包括水面蒸發(fā)損失、漏水損失和滲水損失3個(gè)部分。水面蒸發(fā)損失數(shù)量很小，可以忽略不計(jì)。漏水損失是指由于地質(zhì)條件不良、施工質(zhì)量較差、管理維修不善以及生物作用等因素而形成的漏洞、裂隙或渠堤決口和建筑物漏水等所損失的水量，一般約占輸水損失的15%左右，這些損失都應(yīng)該是中以避免的。漏水損失的具體數(shù)值，可根據(jù)渠道的實(shí)際情況估算確定，在渠道流量計(jì)算時(shí)，一般不予計(jì)入。經(jīng)渠床土壤的滲水損失是渠道輸水損失的主要部分，是經(jīng)常存在的、不能完全避免的水量損失，一般占輸水損失的80%以上。渠道的輸水損失估算主要是滲水損失的估算，并把它近似地作為渠道的總輸水損失。渠道輸水損失，在已成灌區(qū)的管理運(yùn)用中，應(yīng)通過(guò)實(shí)側(cè)確定，可用水的利用系數(shù)進(jìn)行計(jì)算和表示。

根據(jù)水的利用系數(shù)，可以估算渠道的損失流量，也可直接用來(lái)計(jì)算渠道的設(shè)計(jì)流量。常用的水的利用系數(shù)有以下4 種:

1.2.1 田間水利用系數(shù)

是引渠口以下至灌水溝、畦，水的運(yùn)用質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。除了與澆地人員工作質(zhì)量有關(guān)外，還因地形、引渠長(zhǎng)度、田間工程及土質(zhì)等狀況的不同而有差異。其計(jì)算方法如下:

1) 觀(guān)測(cè)記載引渠口水位流量，計(jì)算引口引入水量W引。

2) 施測(cè)有代表性地塊的灌水定額m，統(tǒng)計(jì)灌溉面積A。在選擇代表性地塊時(shí)，主要考慮土質(zhì)、地形、田間工程規(guī)格、作物種類(lèi)、用水次數(shù)、耕作措施等條件。若引渠范圍內(nèi)上述條件差異較大時(shí)，應(yīng)分區(qū)測(cè)定灌水定額、統(tǒng)計(jì)灌溉面積;若差異不大時(shí)，可以分區(qū)。

3) 計(jì)算田間灌水量W田、田間水利用系數(shù)η田:

1.2.2 渠道水利用系數(shù)

渠道水利用系數(shù)有干、支、斗、分各級(jí)渠道水利用系數(shù)，分別表示該級(jí)渠道的運(yùn)用質(zhì)量。它可以由水量統(tǒng)計(jì)法或流量實(shí)測(cè)法求得。

1.2.2.1 水量統(tǒng)計(jì)法

在一個(gè)灌溉季度或一個(gè)用水輪期內(nèi)，根據(jù)各渠口引水量W毛和同期給水下級(jí)渠道輸送的水量W凈，由下式求得渠道水利用系數(shù)η:

1.2.2.2 流量實(shí)測(cè)法

同時(shí)測(cè)定渠口流量Q毛和給下級(jí)渠道輸送的流量Q凈，由下式求得渠道水利用系數(shù):

1.2.3 渠系水利用系數(shù)

是各級(jí)固定渠道運(yùn)用質(zhì)量的綜合指標(biāo)。它可以由各級(jí)渠道水利用系數(shù)連乘積表示，也可以在同一時(shí)間內(nèi)測(cè)定渠首流量Q 和各引口流量之和ΣQ 求

得，即:

或

在利用(6) 式計(jì)算渠系水利用系數(shù)時(shí)，各級(jí)渠道水利用系數(shù)要用渠道流量來(lái)求得其加權(quán)平均值代入。在施測(cè)渠系水利用系數(shù)時(shí)，應(yīng)選擇渠道流量比較穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行，最好要按流程時(shí)間來(lái)測(cè)定各級(jí)渠道的流量。

1.2.4 灌溉水利用系數(shù)

是指在某一時(shí)段內(nèi)，田間實(shí)灌水量與渠道引水總量的比值。它是灌區(qū)水的運(yùn)用質(zhì)量綜合指標(biāo)，是灌區(qū)管理水平的重要標(biāo)志之一，也是灌區(qū)規(guī)劃和編制用水計(jì)劃的重要依據(jù)。灌溉水利用系數(shù)η水，有兩種計(jì)算方法:

式中: W首是渠首引水量，灌溉水利用系數(shù)也可以一條干、支渠或一條斗渠范圍內(nèi)計(jì)算單位，上式中W首分別以干、支渠閘口或斗口的飲水量代入即可。

1.3 灌溉渠道的水利計(jì)算

1.3.1 輪灌渠道設(shè)計(jì)流量推算

由于輪灌渠道不是在整個(gè)作物灌水延續(xù)時(shí)間內(nèi)連續(xù)輸水，而是集中過(guò)水，所以，輪灌渠道設(shè)計(jì)流量的大小，又決定于它本身灌溉面積的大小，而是取決于上級(jí)渠道供水流量的大小和輪灌組內(nèi)渠道數(shù)的多少，因此，輪灌渠道的設(shè)計(jì)流量，不能用灌水模數(shù)乘灌溉面積求田間凈流量，再逐級(jí)加灌溉流量求毛流量的方法來(lái)推算，而只能采用自上而下逐級(jí)分配田間凈流量，再自下而上逐級(jí)加損失流量求毛流量的方法進(jìn)行推算。現(xiàn)以干、支渠續(xù)灌，斗、農(nóng)渠輪灌，斗渠輪灌組內(nèi)有n 條斗渠，農(nóng)渠輪灌組內(nèi)有A 條農(nóng)渠的情況，來(lái)說(shuō)明輪灌渠道設(shè)計(jì)流量的推算方法。

1.3.1.1 自上而下分配末級(jí)續(xù)灌渠道的田間凈流量

1) 計(jì)算支渠田間凈流量

2) 計(jì)算斗渠田間凈流量，斗渠輪灌組內(nèi)n 條斗渠的灌溉面積相等時(shí)，計(jì)算公式為:

斗渠輪灌組內(nèi)各斗渠面積不相等時(shí)，為使各斗渠的灌水時(shí)間相等，應(yīng)按各斗渠灌溉面積的大小來(lái)分配支渠田間凈流量，即:

3) 計(jì)算農(nóng)渠田間凈流量，該流量和計(jì)算斗渠田間凈流量的道理相同，分別為:

式中: A支，A斗組，A斗i，A農(nóng)組，A農(nóng)i為支渠、斗渠輪灌組、某天斗渠、農(nóng)渠輪灌區(qū)、某條農(nóng)渠灌溉面積; q設(shè)為設(shè)計(jì)灌水模數(shù)。

1.3.1.2 自下而上推算渠道設(shè)計(jì)流量

農(nóng)渠的凈流量為:

農(nóng)、斗、支渠的設(shè)計(jì)流量分別為:

式中: L農(nóng)，L斗，L支為農(nóng)、斗、支渠的平均工作長(zhǎng)度，一般為下一級(jí)渠道最下游一個(gè)輪灌組的中點(diǎn)到該渠道引水口的距離，km; ΣQ農(nóng)設(shè)ΣQ斗設(shè)為農(nóng)渠和斗渠輪灌組內(nèi)各農(nóng)渠和斗渠的設(shè)計(jì)流量之和，m3/s。

1.3.1.3 用水的利用系數(shù)推算渠道設(shè)計(jì)流量

如果一個(gè)灌區(qū)支、斗、農(nóng)渠的數(shù)目很多，都用上述方法推求設(shè)計(jì)流量將十分繁雜。為減少計(jì)算工作量，可綜合考慮渠道長(zhǎng)度、灌溉面積、沿渠土質(zhì)和配水方式等因素，選擇一條或幾條支、斗、農(nóng)渠，用前述方法退求出渠系水利用系數(shù)η渠系，然后以η渠系作為擴(kuò)大指標(biāo)，推求其他各支、斗、農(nóng)渠的設(shè)計(jì)流量。其計(jì)算公式為:

1.3.2 續(xù)灌渠道( 干渠) 設(shè)計(jì)流量推算

干渠的設(shè)計(jì)流量可根據(jù)已求出的各支渠的設(shè)計(jì)流量，按支渠口的位置對(duì)干渠進(jìn)行分段，自下游逐段加損失流量，分段推算。其計(jì)算公式如下:

2 渠道的最小流量與最大流量

為了保證對(duì)下一級(jí)渠道正常供水和進(jìn)行水位控制、最小流量與設(shè)計(jì)流量不宜相差過(guò)大。

一般規(guī)定，最小流量應(yīng)≥設(shè)計(jì)流量的40%，這和最小灌水模數(shù)應(yīng)≥最大灌水模數(shù)40%的要求是完全一致的，也有的灌區(qū)規(guī)定，渠道的最低水位應(yīng)等于或大于正常水位70%。實(shí)際灌水時(shí)，如果次作物用水量過(guò)小，可適當(dāng)縮短灌水時(shí)間，集中灌水。使其通過(guò)的流量大于最小流量。

考慮到在管理運(yùn)用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)未能預(yù)料到的情況，如作物種植比例變更、灌溉面積擴(kuò)大、氣候特別干旱、渠道發(fā)生事故后需要短時(shí)間加大輸水等，都要求渠道通過(guò)比設(shè)計(jì)流量大的流量，這種流量稱(chēng)為渠道的最大流量。當(dāng)渠道通過(guò)最大流量時(shí)，渠中水位增高，流速加大，所以，確定最大流量的作用在于校核渠道的過(guò)水能力和不沖流速，進(jìn)而確定渠道的堤頂高程，即渠道的堤頂高程應(yīng)該等于通過(guò)最大流量時(shí)的水位和堤頂超高。對(duì)于輪灌渠道，因其流量已經(jīng)加大，故不再考慮加大流量。

式中: K 為流量加大系數(shù)，見(jiàn)表1; Q加為加大流量，m3/s。

表1 流量加大系數(shù)K 值表

3 結(jié) 論

正確的設(shè)計(jì)渠道流量，可以使灌區(qū)運(yùn)行優(yōu)良，發(fā)揮最大的灌溉效益。如果灌溉渠系設(shè)計(jì)的非常合理，而且管理完善，就能夠有效避免灌溉引水過(guò)程中由于引水太小、沿程損失太大，渠系水利用過(guò)低的問(wèn)題，它能夠提高灌區(qū)水利用量和作物的產(chǎn)量，同時(shí)又進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、增收、增效，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源的合理配置。

［1］謝博. 灌溉渠道的設(shè)計(jì)流量計(jì)算與分析［J］. 陜西水利，2011(04) :175 －176.