青州張莊灌區渠道設計流量計算分析

張仁寶 ，武華寶 ，林 云

（1.山東農業工程學院，山東 濟南 250100；2.青島萊西市自來水公司諾誠檢測中心，山東 萊西 266600）

青州市張莊灌區，位于魯中山區西部邊緣，屬于低山丘陵區，灌區三面環山。該灌區主要用來解決人畜用水，并結合抗旱灌溉。在設計的過程中，遵循了安全可靠、經濟合理、用水管理和工程管理方便、綜合利用等原則。

1 渠道相關參數分析

1.1 渠道設計流量分析

渠道的設計流量是在灌溉設計標準條件下為滿足灌溉用水的要求而需要渠道輸送的最大流量。它與與灌區灌溉制度、灌溉面積和作物組成、渠道的工作制度以及渠道的輸水損失等因素有關，設計流量的確定是由設計灌水率（灌水模數）和灌溉面積按照渠道工作制度分析計算的。

1.2 渠道的輸水損失的分析

渠道在灌溉輸水過程中由于滲漏、水面蒸發和沿程損失，會有部分的水量損失。渠道輸水損失的原因主要有渠道滲漏損失、閘門漏水、渠道退水和渠道水面蒸發損失等。渠道滲漏是造成輸水損失的主要原因，其影響因素主要有土壤性質、地下水位狀況和渠道施工質量等，閘門漏水和渠道退水主要影響因素是用水管理水平和工程質量，該條件可通過灌區管理工作加強予以限制，因而在計算渠道流量損失時也不予考慮，而水面蒸發損失一般小于滲漏水量的5%，在渠道流量計算中一般忽略不計。所以，渠床滲漏損失的水量是灌溉渠道輸水損失中主要的損失水量，為計算方便近似地看作總輸水損失量。

2 渠道設計流量的計算分析

在灌溉渠道設計時，要考慮流量變化對渠道的影響，盡量滿足更多的用水條件變化要求。在實際工作中，是從變化的流量中取其典型流量作為設計依據的，這也就是渠道的正常流量。

2.1 輪灌渠道設計流量的推算

常用的輪灌渠道渠道流量推求方法是根據輪灌組劃分情況自上而下逐級分配末級（一般是支渠）續灌渠道的田間凈流量直至最后一級（農渠），再由農渠分配的田間凈流量逐級向上計入輸水損失水量和凈流量，從而得到各級渠道毛流量，即設計流量。

2.2 續灌渠道設計流量的推算

續灌渠道是上級渠道向下級渠道同時供水,所以可以在考慮輸水損失的情況下由下級渠道逐級推求。

3 案例分析

青州張莊灌區的灌溉面積1.95萬hm2，灌區有兩條干渠，下設21條支渠。全灌區土壤、水文地質等自然條件和作物種植情況比較接近，因而選擇其中第3條支渠為典型支渠。灌區以小麥、春玉米、夏玉米為代表作物。設計灌水模數q設=0.55 m3/（s·100 hm2），灌區土壤為輕黏壤土。以右干渠第3支渠為典型支渠，推求其設計流量。

1）分析推求農渠的設計流量（毛流量）。

根據支渠控制面積和灌水率，可得三支渠田間凈流量Q4支田凈為0.73 m3/s；三支渠中同時工作的斗渠和農渠分別是3條和2條，則田間凈流量Q農田凈為 0.129 m3/s。

取田間水利用系數ηf=0.95，則農渠的凈流量Q農凈根據公式（3）計算得0.136 m3/s。

2）分析推求斗渠的設計流量（毛流量）。根據斗渠的凈流量應為其控制的同時工作的農渠數量和農渠的設計流量，可得每條斗渠凈流量Q斗凈為0.28 m3/s。

農渠分兩組輪灌，各組要求斗渠供給的凈流量相等。但是，第二輪灌組距斗渠進水口較遠，輸水損失水量較多，據此求得的斗渠毛流量較大。因此，以第二輪灌組灌水時需要的斗渠的毛流量作為斗渠的設計流量。斗渠的平均工作長度L=1.63 km，而根據，每公里斗渠長度損失水系數可得0.033，可求得斗渠毛流量或設計流量Q斗毛為0.295 m3/s。

3）分析推求三支渠的設計流量（毛流量）。支渠的凈流量為支渠控制同時工作的斗渠毛流量之和。因為一條支渠內同時工作的斗渠有3條，所以支渠的凈流量等于三條斗渠的毛流量之和，即0.88 m3/s。

支渠分兩組輪灌，各組要求支渠供給的凈流量相等。但是，第二輪灌組距斗渠進水口較遠，輸水損失水量較多，據此求得的支渠毛流量較大。因此，以第二輪灌組灌水時需要的支渠的毛流量作為支渠的設計流量。同時，選取支渠的計算長度時，以支渠的實際長度為計算長度顯然偏長，若以分水口到輪灌組開始位置則偏短，因此選取分水口至輪灌組中點的距離作為支渠的平均工作長度L為3.94 km，綜上分析，可得支渠的毛流量或設計流量Q支毛為0.89 m3/s。

4）計算干渠的設計流量（毛流量）。計算三支渠灌溉水利用系數 η4支水=Q4支田凈/Q支毛=0.82。

以典型支渠（三支渠）的灌溉水利用系數作為擴大指標計算其他支渠的設計流量，再計算最終各支渠的設計流量（表1右干渠各支渠的設計流量計算，表2左干渠各支渠的設計流量計算）。

表1 右干渠各支渠的設計流量計算

表2 左干渠各支渠的設計流量計算

根據公式Q干=∑Q支毛+βσ干L干計算各干渠的設計流量，推求右、左兩干渠渠首設計流量分別為7.5 m3/s和4.98 m3/s，由以上兩表格求得總流量為12.48 m3/s。

4 結語

渠系設計合理，將能有效的避免灌溉引水過程中因水量過小、沿程損失過大，渠系水利用系數過低的問題，并且可以在灌溉方面，全面安排，充分利用水源，最大限度地發展可灌面積，也能有利于從而有利于農業增產、農民增收，灌區水資源的優化配置，同時，也有利于提高灌區內灌溉用水量和作物用水量，對灌溉農業可持續發展具有重要的意義。