基于改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)公式的渠系水利用系數(shù)測(cè)算研究

牛立軍 秦龍飛

摘要：渠系水利用系數(shù)常用來(lái)計(jì)算灌區(qū)用水量，為了探究渠系水利用系數(shù)，本文采用改進(jìn)后的考斯加科夫渠道滲漏經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)研究區(qū)域渠系水利用系數(shù)進(jìn)行測(cè)算。結(jié)果顯示，采用改進(jìn)后的考斯加科夫渠道滲漏經(jīng)驗(yàn)公式測(cè)算的渠系水利用系數(shù)為0.78，與實(shí)際值0.84較為接近，極大的方便了渠系水利用系數(shù)的測(cè)算工作。

Abstract： Canal system water use coefficients are commonly used to calculate water consumption in irrigation districts. In order to explore canal system water use coefficients， this article uses the improved Kosgakov channel leakage experience formula to measure canal system water use coefficients in the study area. The results show that the canal system water use coefficient calculated using the improved Kosgakov channel leakage experience formula is 0.78， which is close to the actual value of 0.84， which greatly facilitates the calculation of canal water use coefficients.

關(guān)鍵詞：渠系水利用系數(shù);考斯加科夫渠道滲漏經(jīng)驗(yàn)公式;灌區(qū)

Key words： canal system water use coefficient;empirical formula for Kosgakov channel leakage;irrigation area

中圖分類(lèi)號(hào)：S274.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）09-0264-02

0? 引言

在我國(guó)，農(nóng)田灌溉仍然以地面灌溉為主，而采用得最多最普遍的是明渠渠道[1]，其中明渠輸水的灌溉面積占總灌溉面積75%以上，至今已建灌溉渠道長(zhǎng)度約300萬(wàn)km[2]。在明渠渠道結(jié)構(gòu)中，多采用渠道襯砌[3]。襯砌渠道是減少渠道漏水損失，提高渠道用水系數(shù)的重要方法。而渠系水利用系數(shù)又是衡量渠系工程狀況和輸水效率的其中一項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。如何輕松，快速地估算渠道用水系數(shù)是當(dāng)前生產(chǎn)建設(shè)中需要解決的問(wèn)題。因此本文根據(jù)王集灌區(qū)農(nóng)田水利工程資料相對(duì)齊全的現(xiàn)狀，采用典型渠段法測(cè)算其渠道水力要素，采用改進(jìn)后的考斯加科夫渠道滲漏經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)研究區(qū)域渠系水利用系數(shù)進(jìn)行測(cè)算。

1? 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

王集灌區(qū)屬黃河沖積平原，地形地貌差別不大，地勢(shì)平坦低洼，從總體上看，土壤結(jié)構(gòu)呈層狀分布，西部略有起伏，走勢(shì)自西南向東北側(cè)傾斜，天然坡降為1/5000-1/10000。黃河大堤和金堤河把灌區(qū)分為三部分：第一部分是黃河灘地區(qū)區(qū)域，地面標(biāo)高為48～46m（黃海高程系，下同）;第二部分是大堤以北至金堤河間，地面高程為43～41.5m;第三部分為金堤河以北，地面高程為42.4～41m。黃河灘地高出背河地面2～3m，金堤河北比金堤河南高1～2m。

灌區(qū)地層結(jié)構(gòu)屬層狀結(jié)構(gòu)，據(jù)表層土調(diào)查，大體分為沙壤土，輕壤土和粘土三類(lèi)。黃河灘區(qū)大部分為壤土。靠河槽一帶為沙土。大堤以北大部分為粘土。后方鄉(xiāng)南部系壤土。土壤分布情況詳見(jiàn)表1。

地下水資源的可開(kāi)采運(yùn)用量可以依照《河南省平原區(qū)多年平均地下水可開(kāi)采模數(shù)分區(qū)圖》，臺(tái)前縣可開(kāi)采的地下水資源水量模數(shù)為25～30萬(wàn)m3/km2，本次我們則計(jì)算取值25萬(wàn)m3/km2，灌區(qū)灌溉總面積為9萬(wàn)畝，經(jīng)計(jì)算得出地下水資源可開(kāi)采水量為1500萬(wàn)m3。灌區(qū)給水形式屬于井渠結(jié)合灌溉方式，汛期引用黃河水，非汛期則采用當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的機(jī)井可利用地下水資源及黃河水。

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)現(xiàn)有機(jī)井1350眼，可利用井為650眼，其中單井出水量為32m3/h，項(xiàng)目區(qū)實(shí)際抽水灌溉天數(shù)為30天，據(jù)實(shí)際情況，按每天抽水12小時(shí)計(jì)算，則項(xiàng)目區(qū)地下水可利用量為749萬(wàn)m3。根據(jù)以上分析，灌區(qū)現(xiàn)狀可供水量為1449萬(wàn)m3，灌區(qū)可供水量（P=50%）。

1.2 測(cè)算方法邊坡

典型渠段法：典型渠段法是根據(jù)典型渠段不同襯砌形式的測(cè)流資料來(lái)推求其單位長(zhǎng)度輸?shù)乃畵p失率，通過(guò)典型渠段輸水損失率來(lái)計(jì)算各級(jí)渠道的水利用系數(shù)。根據(jù)灌區(qū)渠道布局情況，針對(duì)每一級(jí)渠道的不同襯砌形式，選擇中間無(wú)支流、長(zhǎng)度滿足要求的渠段來(lái)作為代表性渠段，采用動(dòng)水法測(cè)流，觀測(cè)上、下游斷面同一時(shí)段的流量、流速，之后按改進(jìn)后的考斯加科夫渠道滲漏經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)研究區(qū)域渠系水利用系數(shù)進(jìn)行測(cè)算。計(jì)算不同襯砌形式渠段單位長(zhǎng)度輸水損失率，即每公里渠段損失流量占渠段流量的比值，最后逐級(jí)推算渠道損失，確定渠道水利用系數(shù)。

1.3 研究方法

干、支渠渠道襯砌為灌區(qū)節(jié)水最佳措施，且為使灌水季節(jié)水量集中，減少渠道輸水損失，渠道配水方式為下渠道輪灌續(xù)灌、斗渠、支渠、干渠。所以本文研究只針對(duì)灌區(qū)干、支渠襯砌渠道進(jìn)行渠道水力要測(cè)算。

灌區(qū)渠道設(shè)計(jì)時(shí)考慮了地下水頂托作用對(duì)渠道滲漏的影響，并做了防護(hù)措施，在系數(shù)測(cè)算時(shí)地下水頂托作用可以不予考慮。渠道單位長(zhǎng)度水量損失率依據(jù)下列公式計(jì)算：

（1）

式中：K——土壤透水性系數(shù);

Qdj——渠道凈流量（m3/s）;

m——土壤透水性指數(shù)。

根據(jù)各級(jí)渠道長(zhǎng)進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算。渠道單位長(zhǎng)度的輸水損失率η等于所選該級(jí)各典型渠道輸水損失率ηL按渠道長(zhǎng)度L進(jìn)行加權(quán)平均的計(jì)算值，即：

η=∑ηL·L/∑L

2? 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)王集灌區(qū)現(xiàn)有的渠系資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果，襯砌干渠2條，總襯砌長(zhǎng)度4100m;襯砌支渠5條（王集干渠一支渠、王集干渠劉口支渠、王集干渠三支渠、幸福干渠三支渠、幸福干渠五支渠），總襯砌長(zhǎng)度6200m;坡渠采用100mm厚C20砼護(hù)砌。

2.2 渠系水利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果

流經(jīng)該灌區(qū)的客水主要有黃河及黃河支流金堤河。金堤河水能利用的徑流幾乎為零。所以能利用的主要是黃河水。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)狀年實(shí)際引黃水量700萬(wàn)m3。由于受地區(qū)黃河水的影響，地下水埋深較淺，該區(qū)含水層一般在為2～5m之間，年內(nèi)水位變幅一般在1.1m上下，水量相對(duì)豐富，開(kāi)采方便。但由于黃河流域農(nóng)業(yè)灌溉大部分是利用黃河水，地下水僅僅用于工業(yè)、人畜生活及少部分的農(nóng)業(yè)灌溉，所以開(kāi)采量較少。所以本文采用考斯加科夫渠道滲漏經(jīng)驗(yàn)公式，取土壤透水性系數(shù)為輕壤土K為2.65、土壤透水性指數(shù)m為0.45，結(jié)果如表4。

渠道單位長(zhǎng)度的輸水損失率η等于所選該級(jí)各典型渠道輸水損失率ηL按渠道長(zhǎng)度L進(jìn)行加權(quán)平均，結(jié)果渠系水利用系數(shù)為0.78。

而實(shí)際渠系水利用系數(shù)可由渠末流量和渠首流量的比值求出，王集干渠和幸福干渠渠首流量7.46m3/s、3.85m3/s，渠末流量求和為9.46m3/s，渠系水利用系數(shù)為0.84。

3? 結(jié)論

采用改進(jìn)的考斯加科夫渠道滲漏經(jīng)驗(yàn)公式可以較為快速準(zhǔn)確的求得灌區(qū)渠系水利用系數(shù)，這將大大增加渠系水利用系數(shù)測(cè)算的實(shí)際應(yīng)用性。從結(jié)果中也可以看出，渠道在不同的襯砌渠道上的單位渠長(zhǎng)損失率也不同，這樣的方法更能給灌區(qū)實(shí)際灌溉提供有效的科學(xué)指導(dǎo)。最后，本文在實(shí)際研究中并未考慮渠道中閘門(mén)對(duì)于測(cè)算結(jié)果的影響，這也將是接下來(lái)研究的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]金游，張振宇.渠道襯砌混凝土抗凍蝕施工工藝研究[J].西北水電，2016（03）：37-40.

[2]孫景生，康紹忠.我國(guó)水資源利用現(xiàn)狀與節(jié)水灌溉發(fā)展對(duì)策[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2000，16（1）：1-5.

[3]王丹妮 ，周丹順，楊靜安，王小可.南水北調(diào)工程高潛水強(qiáng)透水地基渠道施工期滲流及降排水研究[J].西北水電，2014（05）：49-52.

作者簡(jiǎn)介：牛立軍（1966-），男，山東惠民人，碩士研究生，高級(jí)工程師，副教授，碩導(dǎo)，主要研究方向?yàn)樗こ添?xiàng)目管理和信息管理系統(tǒng);秦龍飛（通訊作者）（1991-），男，河南焦作人，碩士研究生，主要從事水利工程研究。