汾河灌區節水改造對灌溉水利用系數影響分析

閆曉亮

(山西汾河灌溉管理有限公司，山西 祁縣 030900)

汾河灌區最早建于1954年，灌區范圍北起太原市北郊上蘭村，縱跨太原、呂梁、晉中等地區，南至晉中介休洪相村，西迄磁窯河、東至南同蒲鐵路，長約140 km，東西寬約20 km，設計灌溉面積約150萬畝，汾河灌區除了承擔基本的農業灌溉、河道防洪任務外還承擔著向太原城區景觀水域及工業供水的任務。

汾河灌區以內的汾東、汾西灌區相對比較獨立，灌區內有干渠分別為東、西干渠共2條；支渠共11條，干支全長238.4 km；斗渠共230條，全長340 km，設計灌溉面積分別約為32萬畝、52.2萬畝。節水改造前，汾河灌區灌溉水利用系數僅有0.413，因汾河灌區運行時間長，失修老化嚴重且缺乏一定的工程維修養護資金，導致汾河灌區水利用率低，渠道輸水損耗較大，渠系建筑物缺乏一定的完整性。因此，如何減小損耗，大幅提高灌區渠道輸水效率以及灌溉水利用系數，才能更好的節約水資源就成了汾河灌區節水改造工程的當務之急。從1999年～2016年，汾河灌區節水改造工程項目實施基本完成后，使得汾河灌區干支防滲總長度的占比提高了約30%。為能夠準確、有效地將節水改造后渠道灌溉水利用系數測算出來，特別選取具有典型斷面的渠道進行實際測算。

1 測算方法的選擇

在對測算方法的選用上，要結合灌區的實際情況進行選擇，才能準確測算出灌溉水利用系數，目前采用的測算方法有典型渠段測量法、首尾測定法、綜合測定法等。通過對三種測定方法的比選，首尾測定法適用于各種渠系且工作量較小，減輕了人力物力的負擔，但首尾測定法測算的數據只能片面的表示灌溉水利用系數，無法分別對渠道及田間水利用系數做出分析；典型渠段測量法雖然工作量大且對灌區人力財力的要求較高，但是可以更為系統且直觀地了解到灌溉水利用系數及渠系水、田間水的利用情況，測算結果與實際更為相符，因此選擇后者測算方法進行測算。

2 測量過程

2.1 測點選取

為使灌溉水利用系數測定的數據更加可靠真實，在測量點的選取上一定要選擇具有典型代表的渠道；選擇測流斷面時，斷面應垂直于河段的水流方向且渠道順直、無泡漩或回流以及下游無壅水的地方，斷面應具有一定的穩定性。

2.2 測量工具的選擇及注意事項

測量時使用流速儀并輔以量水建筑物進行測量，測量前應對流速儀的設備完整性(主機、備用零件、工具附件)進行檢查；對流速儀靈敏度、信號進行測試；安裝過程中流速儀的重要部位不得發生碰撞；流速儀在使用完應及時用清水清洗干凈并擦干后，在流速儀的頂針、頂窩、旋軸等部位適當涂油后才能裝回儀器箱，以免生銹；在測量過程中，流速儀的測流范圍應小于儀器本身最大測流范圍。測量前還應對水尺和量水建筑物進行檢查和校正，如發現有破損的地方應在測量前進行修復；測量開始前認真檢查典型斷面所在的測量渠道，對可能影響測量結果準確性的一些石塊、淤積物等應及時清除掉，使過流斷面連續和暢通；在測量過程中上下游閘門不得隨意起閉。

2.3 測量數據記錄

1)在測流斷面進行測量時，應把測流斷面的形狀、尺寸記錄下來，在進行流量、流速及水深測量的過程中，測桿為了要始終垂直于水面，測桿前往往會出現壅水，水深讀數會有一定的誤差，所以要對讀數的誤差進行修正，即用觀測水深減去壅水高度；在水流沖擊的作用下，測桿往往向下游偏斜，因此，偏角<10°時，無需修正；偏角>10°時，需要進行修正。

2)應盡量避開在大風天氣及上游來水不穩等情況下進行測量，在風浪作用下進行觀測時，水深應取最低水位與最高水位的平均值。

3)測量過程中，數據記錄的書寫一定要整潔、規范、準確，不得隨意劃改原始記錄，測量完畢后要妥善保存測量資料。

4)此次是在灌區灌溉生產時進行測量的，為提高測量效率，選取代表性渠道以采抽樣檢測的方法進行測量。

2.4 特殊情況說明

測量渠道中有城市景觀或農業退水口出水時，水量不應計入典型斷面首部累計水量；渠道正常范圍內的一些滲漏損失應計入其中。

3 渠系水利用系數

3.1 典型渠段水利用系數

在計算某一級渠道水利用系數前，先把典型渠段水利用系數測出，通過典型渠段水利用系數作為基數再求得某一級渠道水利用系數。典型渠段有靜水和動水測定法兩種測量渠段水利用系數的方法，其中為了使測算結果更加貼近灌區灌溉實際生產情況，選用動水測定法進行測定。

典型渠段輸水損失率：

δ典渠段=W段損/W段首

式中：W段損為典型渠段長度上的損失水量，m3；W段首為典型渠段段首總引水量，m3。

典型渠段水利用率：

η典渠段=1-δ典渠段

3.2 渠道水利用系數

單位長度渠道上的輸水損失率：

各級渠道的輸水損失率：

δ渠道=σ渠道×L渠道

式中：δ渠道為各級渠道的輸水損失率；σ渠道為單位長度渠道上的輸水損失率；L渠道為各級渠道的實際長度，m。

各級渠道水利用系數：

η渠道=1-δ渠道

3.3 渠系水利用系數計算過程

η渠系=η干渠×η支渠×η斗渠×η農渠

式中：η干渠為干渠渠道水利用系數；η支渠為支渠渠道水利用系數；η斗渠為斗渠渠道水利用系數；η農渠為農渠渠道水利用系數。

渠系水利用系數見表1。

表1 渠系水利用系數計算 單位：水量，萬m3；長度，km

4 田間水利用系數

4.1 田間水利用系數的測算方法

利用實測法測算時，需要將測算選取的代表性灌溉田塊在灌溉前后3d以內的土壤含水量變化情況測算出來，而且實測法的計算過程相對較為嚴格，對測算數據的精確度要求較高，但在實際操作過程中，由于測算是在灌溉生產中進行的，各代表性田塊的灌溉程度未能達到一致，土壤含水量采樣過程工作量大且較為繁瑣，因此用計算法進行測算更貼近灌溉的實際生產。

4.2 田間水利用系數計算過程

式中：η田間為代表性田塊的田間水利用系數；mj為第j種作物的凈灌水定額，m3/畝；Aj為第j種作物的實灌面積，萬畝；W為灌溉時斗渠渠首總引水量，萬m3。

田間水利用系數見表2。

表2 田間水利用系數計算 單位：灌水定額，m3/畝；面積，萬畝；水量，萬m3

5 灌溉水利用系數計算

η灌溉=Wj/W0=η渠系×η田間

式中：Wj為灌溉時能被農作物利用的凈水量，m3；W0為灌溉時渠首引入的總水量，m3；η渠系為渠系水利用系數；η田間為田間水利用系數。

由于測量是在灌區灌溉生產時進行的，因此在測算過程中以水量作為測算的基礎。

η灌溉=η渠系×η田間=η干渠×η支渠×η斗渠×η田間=0.92×0.90×0.836×0.902=0.624

6 結語

通過對汾河灌區灌溉水利用系數的分析計算，可以得出灌溉水利用系數由原來的0.413提高到了0.624，極大地減少了水量損失，節水改造工程的實施也保證了灌區渠系建筑物的完整性，由此可以看出汾河灌區經過節水改造工程實施以后的節水效果非常明顯。雖然灌溉水利用系數和節水改造工程實施以前相比有所提高，但從整體來說汾河灌區依然有著很大的節水空間，節水優先也將成為汾河灌區在日后灌溉工作當中的中心思想。只有將“節水優先”的思想始終貫穿于汾河灌區的灌溉工作中，才能為灌區的農業、生態、經濟建設發展提供有力的保障。