柴河灌區渠道水利用系數計算

于 斌

（遼寧省葫蘆島市興城市水利事務服務中心， 遼寧 葫蘆島 125100）

1 灌區概況

鐵嶺市位于松遼平原南部，地勢為東部較高西部較低、北部高南部低，以102國道為界，分為東部低山丘和西部遼河低山丘沖積平原。東邊的哈達嶺是長白山分枝，包括開原市、鐵嶺縣、昌圖縣的東部和清河區、開發區、西豐縣的全部。面積約為6800km2，占鐵嶺總面積的52%。該區的特點是區域內峰巒起伏，山勢相對陡峻，海拔高度在500～800m之間，區內林木繁茂，植被較好，森林里有豐富的植物物種，大約有1000種，

柴河灌區始建于1959年，位于遼河南岸、柴河下游，是柴河水庫的主要配套灌區之一，柴河灌區渠首位于鐵嶺市銀州區龍山鄉柴河沿村，流經銀州區龍山鄉、鐵嶺縣凡河鎮等17個行政村。干渠總長度為15.9km，設計灌溉面積為0.34萬hm2，實際灌溉面積為0.24萬hm2。

2 灌區特性

2.1 降水

柴河年平均降水量為550～750mm，從西南向東北遞增。全年降水分布不均勻，暴雨主要集中在7、8月。降水約占年降水量的70%～80%。且七、八兩個月受高空槽、低壓冷鋒、臺風等天氣系統的影響，常有強暴雨產生。由于時間和地區的降水分布不均, 干旱和洪水每年都不同程度的發生。柴河灌區5-9月份多年平均降水量為561.1mm，2020年5-9月份降水量為305.8 mm，較多年平均少45.5%，降水特性見表1。

表1 柴河灌區各月降水量頻率對照表

2.2 蒸發

柴河灌區5-9月多年平均與2020年5-9月蒸發量比較詳見表2。

表2 柴河灌區蒸發量對照表

2.3 灌區引水特性

柴河灌區上游為柴河水庫，柴河水庫還原后多年平均徑流量為2.816億m3、徑流深為207.8 mm。灌溉期柴河水庫放水入柴河，柴河灌區從柴河引水。

灌區渠首為柴河攔河溢流壩，進水閘為兩孔電動閘門，單孔凈寬1.5m。渠首干渠為梯形，底寬12m，坡比為1:1.5設計引水流量13.3m3/s，實際過水能力為14.0m3/s。在泡田、插秧及生長各時期根據需要進行調節進水，引水不足時利用地下水補充。設計灌溉定額為1.2萬 m2/hm2，實際灌溉定額為1.53萬 m2/hm2。

3 渠道水利用系數測定

3.1 代表渠段的選取

根據該灌區實際情況，在干、支、斗渠上分別選擇用于流量測驗的渠道。

3.1.1 干渠

干渠選擇一段做為測驗斷面，距離渠首100m左右，整個測驗渠段長度965m，中間無取水口，渠道為壤土，無襯砌 。

3.1.2 支渠

選擇距渠首約8800m的4號支渠做為測驗渠道。測驗渠段上斷面距干渠距離約為200m，順直長160m，中間無分流，渠道為壤土，無襯砌 。

3.1.3 斗渠

在4號支渠上選擇兩個斗渠做為測驗渠段，1號斗渠位置在4號支渠測驗渠段下斷面以下30m左右，測驗渠段長200m，渠道為壤土，無襯砌；2號斗渠位置在1號斗渠以下300m左右，測驗渠段長128m，渠道為壤土，無襯砌 。

3.2 監測時間及次數

3.2.1 干渠

從6月2日至6月9日進行了上下渠段的5次流量對照測驗，一般為先上斷面后下斷面或基本同步進行施測。

3.2.2 支渠

從6月2日至6月8日進行了上下渠段的3次流量對照測驗，測驗順序為先上斷面后下斷面。

3.2.3 斗渠

從6月2日至6月8日對1號和2號斗渠分別進行了上下渠段各3次流量對照測驗，測驗順序為先上斷面后下斷面。

4 灌溉水利用系數的計算

4.1 渠道水利用系數η渠道

式中：η渠段為渠道斷面的渠道水利用系數；Q上、Q上分別為渠道段的上斷面和下斷面的流量(m3/s)。

其計算公式為：

4.1.1 干渠

干渠共施測五組流量數據，渠道水利用系數計算如下：

干渠渠道利用系數分兩段進行計算：渠首至一號支渠以前為一段，距離長2.4km，此段無支渠引水；一號支渠上游以下部分為一段，距離長13.5km，此段共有41條支渠引水。

第一段：干渠長度2.4km，代表渠段長度0.965km,

第二段：干渠長度13.5km，代表渠段長度0.965km,

4.1.2 支渠

在支渠道測量了三組流量數據，計算結果如下：

渠段平均：

4.1.3 斗渠

兩段斗渠分別施測三對流量數據，渠道水利用系數計算如下：

渠道平均長度采用1號斗渠長度240m,代表渠段長度200m,

4.2 渠道布置形式的修正

該灌區屬于非等效并聯渠道，所計算的渠道利用系數需進行修正，以支渠為例，每條斗渠所控制的面積被認為是相等的，而這片土地就在支渠的尾部，事實上，支渠上的斗渠分布是由上而下的。支渠的利用系數采用面積加權的方法[1-3]。

假定如果斗渠在支渠上是均勻分布的，且各條斗渠的控制面積大致相等[4-5]。則A1=A2=A3=A4=A5=A6=A7=A8=……=An

于是上式可化簡為η支渠=(η1+η2+η3+…ηn)/n式 中 η1=η0/(n-1)；η2=η1/(n-1)；η3=η2/(n-1)；η4=η3/(n-1)；η5=η4/(n-1)；η6=η5/(n-1)；η7=η6/(n-1)；η8=η7/(n-1)…… ηn=η(n-1)/(n-1)=η

式中 η修為修正后的渠道水利用系數；η為未修正的渠道水利用系數；n為下一級渠道的條數[6]。

4.2.1 干渠

第一段：干渠由于沒有支渠取水，故不需修正。

第二段：共有41條支渠，未經修正的利用系數為0.8071,代入公式求得；

干渠修正后的渠道利用系數為；η渠道=0.9626×0.9002=0.8665。

4.2.2 支渠

在所選的支渠上分布有9條斗渠，未經修正的利用系數為0.6336,代入公式求得；

4.2.3 斗渠

1號斗渠上共分布有6處取水口，未經修正的利用系數為0.7208,代入公式求得；

2號斗渠上共分布有6處取水口，未經修正的利用系數為0.8191,代入公式求得：

斗渠修正后的利用系數為：

4.3 渠系水利用系數η灌區

全灌區渠道水利用系數用下式：

式中：η灌區為全灌區的渠系水利用系數；η干渠、η支渠、η斗渠為干渠、支渠、斗渠各級渠道的渠道水利用系數[7-10]。

4.4 田間水利用系數η田間

按照節水灌溉技術的相關規范規定，其計算公式：

式中：η田間為田間水利用系數；A為農渠控制的實灌面積，W農凈為一次灌溉農渠放出的總水量，m為設計凈灌水定額。

柴河灌區灌溉的田地都是水稻，由于沒有實際測驗數據，采用經驗值0.95。

4.5 灌溉水利用系數η水

灌溉水利用系數η水的計算公式為：η水=η渠η田間=0.60。

5 成 果

經計算，該灌區的渠道水利用系數為0.60，建議在測試工作前應購置專門測量低水位、小流速的ADV5臺（每臺約12萬）和V型量水堰28個（每個約0.4萬）等新型儀器，以保證測量結果的準確性，從而能夠順利完成灌溉渠道水利用系數的測試工作。加強測試技術人員的技術培訓，舉辦測試技術培訓班。由于進行灌區灌溉水利用系數測試這項工作對水文局來講是第一次開展，掌握測試技術的人員較少。建議舉辦培訓班，對參加人員進行一次全面的測試技術培訓。