湖南省末級渠道設計流量快速查算研究

徐義軍 胡春艷 李桂元

（湖南省水利水電科學研究所 長沙市 410007）

1 研究背景及意義

小型農田水利工建設目前形成了中央多部門投入、齊抓共管的良好局面，其主要為末級渠系建設，主要包括1萬畝以下的小型灌區的全部灌溉渠系、大中型灌區支渠以下設計流量不超過1 m3/s的末級渠系。隨著2011年中央1號文件出臺，在全國又掀起了新一輪農田水利工程建設高潮。湖南省作為一個水利大省，農田水利工程建設任務十分繁重，目前還缺乏對全省不同地區的小型渠道流量快速查算資料。因此，如何方便規劃設計工作者快速確定渠道灌溉流量，從而選定合理的渠道尺寸，節約設計時間，減輕規劃設計人員的勞動負荷，針對末級渠道流量確定開展研究，建立小型渠道快速查算表顯得十分重要和迫切。

2 設計流量的作用

決定渠道橫斷面尺寸的因素有：渠道斷面形式、設計流量、坡降及渠床糙率。

渠道坡降由地形決定，渠床糙率由襯砌形式及材料決定，規劃設計時此2個參數均已知，因此，只要知道渠道設計流量，便可根據水力學原理計算得渠道橫斷面尺寸。

渠道設計流量是根據渠道承擔的灌溉面積與綜合凈灌水率求得的凈流量，加上預計的輸水損失及適當留有余地的加大流量構成。因此，渠道設計流量不僅與渠道設計灌溉面積有關，還與作物種植結構、灌溉制度及綜合灌溉定額有關。而作物灌溉制定、灌溉定額與當地氣象條件密切相關。前種參數（灌溉面積、種植結構）均為設計已知條件，因此，通過作物灌溉制度分析計算，便可得到特定區域不同灌溉面積設計流量。

3 灌溉分區

渠道設計流量由設計灌溉面積、作物種植結構及灌溉制度確定。而灌溉制度由氣候因子 （決定作物生理需水量）及灌水方式確定。因此，在已知渠道設計灌溉面積、作物種植結構條件下，可以利用水文氣象資料，通過灌溉制度分析計算確定綜合凈灌水率，進而求得渠道設計流量。

灌溉制度分析計算過程比較繁雜，還需要有長系列水文氣象資料或灌溉試驗資料。為方便廣大基層小型農田水利工程規劃設計人員，本手冊收集了湖南省各縣氣象站1971～2005年氣象觀測資料（日降雨、氣溫、氣壓、日照、風速），按照（GB 50288-99）推薦的聯合國糧農組織推薦的標準化、統一化后的Penman-Monteith公式 （FAO-56，1998），計算參考作物騰發量ET0。然后，采用“控灌中蓄”節水灌溉模式進行日水量平衡計算，分析各縣水稻設計灌溉定額（P=90%）及其對應的綜合凈灌水率，以此作為確定渠道設計流量的依據。在此基礎上，根據湖南省主要種植結構，分雙季晚稻和中稻兩種情況，參考近年湖南省有關末級固定渠道水利用系數調研成果，編制田間灌溉渠道設計流量簡易查表。

作物灌溉制度、灌溉定額與當地氣象條件密切相關。湖南省幅員廣闊，不同地理位置的氣候條件差異較大，導致作物灌溉制度、灌溉定額差異較大，從而造成了作物凈灌水率有較大差異。因此需要通過合理的農業灌溉用水分區來解決上述存在的問題。根據湖南省水利水電科學研究所2009年完成的《湖南省主要作物灌溉制度與灌溉定額等值線圖》科研成果 （該成果已獲省科技進步三等獎），本次將湖南省分為湘北環湖平原區、湘中南山丘區、湘南山區和湘西北山區4個灌溉分區，對同一灌溉分區中相同的種植結構所取的凈灌水率相同。表1為湖南省農業用水灌溉分區統計。

表1 湖南省農業用水灌溉分區

4 綜合灌水率確定

利用各縣氣象站長系列氣象觀測資料采用彭曼法，計算各地主要作物需水量系列，根據水量平衡原理及各地成熟的節水灌溉模式，計算主要作物灌溉定額系列，在此基礎上，根據各地種植結構，分析各地設計綜合凈灌水率。

由于湖南省以農業種植為主的縣級行政單位有120余個，按縣級單位列出灌水率并作為設計流量的依據，將造成后面的渠道斷面查算表格過于龐雜，為此，根據全省地形地貌、作物種植結構、氣候條件及群眾灌水經驗等區域共性特征，分為4個灌溉分區，每區給出一個綜合灌水率。具體可參考《末級灌溉渠道斷面設計快速查算表》。

5 末級渠道設計流量確定

渠道設計流量按下式計算:

式中A——設計灌溉面積（萬畝）；

q——凈灌水率（m3/s·萬畝）；

η——灌溉水利用系數，η=η渠道·η田。

η渠道——指田間各級固定渠道水利用系數之積。

渠道加大流量按下式計算

式中Qj——渠道加大流量（m3/s）；

j——加大流量的加大百分數（%），根據《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-99）6.1.8的規定，j取35%。

根據4個分區確定的不同灌溉面積對應渠道設計流量見附后表2～5。

根據已知的設計條件（灌溉面積、種植結構、擬采用的襯砌形式），即可根據上述表格查得所在地渠道設計流量、加大流量。

6 結果與討論

（1）上述查算表是根據湖南省氣候條件及地形地貌特點，主要考慮湖南省以水稻種植區為主的小型渠道灌溉流量，以其他作物為主的種植區，不適合采用本查算表。

（2）表中未襯渠道設計流量僅為土渠過水流量理論值（新開土渠），因土渠受強降雨、水流、耕作等外界因素影響極易垮塌、於塞，同時土渠極易滋生雜草堵塞渠道，嚴重影響渠道過流，因此固定性渠道原則上應采取襯砌處理。

（3）因渠道襯砌有最小施工斷面要求，控制灌溉面積200畝以下的渠道若必須襯砌則不必計算流量，可采用最小施工斷面控制即可。

（4）田間毛渠為非固定性渠道，一般不應考慮襯砌，一方面嚴重破壞了農田生態環境；另一方面花費了大量工程投資，勞民傷財，得不償失。

表2 湘北環湖平原區不同灌溉面積對應渠道流量表

表3 湘中南山丘區不同灌溉面積對應渠道流量表

表4 湘南山區不同灌溉面積對應渠道流量表

表5 湘西北山區不同灌溉面積對應渠道流量表