對灌區灌溉水利用系數測算的幾點思考

桂顯歌

（陜西省涇惠渠管理局 陜西 三原 713800）

1 涇惠渠灌區概況

涇惠渠灌區是陜西省五大灌區之一。灌區北靠黃土臺塬，西、南、東三面有涇河、渭河、石川河環繞，灌區東西長約70km，南北寬約20km，總面積1180km2。灌區海拔高度為350m～450m，地勢平坦，灌區屬大陸性半干旱地區，多年平均降水量538mm，年蒸發量1212mm，多年平均氣溫13.4℃，無霜期232天。

涇惠渠灌區自1922年籌備建設以來，灌區渠系工程經過多次改善和擴建，已具有一定規模，渠系布設趨于合理，方田建設初步形成，工程、灌溉管理水平正逐步提高。灌區現有總干渠一條，設計流量為46m3/s，加大流量為50m3/s。總干渠以下分為南干、北干、南一干、南二干，這五條干渠總長80.6km，襯砌67.1km，襯砌率83%。灌區現有支渠、分支渠19條，長299.8km，襯砌90.2km，襯砌率30%。涇惠灌區總人口118.04萬人，其中農業人口99.1萬人，人均耕地面積1.38畝，人均水地1.27畝。

2 影響灌溉水利用系數的主要因素

2.1 灌區灌溉水利用系數的意義

灌溉水利用系數是指從水庫、河流引來或提取的地表水，或用水泵從井內提取的地下水，通過采用必要的工程技術措施，引水到田間被作物吸收利用的程度。亦指在一次灌水期間被農作物利用的凈水量與水源渠首處總引進水量的比值。灌溉水從水源引入到田間，被作物吸收利用，在這個過程中的水量損失，可分解成渠系輸水損失和田間灌水損失兩部分。相應地灌溉水利用系數可分解為渠系水利用系數和田間水利用系數兩部分。本文主要針對渠系水利用系數的測定和影響展開分析。

2.2 影響灌溉水利用系數的因素

通過分析灌溉數據可以看出，影響渠系水利用系數的主要因素有：渠道流量的大小、斷面尺寸和邊壁條件、管護狀況和的持續時間等。行水過程中的滲水損失包括各級輸水渠道通過渠底、邊坡土壤空隙滲漏掉的水量和田間深層滲漏掉的水量；其次是行水過程中的漏水損失，包括由于地質條件、生物作用或施工不良而形成漏縫損失的水量，或因管理不善、工程失修、建筑物漏水等原因造成的水量損失，這是應該在施工、管理中加以避免的。另外，行水過程中的蒸發損失，沿渠道水面蒸發掉的水量，可根據水面蒸發資料及渠道總水面積近似求得，這一部分損失量很小，一般可以忽略不計。

3 灌區渠系水利用系數的傳統測定法

傳統的測定方法包括靜水測定和動水測定兩種。

3.1 靜水測定法

選擇一段具有代表性的渠段，長度50m～100m，兩端堵死，渠道中間設置水位標志，然后向渠中充水，觀測該渠段內水位下降過程。根據水位變化即可計算出損失水量和渠系水利用系數。最終，該級渠道的渠道水利用系數應以同級各條渠道實測的正常流量值與各條渠道的渠道水利用系數進行加權平均求取。靜水測定法施行簡單，但誤差較大。

3.2 動水測定法

動水測定法使用時，要求中間無支流，其長度還應滿足以下要求：①流量小于1m3/s時，渠道長不小于1km；②流量為1m3/s～10m3/s時，渠道長不小于3km；③流量為10m3/s～30m3/s時，渠道長不小于5km；④流量大于30m3/s，則長度應不小于10km。具體測定方法：即觀測上、下游兩個斷面同時段的流量，流量差值即為損失水量。該方法在灌區實際運行條件下施測，數據接近實際，且簡單容易，是目前運用最廣泛的方法之一。

4 區灌溉水利用系數測定方法

當前灌區在計算灌溉水利用系數時，一般將各級渠系水利用系數與田間水利用系數連乘，該方法不僅容易造成渠系水利用系數誤差的累計，而且越級時會出現較大的誤差。

4.1 首尾測定法

此種方法建立在灌區進行灌溉試驗的基礎上，在計算時不必測定灌溉輸水、配水和灌水過程中的損失，而直接測定灌區渠首引進的水量和最終貯存到作物計劃濕潤層的水量（即凈灌水定額），從而求得灌溉水利用系數。此種計算方法只是單純為了確定灌區的灌溉水利用系數，不能分別反映渠系輸水損失和田間水利用的情況。為了能夠反映灌區灌溉水利用的整體情況，計算分析時段以測算分析年的日歷年為準，即每年1月1日至12月31日；對于跨年度的作物則應分段計算（以下同），合理確定測算分析年該作物凈灌溉用水量，此種計算方法在灌區更新改造后的八支渠三分支渠道水利用系數測定時用過。

4.2 典型渠道測定法。

4.2.1 損失水量測量

時段內的損失水量W損失為：

W損失=W首-W尾-ΣWi±ΔW渠

式中，W首——測量時段內典型渠道（渠段）首部測量斷面的累計水量；

W尾——測量時段內典型渠道（渠段）尾部測量斷面的累計水量；

ΣWi——測量時段內正常運行的下級渠道測量斷面的累計水量；

ΔW渠—測量始末典型渠道（渠段）蓄水量的變化，增加的情況取“－”號，減少的情況取“＋”號。要求水位、流量在測量時段內基本恒定，渠段首部、分水口及渠段尾部同時測量。

4.2.2 典型渠段的輸水損失率

δ典段＝W損失／W首

實際渠道不論是按續灌方式運行還是按輪灌方式運行，都是在分水情況下運行，流量自渠首至渠尾逐漸減小，單位長度的損失水量也相應減少，故由典型渠段的輸水損失率計算實際渠道單位長度輸水損失率時，必須進行修正換算。

4.2.3 渠道單位長度的輸水損失率

σ渠道＝∑σ典渠道i·L典渠段i/∑Li某級渠道的輸水損失率為：

δ渠=σ渠道L渠

式中，L渠——該級渠道的平均長度，km，即該級渠道的總長度除總條數。

某級渠道的水利用系數為：η=1-δ渠

式中，η田間——田間水利用系數；

m——設計凈灌水定額，m3/畝；

A——農渠控制的實灌面積，畝；

W——一次灌溉農渠放出的總水量，m3。

灌溉水利用系數為：η水=ηη田間。

在典型渠道選擇上，選擇灌區上游一支渠2斗、中游四支15斗和下游八支一分支12斗分別進行計算，其計算數值與這三條渠道多年灌溉資料對比，基本接近。

4.3 越級輸水的修正

實際工程中，越級渠道很普遍，越一級、二級甚至三級的都很常見，例如總干渠上直接連接斗渠的，如不考慮其影響，則過低地估計了渠系水利用系數，應進行修正。因此，將其因素考慮在內，利用控制面積進行加權平均計算灌溉水利用系數，使計算結果更加符合實際。

5 提高灌溉水利用系數的幾點建議

（1）合理確定干支渠的配水形式。渠系水利用系數隨著渠首流量的增加而增大。經過測算，當渠首流量在7.5m3/s時，水利用系數保持在0.6以上，隨著流量的減小而迅速降低。從提高水的利用率和合理配水考慮，當渠首流于大于7.5m3/s，實行續灌，各干支渠同時按比例用水；當流量為5m3/s～7.5m3/s，干支渠分兩組輪灌；小于5m3/s時，分三組輪灌。根據灌溉數據顯示：集中輪灌比發散用水的水利用系數可提高2%～5%，干支渠和斗渠以下，應合理劃分輪灌組，使用水段適當集中。

（2）合理確定斗渠放水流量。斗渠流量增加到一定程度，水的利用系數趨于穩定，所以在不引起渠系水量調配困難和田間用水安排困難的前提下，斗渠流量應該適當集中，以提高斗渠水利用系數，一般斗渠流量大小應以能夠達到或超過計劃灌溉效率為宜。據灌區多年灌溉資料分析，大型斗渠合理的放水流量應該在250L/s～400L/s，中型斗渠150L/s～300 L/s，小型斗渠100L/s～200L/s。

（3）恰當安排斗渠行水時間的長短。安排斗渠一次行水時間，既要考慮水利用率，又要考慮斗渠都能引入一些灌溉適時水，冬春灌比夏灌用水緩和，斗渠一次行水時間不宜長，以提高水的利用系數；夏灌斗渠一次行水時間不宜短，以保證均衡受益。

（4）加強渠道改造與管護，減少滲漏。對渠道進行襯砌，改善渠系，縮短渠線，減少輸水損失，加強渠道養護，保持斷面標準，加強工程措施，才是提高水利用系數的關鍵。

6 結論

若只是單純為了確定灌溉水利用系數，可采用首尾測定法；要系統地掌握灌區灌溉水利用情況，以便更科學地進行灌區節水改造等工作，則可利用典型渠段測量法進行測定計算，并對渠道越級輸水及布置形式等進行修正，然后利用首尾測定法進行校核。若灌區財力、人力許可，或自動化程度很高，各測量點的參數信息能夠及時得到采集時，可利用傳統測量方法。