防滲標準影響下的渠系水利用系數研究

蔣 勇

(新疆烏蘇市水利局，新疆 烏蘇 833000)

渠系水利用系數是灌溉渠系凈流量、毛流量間的比值，能夠清晰反應灌區內各級渠道的基本運行狀況及整個渠系的綜合管理水平。現階段我國相關科研單位的研究重點主要在于河網流域的自然利用狀態，而對于灌區渠系及人工建造的管道、運河等其它網絡系統未進行深入研究[1]。在過去很長一段時間里，大部分研究單位利用Horton定律對渠系內水體的利用情況進行表征，并通過自組織分形理論建立完整的渠系分位數計算區間，在不斷量化分析結果的同時，確定詳細的渠系水利用系數。但這種方法不足以說明渠系水利用系數是否滿足河系定律的發展規則，易導致計算結果失去真實使用價值。為避免上述情況的出現，引入防滲標準，搭建一種新型的渠系水利用系數研究方法，并通過對比實驗證明該方法的有效性。

1 防滲標準影響下的渠系水級別劃分

渠系水級別劃分是新型利用系數計算方法的搭建基礎，在防滲標準的影響下，其具體劃分流程可按以下步驟進行。

1.1 防滲標準參數確定

防滲標準參數是渠系水級別劃分的主要依據。該項參數既能從側面反應配水渠道在輸水過程中的損失情況，也能對灌溉渠系內水資源的利用率進行綜合統計。設q代表配水渠道的平均輸水周期，利用q可將防滲標準參數表示為：

(1)

式中，ri—灌溉渠系內水資源的波峰利用率;ui—灌溉渠系內水資源的波谷利用率;i—波峰、波谷值點的坐標參數;E—水資源利用率的極限參量。

1.2 等級渠頻數確定

等級渠頻數是防滲標準參數的引申解釋，可以直接影響渠系水級別的劃分結果。簡單來說，以灌區渠系為首的管道、運河等其它網絡系統完全遵循自然規律的變化規則，且在發揮監測者主觀能動性的同時，可以通過分析區域內水資源利用系數的方式，確定渠系內水體的主要應用走勢，進而完成等級渠頻數的確定，實現防滲標準影響下的渠系水級別劃分[2]。設t代表自然規律的周期變化系數，聯立公式(1)可將等級渠頻數表示為：

(2)

2 基于級別劃分的渠系水利用系數研究

在防滲標準影響下渠系水級別劃分的基礎上，通過確定非等效并聯利用系數、等效并聯利用系數，完成渠系水利用系數研究。

2.1 非等效并聯利用系數

由多條下級渠道向同一條上級渠道進行供水的方式稱為非等效并聯利用。這種供水方式所連接的灌溉渠系面積較大，采用干、支渠混合相接的聯通方式，且每條支流中的利用系數僅作用于該條支流內的渠系水，與其它支流渠系內的水體不發生直接作用關系，而干渠渠段內的利用系數總是保持定值狀態，不受支流利用系數的影響[3]。設h1、h2、h3、…、hn分別代表各支流中的渠系水利用系數，h代表干渠渠段內的渠系水利用系數，利用上述參數可將非等效并聯利用系數表示為：

(3)

式中，z—干、支渠的混合聯通系數下限;xv—渠系水的循環周期。

2.2 等效并聯利用系數

由一條下級渠道向一條上級渠道進行供水的方式稱為等效并聯利用[4]。這種供水方式所連接的灌溉渠系面積較小，在無特殊影響因素的情況下，下級渠道、上級渠道內的渠系水利用系數始終保持為λ。設ξ代表渠道內的特例關聯參數，利用λ、ξ可將等效并聯利用系數表示為：

(4)

式中，mb—渠系水灌溉條件的實部數值;x—渠道關聯值的積分下限;T—渠系水利用系數的冪次項積分條件;ω—渠道供水能力的真實值。

2.3 關聯規則確定

關聯規則是防滲標準影響下渠系水利用系數計算方法搭建的核心條件。在非等效并聯利用系數、等效并聯利用系數已知的前提下，關聯規則作為兩項系數的融合標準，可以通過聯合等級渠頻數的方式，完成渠系水利用系數計算[5- 6]。在式(2)、(3)、(4)的支持下，可將關聯規則標準表示為：

(5)

式中，ε—關聯周期下限數值；Q—渠系水極限參數；φ—渠頻數混合周期；σ—渠頻數的回歸周期。在關聯規則的約束下，完成防滲標準影響下的渠系水利用系數研究。

3 實驗結果與分析

為驗證防滲標準影響下新型渠系水利用系數計算方法的使用性，設計如下對比實驗。在變量因素不變的前提下，分別記錄應用現有技術手段、新型計算方法后，相關實驗數值的變化情況。

3.1 實驗參數設置

表1反應了相關實驗參數的設置情況。

表1 實驗參數設置表

表1中參數依次代表防滲標準參數、實驗時間、目標貼合程度、渠系水利用極限，為保證實驗結果的真實性，兩組實驗參數始終保持一致。

3.2 河系定律發展規則貼合程度對比

在防滲標準參數為0.84、渠系水利用極限為96.75%的條件下，以35min作為實驗時間，分別記錄在該段時間內，應用現有技術手段、新型計算方法后，渠系水利用系數與河系定律發展規則貼合程度的變化情況。具體實驗對比情況如圖1所示。

圖1 河系定律發展規則貼合程度對比圖

分析圖1可知，當實驗時間處于10～15min之間時，應用現有技術手段和新型計算方法后，渠系水利用系數與河系定律發展規則貼合程度均達到最大值，二者間差值為35.29%，應用新型計算方法后的實驗數值明顯高于現有技術手段。

4 結語

根據對比實驗可知，新型計算方法能夠促使渠系水利用系數與河系定律發展規則不斷貼合，且這種方法的搭建過程相對簡單，具備較強的實際推廣價值。從實用性方面考慮，隨著防滲標準的日益推廣，渠系水的利用價值將得到穩步提升，相關利用系數計算法則也成為重要的約束標準。