遼寧省大型灌區渠系水綜合利用系數復核及節水潛力評估研究

張志斌

(遼寧省本溪水文局，遼寧 本溪 117000)

1 遼寧省大型灌區概況

水利灌區建設對于地區國民經濟發展具有十分重要的地位和意義[1]。遼寧省現有設計灌溉面積高于30萬畝的灌區有11個，設計總灌溉面積及總有效面積分別為598.9萬畝和486萬畝，占遼寧省灌溉有效總面積的比例為21.5%，各灌區設計灌溉面積和有效灌溉面積見表1。各灌區主要分布在中部平原，其次為東北部，覆蓋的總人口和農村人口分別為286萬人和229萬人[2]。灌區主要農作物為水稻，占全省總種植水稻面積的比例超過50%；是遼寧省重要的瓜果及蔬菜基地，對全省經濟發展具有重要的支撐作用。各大型灌區主要修建年代為20世紀60年代和70年代，灌區渠首老化較為嚴重，渠首老化比占總渠首總數的比例高達59%[4]。渠系水利用系數的測試是推動灌區節水及水資源高效利用的重要途徑和措施，近些年來，對于灌區渠系水利用系數的測算取得一定的成果[5-13]，各成果均表明，渠系水利用系數的測試是評估灌區節水潛力的重要方式。為此，文章采用流量平衡方法對遼寧省11個設計灌溉面積高于30萬畝的大型灌區渠系水綜合利用系數進行測算，并對不同襯砌方案的節水潛力進行評估。

表1 遼寧省大型灌區特征表 單位：萬畝

2 復核方法

2.1 灌區滲漏量復核

采用現場流量復核方式對各大型灌區渠系水利用系數進行復核，首先對各灌區不同土壤質地給水度進行分析，從而確定不同渠道的田間滲漏量，結果見表2—3。

表2 遼寧省大型灌區不同埋深下的給水度分析結果

表3 遼寧省大型灌區不同埋深下的滲漏量分析結果

2.2 典型渠道的渠系水利用系數復核方法

(1)典型渠段的選擇要求

選取具有代表性、流量較為穩定且沒有區間匯入的渠段，在同一渠段對上下兩個斷面進行流量測試，兩個斷面的流量差即為水量損失值。典型渠段長度應該滿足以下條件：

①過水流量小于1m3/s時選取的渠道長度不低于1km；

②過水流量為1～10m3/s時選取的渠道長度不低于3km；

③過水流量為10～30m3/s時選取的渠道長度不低于5km；

④過水流量大于30m3/s時選取的渠道長度不低于10km。

(2)測定斷面布設原則

本次采用動水測定方式對選取渠道進行流量測定，斷面布設需滿足的條件為：

①各測點流速在測流斷面內不能超過流速儀測定范圍；

②采用一點法測速時水深不能低于必要的測定深度；

③平穩渠道水位落差不能高于水深平均值的2%；

④測流渠段順直，比降較為一致且水流流態較均勻；

⑤測流斷面盡量與水流縱向保持一致，盡可能選擇在橋上進行流速測驗；

⑥測流斷面受上游水庫、閘壩方式影響較小，附近無對流速測定有影響的水工建筑物。

(3)測流垂線布設原則

①測驗斷面上測深和測速垂線數目及位置滿足渠段過水斷面的設計要求。

②任意兩條測深垂線之間的距離在標準渠道內不能高于渠段寬度的1/5，在不規則渠段內其測深垂線之間的距離不能高于渠段寬度的1/20。測深垂線要均勻分布在水流變化較為平穩的回流區域。

③渠道水流波動較為復雜或擺動較為明顯時應加密布設垂線，主渠道應布設較多的測深垂線，布設垂線較少時盡量避開水流不平穩的回流區。

④在渠道較為規則的斷面，盡量將測深和測速垂線進行合并布設。

⑤不等間距布設測流垂線時，應該將測流斷面均勻布設且與水流方向垂直。

⑥垂線布設時應固定主要標志，事先對間距及水邊寬度進行測量，不同測流垂線之間誤差允許值為±0.01m。不同干渠、分支垂線布設的原則見表4。

表4 不同水面寬度下各類別渠道的測流垂線布設要求

(4)渠系利用系數計算方法

渠道尾部和首部流量比值即為渠系水利用系數，其計算方程為

(1)

式中，η道i—渠系水利用系數；Q尾i、Q首i—渠道尾部和首部測定的流量，m3/s。不同流量在同一個渠道的水利用系數有所差異，因此采用流量加權平均方法進行綜合分析，其計算方程為

(2)

δ典段=W損失/W首

(3)

式中，δ典段—典型渠道輸水損失率，%；W損失—測定時段內水量損失，萬m3；W首—渠道上游來水量，萬m3。

3 遼寧省大型灌區渠系利用系數復核結果

3.1 流量測定結果

分別對11個大型灌區總干渠、分支干渠、分支斗渠進行流量測定，并對不同防滲形式下的滲漏量和蒸發損失進行測定，結果見表5。

表5 遼寧省大型灌區不同渠支流量及水量損失分析結果

(續表)

相比于總干渠，分支支渠和分支斗渠水量利用率更低，蒸發量主要依據區域氣象數據，采用P-M公式進行計算，總干渠、分干支渠、分支斗渠蒸發量變化差異性較小，不是各灌區水量損失的主要因素。遼寧中部渾沙、渾蒲及大洼灌區流量相對較大，是平原區農業主要灌溉水源。從渠道滲漏損失量可看出，混凝土襯砌方式下的滲漏損失最小，其次為磚襯砌方式的滲漏量，無襯砌方式下的渠道滲漏量最大。分支斗渠、分干支渠無襯砌方式的下滲漏明顯高于總干渠。

3.2 灌區渠系綜合利用系數復核結果

對各灌區渠系綜合利用系數及灌溉效率進行復核，結果見表6。

表6 各大型灌區渠系利用系數及灌溉利用系數綜合復核結果

各大型灌區復核后渠系利用系數為0.48～0.64，相比于復核前，平均減少0.15，這主要是因為各灌區的渠道滲漏和蒸發損失的加大，使得渠系水綜合利用系數明顯減少，復核前各灌區的渠系利用系數為0.51～0.68，高值主要分布在渾河、遼河水系，也是水稻重要的補給水源。相比于復核前，灌溉利用率也有所減少，這主要是因為沿程渠系灌溉水損失加大，使得其灌溉利用率減少。渾沙、渾蒲兩個大型灌區的灌溉利用系數相比于復核前有較為明顯的減少，通過實地調查發現，這兩個灌區沿程分布有不少取水口，使得其水量損失進一步加大，而灌溉利用系數主要通過渠首、渠尾水量的綜合分析，因此相比于其他灌區，這兩個灌區灌溉利用系數減少較為明顯。

3.3 同一灌渠不同襯砌方案下的水量損失分析

對各灌區同一灌渠不同襯砌方案下水量損失進行綜合分析，結果見表7。

表7 各大型灌區同一灌區下不同襯砌方案下的水量損失分析結果

各大型灌區不同襯砌方案單位長度損失量有所不同，同一灌區不同襯砌方案下的單位長度損失率與灌區的渠系工程概況、渠系地質特征具有較為明顯的相關性。盤山灌區渠道未襯砌的單位長度損失率最大，達到0.0969，這主要是因為該灌區位于遼河下游，屬于平原地區，地下水位較高，使得盤山渠道未襯砌單位長度損失率較高。而在各灌區中莊河灌區渠道未襯砌單位長度損失率最低，通過實地調查分析，莊河灌區渠道襯砌比較高，未襯砌渠段較少，因此其單位長度損失率較低。襯砌較未襯砌損失比例總體為0.444～0.897，北部開原灌區襯砌較未襯砌損失比例最大。

3.4 各灌區不同渠系各襯砌方案下的水量損失分析

考慮到不同渠系各襯砌方案下的水量損失有所差異，為對其節水潛力進行有效評估，對各大型灌區不同渠系各襯砌方案下的水量損失進行綜合分析，結果見表8。

表8 各大型灌區不同渠系各襯砌方案下的水量損失分析結果

11個大型灌區總渠和分渠在不同襯砌方案下的水量損失有較為明顯的變化規律，分干支渠和分支斗渠的損失率均要高于總渠，襯砌方式下分干支渠和分支斗渠的損失率相比于未襯砌方式下的平均減少5.6%，大型灌區分渠的節水潛力要高于總渠，在投資資金較為充足的條件下對分渠進行襯砌改造的節水效果要好于總渠。經過襯砌改造措施，各灌區節水量均值可達到86.45萬m3。

(續表)

4 主要結論

(1)需加大對大型灌區分渠的“十四五”節水規劃力度，提高大型灌區分渠渠系水綜合利用效率。

(2)在同類渠道下，流量較大的渠道單位長度損失率相對較小，其渠系水綜合利用系數高于流量較小的渠道的單位長度損失率，而黏土質渠道的單位長度損失率要高于砂壤土質的單位長度損失率。

(3)文章在節水潛力分析未能考慮渠系級別對其損失率的影響，在后期的研究中還需分析不同級別渠系下流量的損失率。