工程狀況與管理水平影響的渠系水利用效率指標體系的構建

翁 浛

(潮州市鳳溪水庫管理處，廣東 潮州 521000)

0 引 言

渠系水利用效率指標體系在我國水利工程中發揮著重要作用，可以較好反映工程狀況與管理水平對灌區水利用效率的影響，是衡量渠系輸水效率的重要指標。因此，眾多學者對水利用效率指標體系開展研究，并取得一系列成果。

周玉琴等[1]以石門水庫灌區為研究對象，采用“考斯加科夫渠道滲漏經驗公式法”計算渠道滲水量，分析不同襯砌情況下的渠系水利用效率。結果表明，襯砌結構對渠系水利用效率較大，即未采取襯砌措施的渠系水利用效率僅為0.6，而全部采取混凝土襯砌措施的渠系水利用效率可達到0.97。楊新民等[2]以內蒙古烏拉特灌區為例，基于M.G.BOS灌溉效率計算標準，采用“連乘法”分析計算渠系水利用效率，并結合灌溉排水渠系統設計規范，提出了一套適合烏拉特灌區的渠系水利用效率分析計算方法。熊佳[3]分析現有灌溉水利用效率指標的不足，對現有灌溉水利用效率系數進行科學的定義與評價，并對其適用范圍進行了探討研究。賈皓翔[4]以大連朱家隈子水庫灌區為例，選取代表性的干渠、支渠、斗渠及農渠進行上下斷面流量監測，實測朱家隈子水庫灌區干渠渠系水利用系數為0.9、灌區渠系水利用系數為0.58，計算結果可為相關部門在灌溉期時提供參考。申軍等[5]基于Horton定律，對托克托縣麻地壕灌區渠系配水效率進行了分析計算，通過對麻地壕灌區現有工程狀況進行評價，指出該灌區分支比不合理，影響了現有渠系配水效率。根據分析計算結果，為提高麻地壕灌區渠系水利用效率提出有效的建議及措施，即對支渠和斗渠進行改造，增加支渠和斗渠長度，減小支渠和斗渠的數量，以此來提高渠系水配水效率。王娜等[6]以綏中縣王石灌區為例，采用動水法對渠道輸水損失量進行分析，并對比分析不同襯砌形式及不同防滲措施下的輸水損失率。結果表明，混凝土襯砌渠道輸水損失量與未襯砌渠道輸水損失量相差10倍之多。因此，提高工程質量、改善襯砌形式可以極大減少渠道輸水損失量，從而提高水利用效率。

基于前人研究成果，本文以渠道輸水效率Eca、渠系輸水效率Ec、渠系配水效率Ed以及渠系水利用效率Ecs為主要指標，構建渠系水利用效率指標體系，分別給出其定義及計算方法，并通過實例分析研究4個系數指標對灌溉區水利用效率的影響。

1 渠系水利用效率指標體系的組成

本文構建的渠系水利用效率指標體系主要由以下4個系數組成：渠道輸水效率Eca、渠系輸水效率Ec、渠系配水效率Ed以及渠系水利用效率Ecs。4個系數可以較好地反映工程狀況和管理水平對渠系水利用效率指標的影響。

1.1 渠道輸水效率

將渠道凈水量與毛水量之比定義為渠道輸水效率，亦稱渠道水利用系數Eca，主要反映渠道工程狀況對渠系水利用效率的影響。公式如下：

(1)

式中：Eca為渠道水利用系數，無量綱單位；Q凈為水渠凈水量，m3；Q毛為水渠總流量，m3。其中，水渠總流量扣除水在渠道中滲透流失的部分水量即為水渠凈水量。

由式(1)可以看出，渠道水輸水效率受渠道中滲透流失的部分水量影響較大，而這部分損失的水量主要取決于渠床下部土質、施工質量、工程老化程度以及防滲措施等工程狀況好壞。常采用動水法或靜水法測得渠道輸水效率。

1.2 渠系輸水效率

渠系輸水效率Ec定義為灌溉流出渠道水量與引入渠系總水量之比，其主要反映灌區水利用效率的情況。公式如下：

(2)

其中：W引為灌溉期間全部流入渠系的總水量，m3；W出為灌溉期間流出渠系的總水量，m3。

除灌溉時流出渠系總水量外，灌溉期間產生的退水量也一并計入W出。這部分退水量也是通過渠系分配出的水量，因此不可歸為因工程狀況而產生的損失水量一類。理論上，測得灌溉期間渠系引水總量及渠系流出總水量即可計算出渠系輸水效率Ec。但對于末端存在眾多出水口的灌區，W出指標難以一一測得。實際操作中，通過工程狀況相近的同級渠道推算各段渠道的渠系輸水效率，最后通過系數連乘法計算出渠系輸水效率。

1.3 渠系配水效率

渠系水配水效率Ed反映了管理水平對水利用效率的影響。其定義為渠系水實際流入田間的總水量與渠系流出總水量之比，公式如下：

(3)

式中：W田為灌溉期間渠系水流入田間的總水量，m3。

灌溉期間，根據田間水量需求，通過渠系調配水管理，合理控制分水渠道出水量，盡可能保證調配水量與實際需求量一致。因此，渠系配水效率受管理水平影響較大。實際工作中，會存在各種因素影響導致調配水量多于田間需求水量，如需水信息采集不及時、越級渠道輸水等，繼而形成退水。這部分水量并非由工程狀況導致，而是由于管理水平不高導致，提高管理水平可提高渠系配水效率。實際運用中，Ed通過Ec和Ecs間接推算得到。

1.4 渠系水利用效率

渠系水利用效率Ecs，即灌溉期間，渠系流入田間總水量與渠系引水總水量之比，其主要反映了渠系工程狀況和管理水平對水利用效率的影響。公式如下：

(4)

同時，由式(2)、式(3)可推導出式(5)：

Ecs=Ec×Ed

(5)

即渠系水利用效率Ecs還可定義為渠系輸水效率與渠系配水效率的乘積。其可通過首尾測算法直接計算得到。

2 工程概況

本文以潮州市轄區范圍內的3個灌區為例，計算受工程狀況和管理水平影響的渠系水利用效率4個主要指標。其中3個灌區基本情況見表1。

表1 灌區基本情況

3 結果分析

3.1 渠系水利用效率指標

1) 渠道輸水效率Eca。以崗山水庫灌區為例，采用靜水法，實測該灌區7條水渠每延米渠道輸水效率，測試結果見表2。

2) 渠系輸水效率Ec。首先采用靜水法，測得全市灌區渠道的滲水特性，建立不同工程狀況不同級渠道的每延米輸水效率與水流量的關系。基于此關系，通過系數連乘法推算出該灌區渠系輸水效率，見表3。以崗山水庫灌區為例，經綜合分析，渠系輸水效率為0.73。

3) 渠系配水效率Ed。依據式(5)直接計算得出，見表3。以崗山水庫灌區為例，渠系輸水效率計算結果為0.66。

4) 渠系水利用效率Ecs。基于潮州市灌溉水有效利用系數測算分析結果，采用首尾測算法直接計算得出，見表3。以崗山水庫灌區為例，該渠系水利用效率為0.57。

表2 崗山水庫灌區渠道輸水效率測試結果

表3 3個灌區渠系水利用效率指標值

3.2 指標計算結果分析

圖1-圖3為不同灌區所有渠系水利用效率指標值計算結果變化趨勢。

圖1 各灌區渠系輸水效率

圖2 各灌區渠系配水效率

圖3 各灌區渠系水利用效率

從表3及圖1-圖3可知：

1) 渠道輸水效率受工程狀況影響較大。以崗山水庫灌區為例，混凝土澆筑渠道的輸水效率優于土填方渠道。原因是混凝土澆筑的渠道防滲效果相較于其他渠道建設方法更好，渠道滲水損失流量更少。

2) 由表3中3個灌區渠系輸水效率變化趨勢可知，東興村灌區>北關引韓灌區>崗山水庫灌區。由表1灌區基本情況可知，灌區規模越小，其襯砌率越高，工程狀況越好，因此其渠系水輸水效率應越高。

3) 由表3可知，3個灌區渠系配水效率變化趨勢為：崗山水庫灌區>北關引韓灌區>東興村灌區。渠系水配水效率反映管理水平對渠系水利用效率的影響，崗山水庫渠系配水效率最高，客觀上反映了該灌區管理水平很高。事實上，崗山水庫灌區近年來，實施農業用水定額管理，在所有渠口安裝計量裝置，實現農業用水按量收費，這一舉措極大促進了農業節水。相較于崗山水庫灌區，北關引韓灌區未在所有支渠分水口安裝計量裝置，從管理水平上看，北關引韓灌區管理水平低于崗山灌區。因此，北關引韓灌區渠系水配水效率低于崗山水庫灌區是合理的。東興村灌區渠系水配水效率最低，灌區未設專業管理機構，而是由村級代管，水費由村集體支付。灌溉期間，常出現各別農戶隨意開渠灌溉等現象，產生的退水居多。因此，該灌區渠系水配水效率最低是比較合理的。

針對上述灌區渠系輸水效率、配水效率情況，提出幾點改進措施，以改進渠系水利用效率：①崗山水庫灌區渠系輸水效率低下，結合表1崗山水庫灌區基本情況，反映了當前灌區工程狀況較差，渠道襯砌率僅為40.5%。因此，后續可對該灌區進行改造，如完善渠道襯砌，提高襯砌率，減小滲水流量。②針對北關引韓灌區，應從改善工程狀況和提高管理水平兩方面入手，通過改造渠道襯砌、加強管理等措施，提高渠系水利用效率。③針對小規模一類的東興村灌溉區，應重點加強用水管理，推行計量收費等措施，提高渠系配水效率。

4 結 論

本文通過4個系數即渠道輸水效率Eca、渠系輸水效率Ec、渠系配水效率Ed以及渠系水利用效率Ecs，構建了渠系水利用效率指標體系，并分別給出其定義及分計算方法。同時，以某灌區工程為例，分析該指標體系的評價效果。結論如下：

1) 渠道輸水效率、渠系輸水效率主要反映工程狀況對渠系水利用效率的影響，而管理水平對渠系水利用效率的影響主要由渠系配水效率系數體現，最后由渠系水利用效率綜合反映工程狀況和管理水平對水利用效率的影響。

2) 該指標體系可滿足不同灌區對渠系水利用效率的評價需求。