渠系水利用系数测量(1)

摘要：针对我省水稻灌区的实际情况，对灌溉水利用系数的影响因素、测定方法和有关参数的推求进行了研究，提出了我省水稻灌区水利用系数的具体方法。

关键词：渠系水利用系数 田间水利用系数 灌溉水利用系数

为准确掌握我省水稻灌区灌溉水的利用效率，黑龙江省水利厅委托省水文局于2004年在全省开展了水稻灌区利用系数的测定工作，笔者参加了此项工作，并积累了一定实际经验。本文在总结以往工作经验、借鉴前人研究成果的基础上，对从灌溉水利用系数的测定方法、水利用系数的影响因素和有关参数的确定进行了认真的研究，提出了推求灌溉水利用系数的具体方法，可供有关部门在今后开展类似工作时参考。

1  渠系水利用系数

1.1 渠系水利用系数的影响因素

渠系水利用系数是指灌区末级固定渠道放出的总水量于渠首因进水量的比值。渠道水利用系数的影响因素是多方面的，其中主要因素为渠道的防渗措施、土壤的透水性能、输水流量和地下水水位。

(1)渠道的防渗措施

渠道防渗是减少输水损失、控制地下水位，提高渠道水利用系数的基本工程措施。目前我省渠道采取的防渗方式主要有土料防渗、混凝土防渗和膜料防渗等。根据有关资料：采用土料夯实防渗一般能减少渗漏损失量45%左右，采用混凝土衬砌防渗能减少渗漏损失量70～75%，采用塑料薄膜衬护防渗能减少渗漏损失量50～90%。掌握上述各种措施的防渗效果，对确定渠系水利用系数测定方法、分析测定结果的合理性是十分必要的。

(2)渠道土壤的透水性能

对于土渠渠道的输水损失量主要取决于渠道土壤的透水性能。土壤的透水性能主要和土壤的质地有关。根据土壤的质地可把土壤划分为砂土、壤土和粘土三类。砂土类土壤主要有粗砂和细砂组成，粉砂和粘粒所占比例很少，因此土壤颗粒粗、粘性小孔隙直径大，土壤透水性强，由此类土壤组成的渠道由于下渗损失量大，渠系水利用系数小。粘土类土壤主要由粉砂和粘粒组成，土壤质地粘重，结构紧密，虽然孔隙率较大，但孔隙直径小，土壤透水能力弱，由此类土壤组成的渠道下渗损失量小，渠系水利用系数较高。壤土类土壤质地比较均匀，其中细砂、粉砂和粘粒所占比例大体相当，颗粒粗细及孔隙直径适中，土壤透水性能介于沙土和粘土之间，因此渠道下渗损失量和渠系水利用系数亦介于以上两种土壤之间。

(3)输水流量与地下水水位

对于某一级固定渠道，输水流量愈大，流速愈快，水流传播时间较短，流量渗漏损失相对较小，渠系水利用系数大：反之，渠道输水流量愈小，流速愈慢，水流传播时间较长，流量相对渗漏损失量愈大，渠系水利用系数小。反映渠道水量损失率与输水流量之间相关关系的经验公式如下：

              （1）

式中：——渠道单位长度水量损失率；

k——土壤透水性系数；

m——土壤透水性指数；

q_j——渠道净流量（m³/s）。

某灌区渠道水量损失率与输水流量的关系如表1。

表1    渠道损失水量与输水流量关系表

灌区地下水水位的高低，直接影响渠系水利用系数的大小。当灌区地下水位较高时，地下水顶托渠系水，减少渠系水的下渗的水力梯度和储水空间，对渠系水的下渗起到抑制的作用，从而提高渠系水的利用系数。当地下水水位高于渠道水位时，地下水还会“反补”渠道水，出现渠系系数大于1的现象，根据实测资料，宝清县宝石河灌区干

　　渠最大渠系系数为1.05，建三江种子站灌区支渠最大渠系系数为1.10、北引乌北干渠最大渠系系数为 1.57 。反之，当灌区地下水位较低时，则会有利于渠系水的下渗，降低渠系水的利用系数

1.2 渠系水利用系数测定的基本方法

(1)静态测定法

《节水灌溉技术规范》对此法的要求为：“应选择一段具有代表性的渠段，长度为50～100m，两端堵死，渠道中间设置水位标志，然后向渠中充水，观测该渠段内水位下降过程，根据水位的变化即可计算出损失水量和渠系水利用系数。”对具体的测定步骤和计算方法规范并未提及。笔者认为，上述方法所要求的渠道长度过短，代表性不强，且未考虑流量变化对损失率的影响，因此对于斗渠及以上各级渠道的测定不宜采用此方法。但对于渠道较短，流量较小的农渠或毛渠采用静态测定法还是合适的。渠系系数应按下列方法计算。

                      （2）

式中：η——渠渠系系数；

、——观测开始时和观测结束时相应水深的渠道断面面积；

l——该级渠道的平均长度；

δl——代表渠段的长度；

δ——观测开始至观测结束的时间。

                                （3）

式中：v——渠道水的平均流速。

(2)动态测定法

根据渠道布置情况，选择中间无支流、长度满足要求的代表性渠段，观测上、下游两个断面同一时段的流量，通过量化渠道损失水量的方法推求渠道水利用系数。代表渠段渠道水利用系数用以下公式计算：

                        （4）

式中：——代表渠段的渠道水利用系数；

——代表渠段上、下断面的流量。

干渠、支渠、斗渠和农渠各级渠道的水利用系数η_渠系用以下公式计算：

                          （5）

将（4）、（5）式整理合并得：

                 （6）

全灌区渠系水利用系数用下式

                   （7）

式中：——全灌区的渠系水利用系数；

、、、——干渠、支渠、斗渠、农渠各级渠道的渠系水利用系数。

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