灌溉渠道流量计算与分析

张永伟

( 黑龙江省农垦红兴隆管理局水务局，黑龙江红兴隆155811)

1 渠道的设计流量

渠道的设计流量是指在设计年内作物灌水期间渠道需要通过的最大流量，或者说渠道在正常工作条件下需要通过的流量，因而又叫正常流量。它是设计渠道纵、横断面和渠系建筑物的主要依据。渠道的设计流量与灌区的灌溉面积、作物组成、灌溉制度、渠道的工作制度以及渠道的输水损失等因素有关［1］。

1.1 渠道流量的相关概念

灌溉水从渠首引入并经各级渠道输送到田间，各处的流量都不相同。因而在计算中就会遇到不同的流量术语和概念，为以后叙述方便，现介绍如下:

1.1.1 渠道田间净流量

该流量是指渠道应该达到田间的流量，或者说田间实际需要的渠道流量，用Q田间净表示。

1.1.2 渠道净流量和毛流量

对一个渠段而言，段首处的流量为毛流量，段末处的流量为净流量;对一条渠道来说，该渠道引水口处的流量为毛流量，同时自该渠道引水的所有下一级渠道分水口的流量之和为净流量。毛流量和净流量分别用Q毛和Q净表示。渠道的设计流量应该是毛流量。

1.1.3 渠道损失流量

该流量是指渠道在输水过程中损失掉的流量，用Q损表示。渠道的毛流量、净流量和损失流量之间有如下的关系:

1.2 渠道输水损失与渠道水利用系数

渠道在输水过程中一定要损失掉一部分流量或水量，称为渠道的输水损失。在进行渠道流量计算时，必须计入输水损失流量。渠道输水损失包括水面蒸发损失、漏水损失和渗水损失3个部分。水面蒸发损失数量很小，可以忽略不计。漏水损失是指由于地质条件不良、施工质量较差、管理维修不善以及生物作用等因素而形成的漏洞、裂隙或渠堤决口和建筑物漏水等所损失的水量，一般约占输水损失的15%左右，这些损失都应该是中以避免的。漏水损失的具体数值，可根据渠道的实际情况估算确定，在渠道流量计算时，一般不予计入。经渠床土壤的渗水损失是渠道输水损失的主要部分，是经常存在的、不能完全避免的水量损失，一般占输水损失的80%以上。渠道的输水损失估算主要是渗水损失的估算，并把它近似地作为渠道的总输水损失。渠道输水损失，在已成灌区的管理运用中，应通过实侧确定，可用水的利用系数进行计算和表示。

根据水的利用系数，可以估算渠道的损失流量，也可直接用来计算渠道的设计流量。常用的水的利用系数有以下4 种:

1.2.1 田间水利用系数

是引渠口以下至灌水沟、畦，水的运用质量标准。除了与浇地人员工作质量有关外，还因地形、引渠长度、田间工程及土质等状况的不同而有差异。其计算方法如下:

1) 观测记载引渠口水位流量，计算引口引入水量W引。

2) 施测有代表性地块的灌水定额m，统计灌溉面积A。在选择代表性地块时，主要考虑土质、地形、田间工程规格、作物种类、用水次数、耕作措施等条件。若引渠范围内上述条件差异较大时，应分区测定灌水定额、统计灌溉面积;若差异不大时，可以分区。

3) 计算田间灌水量W田、田间水利用系数η田:

1.2.2 渠道水利用系数

渠道水利用系数有干、支、斗、分各级渠道水利用系数，分别表示该级渠道的运用质量。它可以由水量统计法或流量实测法求得。

1.2.2.1 水量统计法

在一个灌溉季度或一个用水轮期内，根据各渠口引水量W毛和同期给水下级渠道输送的水量W净，由下式求得渠道水利用系数η:

1.2.2.2 流量实测法

同时测定渠口流量Q毛和给下级渠道输送的流量Q净，由下式求得渠道水利用系数:

1.2.3 渠系水利用系数

是各级固定渠道运用质量的综合指标。它可以由各级渠道水利用系数连乘积表示，也可以在同一时间内测定渠首流量Q 和各引口流量之和ΣQ 求

得，即:

或

在利用(6) 式计算渠系水利用系数时，各级渠道水利用系数要用渠道流量来求得其加权平均值代入。在施测渠系水利用系数时，应选择渠道流量比较稳定时进行，最好要按流程时间来测定各级渠道的流量。

1.2.4 灌溉水利用系数

是指在某一时段内，田间实灌水量与渠道引水总量的比值。它是灌区水的运用质量综合指标，是灌区管理水平的重要标志之一，也是灌区规划和编制用水计划的重要依据。灌溉水利用系数η水，有两种计算方法:

式中: W首是渠首引水量，灌溉水利用系数也可以一条干、支渠或一条斗渠范围内计算单位，上式中W首分别以干、支渠闸口或斗口的饮水量代入即可。

1.3 灌溉渠道的水利计算

1.3.1 轮灌渠道设计流量推算

由于轮灌渠道不是在整个作物灌水延续时间内连续输水，而是集中过水，所以，轮灌渠道设计流量的大小，又决定于它本身灌溉面积的大小，而是取决于上级渠道供水流量的大小和轮灌组内渠道数的多少，因此，轮灌渠道的设计流量，不能用灌水模数乘灌溉面积求田间净流量，再逐级加灌溉流量求毛流量的方法来推算，而只能采用自上而下逐级分配田间净流量，再自下而上逐级加损失流量求毛流量的方法进行推算。现以干、支渠续灌，斗、农渠轮灌，斗渠轮灌组内有n 条斗渠，农渠轮灌组内有A 条农渠的情况，来说明轮灌渠道设计流量的推算方法。

1.3.1.1 自上而下分配末级续灌渠道的田间净流量

1) 计算支渠田间净流量

2) 计算斗渠田间净流量，斗渠轮灌组内n 条斗渠的灌溉面积相等时，计算公式为:

斗渠轮灌组内各斗渠面积不相等时，为使各斗渠的灌水时间相等，应按各斗渠灌溉面积的大小来分配支渠田间净流量，即:

3) 计算农渠田间净流量，该流量和计算斗渠田间净流量的道理相同，分别为:

式中: A支，A斗组，A斗i，A农组，A农i为支渠、斗渠轮灌组、某天斗渠、农渠轮灌区、某条农渠灌溉面积; q设为设计灌水模数。

1.3.1.2 自下而上推算渠道设计流量

农渠的净流量为:

农、斗、支渠的设计流量分别为:

式中: L农，L斗，L支为农、斗、支渠的平均工作长度，一般为下一级渠道最下游一个轮灌组的中点到该渠道引水口的距离，km; ΣQ农设ΣQ斗设为农渠和斗渠轮灌组内各农渠和斗渠的设计流量之和，m3/s。

1.3.1.3 用水的利用系数推算渠道设计流量

如果一个灌区支、斗、农渠的数目很多，都用上述方法推求设计流量将十分繁杂。为减少计算工作量，可综合考虑渠道长度、灌溉面积、沿渠土质和配水方式等因素，选择一条或几条支、斗、农渠，用前述方法退求出渠系水利用系数η渠系，然后以η渠系作为扩大指标，推求其他各支、斗、农渠的设计流量。其计算公式为:

1.3.2 续灌渠道( 干渠) 设计流量推算

干渠的设计流量可根据已求出的各支渠的设计流量，按支渠口的位置对干渠进行分段，自下游逐段加损失流量，分段推算。其计算公式如下:

2 渠道的最小流量与最大流量

为了保证对下一级渠道正常供水和进行水位控制、最小流量与设计流量不宜相差过大。

一般规定，最小流量应≥设计流量的40%，这和最小灌水模数应≥最大灌水模数40%的要求是完全一致的，也有的灌区规定，渠道的最低水位应等于或大于正常水位70%。实际灌水时，如果次作物用水量过小，可适当缩短灌水时间，集中灌水。使其通过的流量大于最小流量。

考虑到在管理运用过程中可能会出现规划设计时未能预料到的情况，如作物种植比例变更、灌溉面积扩大、气候特别干旱、渠道发生事故后需要短时间加大输水等，都要求渠道通过比设计流量大的流量，这种流量称为渠道的最大流量。当渠道通过最大流量时，渠中水位增高，流速加大，所以，确定最大流量的作用在于校核渠道的过水能力和不冲流速，进而确定渠道的堤顶高程，即渠道的堤顶高程应该等于通过最大流量时的水位和堤顶超高。对于轮灌渠道，因其流量已经加大，故不再考虑加大流量。

式中: K 为流量加大系数，见表1; Q加为加大流量，m3/s。

表1 流量加大系数K 值表

3 结 论

正确的设计渠道流量，可以使灌区运行优良，发挥最大的灌溉效益。如果灌溉渠系设计的非常合理，而且管理完善，就能够有效避免灌溉引水过程中由于引水太小、沿程损失太大，渠系水利用过低的问题，它能够提高灌区水利用量和作物的产量，同时又进一步实现农业增产、增收、增效，实现灌区水资源的合理配置。

［1］谢博. 灌溉渠道的设计流量计算与分析［J］. 陕西水利，2011(04) :175 －176.