宁南山区水库灌区灌溉渠道设计流量计算与复核

张军明

（原州区水务局，宁夏固原 756000）

宁南山区近年来改造完成了中小型水库 147座，总库容7.9亿m3,有效库容1.63亿m3,正常蓄水5600万m3。水库灌区重点分布在清水河、泾河、祖厉河和葫芦河流域，现有水库灌区147处，灌溉面积64.6万亩，2008年以来相继完成原州区沈家河、冬至河、隆德县三里店及彭阳店洼等 15处中小型水库灌区的田间改造配套项目，砌护田间渠道536km,建筑物17253座，灌溉面积达16.3万亩，占全水库灌区灌溉面积的25%。

该灌区水土资源条件好，是粮食生产的主要基地。然而，小农水项目重点改造配套了田间工程，灌区内的骨干水利工程始建于20世纪60、70年代，经过几十年的运行，渠道老化、损坏、淤积、失修现象严重，造成渠道输水功能衰减，水资源利用率低，目前灌溉水利用系数仅为0.40。根据特殊地形部分水库干渠沿旁山渠道布置，起到灌溉和排洪作用，改造水库灌区骨干工程势在必行，直接关系到当地经济建设和社会发展，所以迫切需要进行灌区改造和很好发挥灌溉效益。

灌溉渠道系统规划是水库灌区规划重要组成部分，而灌溉渠道的设计则是渠系规划的重点。它包括渠道的流量设计、纵横断面设计以及建筑物设计等。

灌溉渠道的布置主要取决于地形条件。在山区、丘陵区灌区的干支渠一般采取“长藤结瓜”式灌溉系统，具体有沿等高线布置和沿分水岭布置两种方式。在平原地区，干渠多沿等高线布置，支渠一般垂直于等高线布置。

1 灌溉系统规划

1.1 渠道的设计流量

在灌溉设计标准下为满足灌溉要求而要求的最大流量。一般用Q表示。单位为m3/s。或正常条件下渠道需要通过的最大流量，因此设计流量也叫正常流量。主要作用：确定渠道设计断面、建筑物规模和尺寸的主要依据。

1.2 渠道输水损失的估算

渠道在灌溉输水过程中发生的渗漏、水面蒸发而沿途损失掉的那部分水量。这部分流量损失即为渠道的输水损失。渠道渗漏是造成输水损失的主要原因，水面蒸发损失较少，可忽略不计。影响渠道输水损失的因素有：土壤性质、地下水位状况和渠道施工质量等。

自由渗流情况下的渗水损失估算方法。

式中：每公里长渠道渗水损失占净流量的百分数。A、m为土壤渗水系数和渗水指数。

令s为每公里渗水损失，则：

式中：L——渠道长度（km)。

1.3 渠道的工作制度

是指渠道的输水工作方式，分为轮灌和续灌。

轮灌：同级渠道分组依次轮流灌溉。

续灌：上级渠同时向其下级分水灌溉，称各下级渠续灌。

图1

轮灌的优点：输水时间短，输水损失小。缺点：渠道断面大，工程量大。

续灌的优点：工程量小。缺点：输水损失大一般干、支渠续灌，斗、农渠轮灌。

1.4 主要参数

渠系（道）水利用系数：灌溉渠系（道）毛流量和净流量的比值。

灌溉水利用系数：实际灌入农田的有效水量和渠道引入水量的比值。

灌水定额：单位灌溉面积上的一次灌水量或灌水深度。

灌水模数：也称为灌水率，系单位灌溉面积需要的灌溉净流量。

田间水利用系数：田间水利用系数是实际灌入田间的有效水量和末级渠道放水量的比值。

⑴ 渠道水利用系数。反映某一渠道的水的利用率。（由各级渠道组成的渠系可以用渠系水利用系数来描述其水的利用率。）

⑵ 渠系水利用系数。渠系由干、支、斗、农四级固定渠道组成。毛渠是临时渠道，属田间渠系，或田间工程，渠系的净流量为同时工作的农渠净流量之和；渠系的毛流量为干渠的毛流量。反映渠系的水的利用效率。

⑶ 田间水利用系数。是指田间渠系，由毛渠、灌水沟、畦等组成 。一般η田=0.90～0.98。

⑷ 灌溉水利用系数。是反映整个灌区的灌溉水利用系数。

2 推算各级渠道设计流量

以图2渠系为例说明。

图2

2.1 选择典型支渠

选三支为典型支渠。（为简化计算，便于推算其它各支流量）

农渠的计算长度是实际长度的一半。斗、支渠的计算长度为分水口至轮灌组中点的距离。

（1）计算农渠田间净流：

（2）计算农渠净流量：

（3）计算农渠、斗渠、支渠设计流量：

2.2 计算其它各条支渠设计流量

2.3 推算干渠设计流量

3 实例分析

宁南山区原州区上店子水库灌区位于冬至河上游距固原市区25km，涉及6个行政村，0.90万人，该灌区分为干斗农三级渠道，由南北两条干渠，设计总灌溉面积1.0万亩。

北干渠控制灌溉面积0.7万亩，长6.6km，共规划布置斗渠17条21.94km，农渠69条18.47km。共划分为4个轮灌组。

本次选用具有代表性的上店子水库北干渠第三轮灌组为典型区。项目区种植结构基本相同灌区实行小麦、玉米轮作，设计灌水模数=0.6[(m3/s)/万亩]，土质为轻度粘壤土。现结合上述方法进行干支渠设计流量计算。

3.1 典型区基本情况

典型区为上店子北干渠第三轮灌组，自北干渠4+540开口，终于干渠5+220，控制斗渠及分斗渠4条，长6.60km，农渠13条，灌溉面积1270亩。各斗农渠灌溉面积及控制农渠见表1。

表1 典型区基本情况一览表

3.2 典型区设计流量计算

根据轮灌组划分情况自上而下逐级分配末级续灌渠道的田间净流量，再自下而上逐级计入输水损失水量，推算各级渠道的设计流量。

（1）北干渠设计流量。北干渠进行续灌，各斗农渠进行轮灌。

式中：Q设——北干渠设计流量（m3/s）；

q设——设计灌水率（m3/s.万亩）；

A——北干渠控制灌溉面积（万亩），北干渠设计总灌溉面积1.0万亩；

（2）农渠流量计算。根据田间工程规划布置原则，农渠长400～1500m,单向灌溉。基本田块0.18亩，田块规格25m×4m，田间高差控制在5cm以下，入畦单宽流量 3～6L/s，考虑到田间畦长比较小，入畦单宽流量取3L/s，每个畦口流量为0.012 m3/s，农渠流量按同时给3个畦口放水设计。

式中ηs——农渠至田间的灌溉水利用系数，取0.93。

（3）斗渠设计流量。斗渠设计流量计算按照该渠道同时工作的农渠条数和渠道水利用系数计算：

式中：Q农毛—农渠毛流量（m3/s）；

ηs—斗渠灌溉水利用系数，取0.86 ；

n —该渠道同时工作的农渠条数。

该轮灌组斗渠流量计算成果见表2。

表2 斗渠设计流量计算表

根据轮灌组推求干渠各段的设计流量：

式中：Qg——渠道的毛流量（m3/s）；

Qn——渠道的净流量（m3/s）；

σ——每公里渠道损失的水量与净流量比值；

表3 土壤透水参数表

灌区土壤为轻粘壤土，从表3中可以查出相应的土壤透水性参数：A =2.65，m =0.4。

16斗～17斗渠段的设计流量，应首先计算17斗渠设计流量，其次再计算16斗～17斗渠段的干渠设计流量。

表4 北干渠道设计流量统计表

北干渠复核流量 0.63m3/s小于设计流量0.65m3/s，由此证明北干渠设计流量大小符合灌溉要求。

4 结 语

合理确定渠道的设计流量，直接关系到灌区渠道良性运行，发挥灌溉效益的基础，节约工程规模和投资，便于运行管理，有效避免灌溉过程中因水量小、沿程损失过大，渠系水利用系数过低的问题，它是提高灌区灌溉用水量和作物产量的必要条件，只有反复试算优化设计方案，选择合理参数及断面型式，才能计算适合当地灌溉条件渠道流量，进而实现农业增产、农民增收，灌区水资源的优化配置。

[1]灌溉与排水工程设计规范（GB50288—99）[P]

[2]节水灌溉技术规范（SL207-98）

[3]李代鑫.最新农田水利规划设计手册.中国水利水电出版社,2006.4

[4]宁夏回族自治区农田水利配套工程图册（2009.3）