对灌区灌溉水利用系数测算的几点思考

桂显歌

（陕西省泾惠渠管理局 陕西 三原 713800）

1 泾惠渠灌区概况

泾惠渠灌区是陕西省五大灌区之一。灌区北靠黄土台塬，西、南、东三面有泾河、渭河、石川河环绕，灌区东西长约70km，南北宽约20km，总面积1180km2。灌区海拔高度为350m～450m，地势平坦，灌区属大陆性半干旱地区，多年平均降水量538mm，年蒸发量1212mm，多年平均气温13.4℃，无霜期232天。

泾惠渠灌区自1922年筹备建设以来，灌区渠系工程经过多次改善和扩建，已具有一定规模，渠系布设趋于合理，方田建设初步形成，工程、灌溉管理水平正逐步提高。灌区现有总干渠一条，设计流量为46m3/s，加大流量为50m3/s。总干渠以下分为南干、北干、南一干、南二干，这五条干渠总长80.6km，衬砌67.1km，衬砌率83%。灌区现有支渠、分支渠19条，长299.8km，衬砌90.2km，衬砌率30%。泾惠灌区总人口118.04万人，其中农业人口99.1万人，人均耕地面积1.38亩，人均水地1.27亩。

2 影响灌溉水利用系数的主要因素

2.1 灌区灌溉水利用系数的意义

灌溉水利用系数是指从水库、河流引来或提取的地表水，或用水泵从井内提取的地下水，通过采用必要的工程技术措施，引水到田间被作物吸收利用的程度。亦指在一次灌水期间被农作物利用的净水量与水源渠首处总引进水量的比值。灌溉水从水源引入到田间，被作物吸收利用，在这个过程中的水量损失，可分解成渠系输水损失和田间灌水损失两部分。相应地灌溉水利用系数可分解为渠系水利用系数和田间水利用系数两部分。本文主要针对渠系水利用系数的测定和影响展开分析。

2.2 影响灌溉水利用系数的因素

通过分析灌溉数据可以看出，影响渠系水利用系数的主要因素有：渠道流量的大小、断面尺寸和边壁条件、管护状况和的持续时间等。行水过程中的渗水损失包括各级输水渠道通过渠底、边坡土壤空隙渗漏掉的水量和田间深层渗漏掉的水量；其次是行水过程中的漏水损失，包括由于地质条件、生物作用或施工不良而形成漏缝损失的水量，或因管理不善、工程失修、建筑物漏水等原因造成的水量损失，这是应该在施工、管理中加以避免的。另外，行水过程中的蒸发损失，沿渠道水面蒸发掉的水量，可根据水面蒸发资料及渠道总水面积近似求得，这一部分损失量很小，一般可以忽略不计。

3 灌区渠系水利用系数的传统测定法

传统的测定方法包括静水测定和动水测定两种。

3.1 静水测定法

选择一段具有代表性的渠段，长度50m～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。根据水位变化即可计算出损失水量和渠系水利用系数。最终，该级渠道的渠道水利用系数应以同级各条渠道实测的正常流量值与各条渠道的渠道水利用系数进行加权平均求取。静水测定法施行简单，但误差较大。

3.2 动水测定法

动水测定法使用时，要求中间无支流，其长度还应满足以下要求：①流量小于1m3/s时，渠道长不小于1km；②流量为1m3/s～10m3/s时，渠道长不小于3km；③流量为10m3/s～30m3/s时，渠道长不小于5km；④流量大于30m3/s，则长度应不小于10km。具体测定方法：即观测上、下游两个断面同时段的流量，流量差值即为损失水量。该方法在灌区实际运行条件下施测，数据接近实际，且简单容易，是目前运用最广泛的方法之一。

4 区灌溉水利用系数测定方法

当前灌区在计算灌溉水利用系数时，一般将各级渠系水利用系数与田间水利用系数连乘，该方法不仅容易造成渠系水利用系数误差的累计，而且越级时会出现较大的误差。

4.1 首尾测定法

此种方法建立在灌区进行灌溉试验的基础上，在计算时不必测定灌溉输水、配水和灌水过程中的损失，而直接测定灌区渠首引进的水量和最终贮存到作物计划湿润层的水量（即净灌水定额），从而求得灌溉水利用系数。此种计算方法只是单纯为了确定灌区的灌溉水利用系数，不能分别反映渠系输水损失和田间水利用的情况。为了能够反映灌区灌溉水利用的整体情况，计算分析时段以测算分析年的日历年为准，即每年1月1日至12月31日；对于跨年度的作物则应分段计算（以下同），合理确定测算分析年该作物净灌溉用水量，此种计算方法在灌区更新改造后的八支渠三分支渠道水利用系数测定时用过。

4.2 典型渠道测定法。

4.2.1 损失水量测量

时段内的损失水量W损失为：

W损失=W首-W尾-ΣWi±ΔW渠

式中，W首——测量时段内典型渠道（渠段）首部测量断面的累计水量；

W尾——测量时段内典型渠道（渠段）尾部测量断面的累计水量；

ΣWi——测量时段内正常运行的下级渠道测量断面的累计水量；

ΔW渠—测量始末典型渠道（渠段）蓄水量的变化，增加的情况取“－”号，减少的情况取“＋”号。要求水位、流量在测量时段内基本恒定，渠段首部、分水口及渠段尾部同时测量。

4.2.2 典型渠段的输水损失率

δ典段＝W损失／W首

实际渠道不论是按续灌方式运行还是按轮灌方式运行，都是在分水情况下运行，流量自渠首至渠尾逐渐减小，单位长度的损失水量也相应减少，故由典型渠段的输水损失率计算实际渠道单位长度输水损失率时，必须进行修正换算。

4.2.3 渠道单位长度的输水损失率

σ渠道＝∑σ典渠道i·L典渠段i/∑Li某级渠道的输水损失率为：

δ渠=σ渠道L渠

式中，L渠——该级渠道的平均长度，km，即该级渠道的总长度除总条数。

某级渠道的水利用系数为：η=1-δ渠

式中，η田间——田间水利用系数；

m——设计净灌水定额，m3/亩；

A——农渠控制的实灌面积，亩；

W——一次灌溉农渠放出的总水量，m3。

灌溉水利用系数为：η水=ηη田间。

在典型渠道选择上，选择灌区上游一支渠2斗、中游四支15斗和下游八支一分支12斗分别进行计算，其计算数值与这三条渠道多年灌溉资料对比，基本接近。

4.3 越级输水的修正

实际工程中，越级渠道很普遍，越一级、二级甚至三级的都很常见，例如总干渠上直接连接斗渠的，如不考虑其影响，则过低地估计了渠系水利用系数，应进行修正。因此，将其因素考虑在内，利用控制面积进行加权平均计算灌溉水利用系数，使计算结果更加符合实际。

5 提高灌溉水利用系数的几点建议

（1）合理确定干支渠的配水形式。渠系水利用系数随着渠首流量的增加而增大。经过测算，当渠首流量在7.5m3/s时，水利用系数保持在0.6以上，随着流量的减小而迅速降低。从提高水的利用率和合理配水考虑，当渠首流于大于7.5m3/s，实行续灌，各干支渠同时按比例用水；当流量为5m3/s～7.5m3/s，干支渠分两组轮灌；小于5m3/s时，分三组轮灌。根据灌溉数据显示：集中轮灌比发散用水的水利用系数可提高2%～5%，干支渠和斗渠以下，应合理划分轮灌组，使用水段适当集中。

（2）合理确定斗渠放水流量。斗渠流量增加到一定程度，水的利用系数趋于稳定，所以在不引起渠系水量调配困难和田间用水安排困难的前提下，斗渠流量应该适当集中，以提高斗渠水利用系数，一般斗渠流量大小应以能够达到或超过计划灌溉效率为宜。据灌区多年灌溉资料分析，大型斗渠合理的放水流量应该在250L/s～400L/s，中型斗渠150L/s～300 L/s，小型斗渠100L/s～200L/s。

（3）恰当安排斗渠行水时间的长短。安排斗渠一次行水时间，既要考虑水利用率，又要考虑斗渠都能引入一些灌溉适时水，冬春灌比夏灌用水缓和，斗渠一次行水时间不宜长，以提高水的利用系数；夏灌斗渠一次行水时间不宜短，以保证均衡受益。

（4）加强渠道改造与管护，减少渗漏。对渠道进行衬砌，改善渠系，缩短渠线，减少输水损失，加强渠道养护，保持断面标准，加强工程措施，才是提高水利用系数的关键。

6 结论

若只是单纯为了确定灌溉水利用系数，可采用首尾测定法；要系统地掌握灌区灌溉水利用情况，以便更科学地进行灌区节水改造等工作，则可利用典型渠段测量法进行测定计算，并对渠道越级输水及布置形式等进行修正，然后利用首尾测定法进行校核。若灌区财力、人力许可，或自动化程度很高，各测量点的参数信息能够及时得到采集时，可利用传统测量方法。