农田灌溉渠道渗漏损失的计算方法

魏天路　黄丙申　王树林

摘 要：渠道防渗损失是衡量灌渠输水效率的一个重要指标，输水损失的估算，对于评估渠道状况和输水利用水平具有积极意义。论述了对有防渗层渠道渗漏、无防渗层渠道渗漏两种情况下的输水渗漏损失计算方法，对于农田水利工程建设中，注重渠道防渗作用，并据此计算，适当采取科学合理的防渗技术措施，达到较好的经济和社会效益，具有很好的指导意义。

关键词：渠道防渗;渠道渗漏;无防渗层;有防渗层;计算方法

中图分类号：S277文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.11.001

确定农田灌溉渠道渗漏损失，最好的方法是进行现场实测，但那样往往需要花费一定的劳力和时间。因此在缺乏实测资料时，采用理论或经验公式计算，仍有一定的实际意义。计算渠道渗漏损失的公式很多，这里只介绍两种应用较广的公式，供参考。

1 无防渗层渠道的渗漏计算

可分别按自由渗漏及顶托渗漏两种情况计算渗漏损失。

1.1 自由渗漏情况下的渠道渗漏损失

1.1.1 放水初期

在渠道放水初期（即湿润土层阶段）渗漏损失可按下公式计算

St=0.0116Kt（b+2γ1h1+m2）（1）

式中 S_t—从渠道放水开始以后经过t时间的每公里渠长渗漏量（m3/s）;

K_t—t時间的土壤渗透系数（m/昼夜），可以从当地用同心环测渗法测出的Kt～t关系曲线中查得;

b—渠底宽度（m）;

h—渠道水深（m）;

m—渠道边坡系数;

γ₁—考虑渠坡侧向毛管渗吸的改正系数，γ₁≈1.1～1.4，毛细管作用强烈时应选用较大值。

1.1.2 行水时间较长时

当渠道行水时间较长（自由稳渗，即形成地下水峰阶段）时，按下公式计算

S=0.0116K（b+2γ1h1+m2）（2）

式中 S—每公里渠长渗漏量（m3/s）;

K—土壤渗漏系数（m/昼夜）;

其余符号意义同前。

S=0.0116K（B+Ah）（3）

式中 B—渠道水免宽度（m）;

A值决定于m与B/h值，见图1。

当考虑土壤毛细管渗吸影响时，对于大型渠道，式（3）中的h应为hv;对于小型渠道，式（3）中的A、h应分别为Av、hV

Av=f（Bhv），见图1

hv=h+（0.75～1.0）Hk

式中 Hk—毛细管水最大上升高度（m），见表1。

在缺乏渠道断面尺寸和土壤渗漏系数资料的情况下，如进行初步设计时，渠道的渗漏损失常用下列经验公式估算

S=A′100Q1-m′（4）

或

σ=SQ×100%=A′Qm′（5）

式中 A′—土壤透水系数;

m′—土壤透水程度指数;

Q、S、σ意义同前。

对不同地区，系数A′和指数m′应根据当地实测资料确定。陕西省水利科学研究所实测泾、洛、渭三灌区黄土渠道的A′与m′值见表2。

在缺乏实测资料时，可参考采用表3的数值。

在实践中，可利用实测资料确定公式（4）中的A′、m′值，将式（4）取对数得

lgS=（1-m′）lgQ+lgA′100（6）

根据实测资料，以流量为横坐标，每公里渠长的渗漏量为纵坐标，点绘在对数格纸上，即得出一条直线（如图2）。（6）式即相当于一个直线方程式

y=Mx+C（7）

当Q1=1 m3/s，lg Q1=0，图2中直线在纵坐标上的截距C即为lgS1，则S1=A′100;

从式（4）来看，当Q1=1 m3/s时，Q1-m′1=1，亦得S1=A′100Q1-m′1=A′100。

故A′=100S1，即为所求之透水系数。

又（6）式中（1-m′）相当于（7）式中的M为图2中直线的斜率M=tanα=ba=1-m′，故

m′=1-ba（8）

用直尺在对数格纸上量出a、b的实际长度，就可按（8）式算出透水指数m′。

1.2 顶托渗漏情况下的渠道渗漏损失

如果地下水位较高，渠道渗漏受地下水顶托影响时，则实际渗漏量将比用上述公式计算的结果要小。这种情况下的渗漏损失，目前虽有不少公式计算的结果，但算式较繁琐，实际工作中很少采用。一般可按上述自由渗漏公式的计算结果，再乘一个校正指数求得，即

S顶=γ2S（9）

式中 S—自由渗漏情况下，每公里渠长的渗漏量（m3/s）;

S顶—有地下水顶托情况下，每公里渠长的渗漏量（m3/s）;

γ2—较正系数，根据渠道通过的流量及底下水位决定，具体数值见表4

2 有防渗层渠道渗漏的计算

渠道采用防渗措施后，其渗漏损失量最好根据现场实测资料确定。如无实测资料时，可按照下式估算

S防=βS（10）

式中 S防—有防渗层渠道每公里渠长的渗漏量（m3/s）;

S—无防渗层渠道每公里渠长的渗漏量（m3/s）;

β—渗漏量的折减系数，β+α=1，α为防渗效果。

对于有土质防渗层（土料夯实层果挂淤层）的渠道，渗漏损失尚可按下列公式计算

h防=0.0116K1[λ+δ2+Hkδ2b+2h1+m20.5λ+δ1+Hkδ1]（11）

式中 K1—防渗层的渗透系数（m/昼夜），根据实测资料确定;

δ1—渠坡防渗厚度（m）;

δ2—渠底防渗厚度（m）;

其余符號意义同前。

但地下水位在渠道下深度小于2倍原土壤毛细管水最大上升高度时，式（11）中的Hk应等于零。

S防=0.0116K1[2hsinθ（h2δ1+cosθ）+（hδ2+1）b]（12）

式中 θ—边坡与水平面的夹角（°）;

其余符号意义同前。

S防=0.0116K（B+Ah）1+AδB（KK1-1）=β1S（13）

β1=11+AδB（KK1-1）（14）

式中 β1—渗漏量的折减系数;

δ—防渗层的厚度（m）;

A—系数;

B—渠道水面宽度（m）;

K—渠床土壤渗漏系数（m/昼夜）;

K1—防渗层渗漏系数（m/昼夜）;

其余符号意义同前。

当K1=K或δ=0时，β1=1，则S防=S，即相当于没有防渗层的渗漏量;

当K10时，β1必然大于1;

当δ=BA时，β1=K1K，则S防=0.0116K1（B+Ah），即当渗漏层厚度增至BA以后，渗漏量损失不会再减少，所以，公式13的适用条件是δ

对于防渗效果不够好，渗流在防渗层下是连续的渠道，渗漏量用公式（13）计算;对于防渗效果较好，防渗层下的渗漏不连续的渠道，其渗流量用公式（11）（12）进行计算。

以上两种计算农田灌溉渠道的渗水方法，在我们实际工作中还是比较简洁实用的。

参考文献：

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[6]雷声隆，罗强.防渗渠道输水损失的估算[J].灌溉排水学报，2003，22（3）：7-10.

[7]门宝辉.渠道流量损失及水利用系数公式的探讨[J].中国农村水利水电，2000（2）：33-34.

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基金项目：蚌埠学院高层次人才科研启动资助项目，项目编号：BBXY2019KYQD01

作者简介：魏天路（1970-），男，辽宁昌图人，教授，工程硕士，主要从事农业机械装备科研工作，E-mail：wtltong@163.com。