汾河灌区节水改造对灌溉水利用系数影响分析

闫晓亮

(山西汾河灌溉管理有限公司，山西 祁县 030900)

汾河灌区最早建于1954年，灌区范围北起太原市北郊上兰村，纵跨太原、吕梁、晋中等地区，南至晋中介休洪相村，西迄磁窑河、东至南同蒲铁路，长约140 km，东西宽约20 km，设计灌溉面积约150万亩，汾河灌区除了承担基本的农业灌溉、河道防洪任务外还承担着向太原城区景观水域及工业供水的任务。

汾河灌区以内的汾东、汾西灌区相对比较独立，灌区内有干渠分别为东、西干渠共2条；支渠共11条，干支全长238.4 km；斗渠共230条，全长340 km，设计灌溉面积分别约为32万亩、52.2万亩。节水改造前，汾河灌区灌溉水利用系数仅有0.413，因汾河灌区运行时间长，失修老化严重且缺乏一定的工程维修养护资金，导致汾河灌区水利用率低，渠道输水损耗较大，渠系建筑物缺乏一定的完整性。因此，如何减小损耗，大幅提高灌区渠道输水效率以及灌溉水利用系数，才能更好的节约水资源就成了汾河灌区节水改造工程的当务之急。从1999年～2016年，汾河灌区节水改造工程项目实施基本完成后，使得汾河灌区干支防渗总长度的占比提高了约30%。为能够准确、有效地将节水改造后渠道灌溉水利用系数测算出来，特别选取具有典型断面的渠道进行实际测算。

1 测算方法的选择

在对测算方法的选用上，要结合灌区的实际情况进行选择，才能准确测算出灌溉水利用系数，目前采用的测算方法有典型渠段测量法、首尾测定法、综合测定法等。通过对三种测定方法的比选，首尾测定法适用于各种渠系且工作量较小，减轻了人力物力的负担，但首尾测定法测算的数据只能片面的表示灌溉水利用系数，无法分别对渠道及田间水利用系数做出分析；典型渠段测量法虽然工作量大且对灌区人力财力的要求较高，但是可以更为系统且直观地了解到灌溉水利用系数及渠系水、田间水的利用情况，测算结果与实际更为相符，因此选择后者测算方法进行测算。

2 测量过程

2.1 测点选取

为使灌溉水利用系数测定的数据更加可靠真实，在测量点的选取上一定要选择具有典型代表的渠道；选择测流断面时，断面应垂直于河段的水流方向且渠道顺直、无泡漩或回流以及下游无壅水的地方，断面应具有一定的稳定性。

2.2 测量工具的选择及注意事项

测量时使用流速仪并辅以量水建筑物进行测量，测量前应对流速仪的设备完整性(主机、备用零件、工具附件)进行检查；对流速仪灵敏度、信号进行测试；安装过程中流速仪的重要部位不得发生碰撞；流速仪在使用完应及时用清水清洗干净并擦干后，在流速仪的顶针、顶窝、旋轴等部位适当涂油后才能装回仪器箱，以免生锈；在测量过程中，流速仪的测流范围应小于仪器本身最大测流范围。测量前还应对水尺和量水建筑物进行检查和校正，如发现有破损的地方应在测量前进行修复；测量开始前认真检查典型断面所在的测量渠道，对可能影响测量结果准确性的一些石块、淤积物等应及时清除掉，使过流断面连续和畅通；在测量过程中上下游闸门不得随意起闭。

2.3 测量数据记录

1)在测流断面进行测量时，应把测流断面的形状、尺寸记录下来，在进行流量、流速及水深测量的过程中，测杆为了要始终垂直于水面，测杆前往往会出现壅水，水深读数会有一定的误差，所以要对读数的误差进行修正，即用观测水深减去壅水高度；在水流冲击的作用下，测杆往往向下游偏斜，因此，偏角<10°时，无需修正；偏角>10°时，需要进行修正。

2)应尽量避开在大风天气及上游来水不稳等情况下进行测量，在风浪作用下进行观测时，水深应取最低水位与最高水位的平均值。

3)测量过程中，数据记录的书写一定要整洁、规范、准确，不得随意划改原始记录，测量完毕后要妥善保存测量资料。

4)此次是在灌区灌溉生产时进行测量的，为提高测量效率，选取代表性渠道以采抽样检测的方法进行测量。

2.4 特殊情况说明

测量渠道中有城市景观或农业退水口出水时，水量不应计入典型断面首部累计水量；渠道正常范围内的一些渗漏损失应计入其中。

3 渠系水利用系数

3.1 典型渠段水利用系数

在计算某一级渠道水利用系数前，先把典型渠段水利用系数测出，通过典型渠段水利用系数作为基数再求得某一级渠道水利用系数。典型渠段有静水和动水测定法两种测量渠段水利用系数的方法，其中为了使测算结果更加贴近灌区灌溉实际生产情况，选用动水测定法进行测定。

典型渠段输水损失率：

δ典渠段=W段损/W段首

式中：W段损为典型渠段长度上的损失水量，m3；W段首为典型渠段段首总引水量，m3。

典型渠段水利用率：

η典渠段=1-δ典渠段

3.2 渠道水利用系数

单位长度渠道上的输水损失率：

各级渠道的输水损失率：

δ渠道=σ渠道×L渠道

式中：δ渠道为各级渠道的输水损失率；σ渠道为单位长度渠道上的输水损失率；L渠道为各级渠道的实际长度，m。

各级渠道水利用系数：

η渠道=1-δ渠道

3.3 渠系水利用系数计算过程

η渠系=η干渠×η支渠×η斗渠×η农渠

式中：η干渠为干渠渠道水利用系数；η支渠为支渠渠道水利用系数；η斗渠为斗渠渠道水利用系数；η农渠为农渠渠道水利用系数。

渠系水利用系数见表1。

表1 渠系水利用系数计算 单位：水量，万m3；长度，km

4 田间水利用系数

4.1 田间水利用系数的测算方法

利用实测法测算时，需要将测算选取的代表性灌溉田块在灌溉前后3d以内的土壤含水量变化情况测算出来，而且实测法的计算过程相对较为严格，对测算数据的精确度要求较高，但在实际操作过程中，由于测算是在灌溉生产中进行的，各代表性田块的灌溉程度未能达到一致，土壤含水量采样过程工作量大且较为繁琐，因此用计算法进行测算更贴近灌溉的实际生产。

4.2 田间水利用系数计算过程

式中：η田间为代表性田块的田间水利用系数；mj为第j种作物的净灌水定额，m3/亩；Aj为第j种作物的实灌面积，万亩；W为灌溉时斗渠渠首总引水量，万m3。

田间水利用系数见表2。

表2 田间水利用系数计算 单位：灌水定额，m3/亩；面积，万亩；水量，万m3

5 灌溉水利用系数计算

η灌溉=Wj/W0=η渠系×η田间

式中：Wj为灌溉时能被农作物利用的净水量，m3；W0为灌溉时渠首引入的总水量，m3；η渠系为渠系水利用系数；η田间为田间水利用系数。

由于测量是在灌区灌溉生产时进行的，因此在测算过程中以水量作为测算的基础。

η灌溉=η渠系×η田间=η干渠×η支渠×η斗渠×η田间=0.92×0.90×0.836×0.902=0.624

6 结语

通过对汾河灌区灌溉水利用系数的分析计算，可以得出灌溉水利用系数由原来的0.413提高到了0.624，极大地减少了水量损失，节水改造工程的实施也保证了灌区渠系建筑物的完整性，由此可以看出汾河灌区经过节水改造工程实施以后的节水效果非常明显。虽然灌溉水利用系数和节水改造工程实施以前相比有所提高，但从整体来说汾河灌区依然有着很大的节水空间，节水优先也将成为汾河灌区在日后灌溉工作当中的中心思想。只有将“节水优先”的思想始终贯穿于汾河灌区的灌溉工作中，才能为灌区的农业、生态、经济建设发展提供有力的保障。