工程状况与管理水平影响的渠系水利用效率指标体系的构建

翁 浛

(潮州市凤溪水库管理处，广东 潮州 521000)

0 引 言

渠系水利用效率指标体系在我国水利工程中发挥着重要作用，可以较好反映工程状况与管理水平对灌区水利用效率的影响，是衡量渠系输水效率的重要指标。因此，众多学者对水利用效率指标体系开展研究，并取得一系列成果。

周玉琴等[1]以石门水库灌区为研究对象，采用“考斯加科夫渠道渗漏经验公式法”计算渠道渗水量，分析不同衬砌情况下的渠系水利用效率。结果表明，衬砌结构对渠系水利用效率较大，即未采取衬砌措施的渠系水利用效率仅为0.6，而全部采取混凝土衬砌措施的渠系水利用效率可达到0.97。杨新民等[2]以内蒙古乌拉特灌区为例，基于M.G.BOS灌溉效率计算标准，采用“连乘法”分析计算渠系水利用效率，并结合灌溉排水渠系统设计规范，提出了一套适合乌拉特灌区的渠系水利用效率分析计算方法。熊佳[3]分析现有灌溉水利用效率指标的不足，对现有灌溉水利用效率系数进行科学的定义与评价，并对其适用范围进行了探讨研究。贾皓翔[4]以大连朱家隈子水库灌区为例，选取代表性的干渠、支渠、斗渠及农渠进行上下断面流量监测，实测朱家隈子水库灌区干渠渠系水利用系数为0.9、灌区渠系水利用系数为0.58，计算结果可为相关部门在灌溉期时提供参考。申军等[5]基于Horton定律，对托克托县麻地壕灌区渠系配水效率进行了分析计算，通过对麻地壕灌区现有工程状况进行评价，指出该灌区分支比不合理，影响了现有渠系配水效率。根据分析计算结果，为提高麻地壕灌区渠系水利用效率提出有效的建议及措施，即对支渠和斗渠进行改造，增加支渠和斗渠长度，减小支渠和斗渠的数量，以此来提高渠系水配水效率。王娜等[6]以绥中县王石灌区为例，采用动水法对渠道输水损失量进行分析，并对比分析不同衬砌形式及不同防渗措施下的输水损失率。结果表明，混凝土衬砌渠道输水损失量与未衬砌渠道输水损失量相差10倍之多。因此，提高工程质量、改善衬砌形式可以极大减少渠道输水损失量，从而提高水利用效率。

基于前人研究成果，本文以渠道输水效率Eca、渠系输水效率Ec、渠系配水效率Ed以及渠系水利用效率Ecs为主要指标，构建渠系水利用效率指标体系，分别给出其定义及计算方法，并通过实例分析研究4个系数指标对灌溉区水利用效率的影响。

1 渠系水利用效率指标体系的组成

本文构建的渠系水利用效率指标体系主要由以下4个系数组成：渠道输水效率Eca、渠系输水效率Ec、渠系配水效率Ed以及渠系水利用效率Ecs。4个系数可以较好地反映工程状况和管理水平对渠系水利用效率指标的影响。

1.1 渠道输水效率

将渠道净水量与毛水量之比定义为渠道输水效率，亦称渠道水利用系数Eca，主要反映渠道工程状况对渠系水利用效率的影响。公式如下：

(1)

式中：Eca为渠道水利用系数，无量纲单位；Q净为水渠净水量，m3；Q毛为水渠总流量，m3。其中，水渠总流量扣除水在渠道中渗透流失的部分水量即为水渠净水量。

由式(1)可以看出，渠道水输水效率受渠道中渗透流失的部分水量影响较大，而这部分损失的水量主要取决于渠床下部土质、施工质量、工程老化程度以及防渗措施等工程状况好坏。常采用动水法或静水法测得渠道输水效率。

1.2 渠系输水效率

渠系输水效率Ec定义为灌溉流出渠道水量与引入渠系总水量之比，其主要反映灌区水利用效率的情况。公式如下：

(2)

其中：W引为灌溉期间全部流入渠系的总水量，m3；W出为灌溉期间流出渠系的总水量，m3。

除灌溉时流出渠系总水量外，灌溉期间产生的退水量也一并计入W出。这部分退水量也是通过渠系分配出的水量，因此不可归为因工程状况而产生的损失水量一类。理论上，测得灌溉期间渠系引水总量及渠系流出总水量即可计算出渠系输水效率Ec。但对于末端存在众多出水口的灌区，W出指标难以一一测得。实际操作中，通过工程状况相近的同级渠道推算各段渠道的渠系输水效率，最后通过系数连乘法计算出渠系输水效率。

1.3 渠系配水效率

渠系水配水效率Ed反映了管理水平对水利用效率的影响。其定义为渠系水实际流入田间的总水量与渠系流出总水量之比，公式如下：

(3)

式中：W田为灌溉期间渠系水流入田间的总水量，m3。

灌溉期间，根据田间水量需求，通过渠系调配水管理，合理控制分水渠道出水量，尽可能保证调配水量与实际需求量一致。因此，渠系配水效率受管理水平影响较大。实际工作中，会存在各种因素影响导致调配水量多于田间需求水量，如需水信息采集不及时、越级渠道输水等，继而形成退水。这部分水量并非由工程状况导致，而是由于管理水平不高导致，提高管理水平可提高渠系配水效率。实际运用中，Ed通过Ec和Ecs间接推算得到。

1.4 渠系水利用效率

渠系水利用效率Ecs，即灌溉期间，渠系流入田间总水量与渠系引水总水量之比，其主要反映了渠系工程状况和管理水平对水利用效率的影响。公式如下：

(4)

同时，由式(2)、式(3)可推导出式(5)：

Ecs=Ec×Ed

(5)

即渠系水利用效率Ecs还可定义为渠系输水效率与渠系配水效率的乘积。其可通过首尾测算法直接计算得到。

2 工程概况

本文以潮州市辖区范围内的3个灌区为例，计算受工程状况和管理水平影响的渠系水利用效率4个主要指标。其中3个灌区基本情况见表1。

表1 灌区基本情况

3 结果分析

3.1 渠系水利用效率指标

1) 渠道输水效率Eca。以岗山水库灌区为例，采用静水法，实测该灌区7条水渠每延米渠道输水效率，测试结果见表2。

2) 渠系输水效率Ec。首先采用静水法，测得全市灌区渠道的渗水特性，建立不同工程状况不同级渠道的每延米输水效率与水流量的关系。基于此关系，通过系数连乘法推算出该灌区渠系输水效率，见表3。以岗山水库灌区为例，经综合分析，渠系输水效率为0.73。

3) 渠系配水效率Ed。依据式(5)直接计算得出，见表3。以岗山水库灌区为例，渠系输水效率计算结果为0.66。

4) 渠系水利用效率Ecs。基于潮州市灌溉水有效利用系数测算分析结果，采用首尾测算法直接计算得出，见表3。以岗山水库灌区为例，该渠系水利用效率为0.57。

表2 岗山水库灌区渠道输水效率测试结果

表3 3个灌区渠系水利用效率指标值

3.2 指标计算结果分析

图1-图3为不同灌区所有渠系水利用效率指标值计算结果变化趋势。

图1 各灌区渠系输水效率

图2 各灌区渠系配水效率

图3 各灌区渠系水利用效率

从表3及图1-图3可知：

1) 渠道输水效率受工程状况影响较大。以岗山水库灌区为例，混凝土浇筑渠道的输水效率优于土填方渠道。原因是混凝土浇筑的渠道防渗效果相较于其他渠道建设方法更好，渠道渗水损失流量更少。

2) 由表3中3个灌区渠系输水效率变化趋势可知，东兴村灌区>北关引韩灌区>岗山水库灌区。由表1灌区基本情况可知，灌区规模越小，其衬砌率越高，工程状况越好，因此其渠系水输水效率应越高。

3) 由表3可知，3个灌区渠系配水效率变化趋势为：岗山水库灌区>北关引韩灌区>东兴村灌区。渠系水配水效率反映管理水平对渠系水利用效率的影响，岗山水库渠系配水效率最高，客观上反映了该灌区管理水平很高。事实上，岗山水库灌区近年来，实施农业用水定额管理，在所有渠口安装计量装置，实现农业用水按量收费，这一举措极大促进了农业节水。相较于岗山水库灌区，北关引韩灌区未在所有支渠分水口安装计量装置，从管理水平上看，北关引韩灌区管理水平低于岗山灌区。因此，北关引韩灌区渠系水配水效率低于岗山水库灌区是合理的。东兴村灌区渠系水配水效率最低，灌区未设专业管理机构，而是由村级代管，水费由村集体支付。灌溉期间，常出现各别农户随意开渠灌溉等现象，产生的退水居多。因此，该灌区渠系水配水效率最低是比较合理的。

针对上述灌区渠系输水效率、配水效率情况，提出几点改进措施，以改进渠系水利用效率：①岗山水库灌区渠系输水效率低下，结合表1岗山水库灌区基本情况，反映了当前灌区工程状况较差，渠道衬砌率仅为40.5%。因此，后续可对该灌区进行改造，如完善渠道衬砌，提高衬砌率，减小渗水流量。②针对北关引韩灌区，应从改善工程状况和提高管理水平两方面入手，通过改造渠道衬砌、加强管理等措施，提高渠系水利用效率。③针对小规模一类的东兴村灌溉区，应重点加强用水管理，推行计量收费等措施，提高渠系配水效率。

4 结 论

本文通过4个系数即渠道输水效率Eca、渠系输水效率Ec、渠系配水效率Ed以及渠系水利用效率Ecs，构建了渠系水利用效率指标体系，并分别给出其定义及分计算方法。同时，以某灌区工程为例，分析该指标体系的评价效果。结论如下：

1) 渠道输水效率、渠系输水效率主要反映工程状况对渠系水利用效率的影响，而管理水平对渠系水利用效率的影响主要由渠系配水效率系数体现，最后由渠系水利用效率综合反映工程状况和管理水平对水利用效率的影响。

2) 该指标体系可满足不同灌区对渠系水利用效率的评价需求。