寧南山區(qū)水庫(kù)灌區(qū)灌溉渠道設(shè)計(jì)流量計(jì)算與復(fù)核

張軍明

（原州區(qū)水務(wù)局，寧夏固原 756000）

寧南山區(qū)近年來(lái)改造完成了中小型水庫(kù) 147座，總庫(kù)容7.9億m3,有效庫(kù)容1.63億m3,正常蓄水5600萬(wàn)m3。水庫(kù)灌區(qū)重點(diǎn)分布在清水河、涇河、祖厲河和葫蘆河流域，現(xiàn)有水庫(kù)灌區(qū)147處，灌溉面積64.6萬(wàn)畝，2008年以來(lái)相繼完成原州區(qū)沈家河、冬至河、隆德縣三里店及彭陽(yáng)店洼等 15處中小型水庫(kù)灌區(qū)的田間改造配套項(xiàng)目，砌護(hù)田間渠道536km,建筑物17253座，灌溉面積達(dá)16.3萬(wàn)畝，占全水庫(kù)灌區(qū)灌溉面積的25%。

該灌區(qū)水土資源條件好，是糧食生產(chǎn)的主要基地。然而，小農(nóng)水項(xiàng)目重點(diǎn)改造配套了田間工程，灌區(qū)內(nèi)的骨干水利工程始建于20世紀(jì)60、70年代，經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，渠道老化、損壞、淤積、失修現(xiàn)象嚴(yán)重，造成渠道輸水功能衰減，水資源利用率低，目前灌溉水利用系數(shù)僅為0.40。根據(jù)特殊地形部分水庫(kù)干渠沿旁山渠道布置，起到灌溉和排洪作用，改造水庫(kù)灌區(qū)骨干工程勢(shì)在必行，直接關(guān)系到當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展，所以迫切需要進(jìn)行灌區(qū)改造和很好發(fā)揮灌溉效益。

灌溉渠道系統(tǒng)規(guī)劃是水庫(kù)灌區(qū)規(guī)劃重要組成部分，而灌溉渠道的設(shè)計(jì)則是渠系規(guī)劃的重點(diǎn)。它包括渠道的流量設(shè)計(jì)、縱橫斷面設(shè)計(jì)以及建筑物設(shè)計(jì)等。

灌溉渠道的布置主要取決于地形條件。在山區(qū)、丘陵區(qū)灌區(qū)的干支渠一般采取“長(zhǎng)藤結(jié)瓜”式灌溉系統(tǒng)，具體有沿等高線布置和沿分水嶺布置兩種方式。在平原地區(qū)，干渠多沿等高線布置，支渠一般垂直于等高線布置。

1 灌溉系統(tǒng)規(guī)劃

1.1 渠道的設(shè)計(jì)流量

在灌溉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下為滿足灌溉要求而要求的最大流量。一般用Q表示。單位為m3/s。或正常條件下渠道需要通過(guò)的最大流量，因此設(shè)計(jì)流量也叫正常流量。主要作用：確定渠道設(shè)計(jì)斷面、建筑物規(guī)模和尺寸的主要依據(jù)。

1.2 渠道輸水損失的估算

渠道在灌溉輸水過(guò)程中發(fā)生的滲漏、水面蒸發(fā)而沿途損失掉的那部分水量。這部分流量損失即為渠道的輸水損失。渠道滲漏是造成輸水損失的主要原因，水面蒸發(fā)損失較少，可忽略不計(jì)。影響渠道輸水損失的因素有：土壤性質(zhì)、地下水位狀況和渠道施工質(zhì)量等。

自由滲流情況下的滲水損失估算方法。

式中：每公里長(zhǎng)渠道滲水損失占凈流量的百分?jǐn)?shù)。A、m為土壤滲水系數(shù)和滲水指數(shù)。

令s為每公里滲水損失，則：

式中：L——渠道長(zhǎng)度（km)。

1.3 渠道的工作制度

是指渠道的輸水工作方式，分為輪灌和續(xù)灌。

輪灌：同級(jí)渠道分組依次輪流灌溉。

續(xù)灌：上級(jí)渠同時(shí)向其下級(jí)分水灌溉，稱各下級(jí)渠續(xù)灌。

圖1

輪灌的優(yōu)點(diǎn)：輸水時(shí)間短，輸水損失小。缺點(diǎn)：渠道斷面大，工程量大。

續(xù)灌的優(yōu)點(diǎn)：工程量小。缺點(diǎn)：輸水損失大一般干、支渠續(xù)灌，斗、農(nóng)渠輪灌。

1.4 主要參數(shù)

渠系（道）水利用系數(shù)：灌溉渠系（道）毛流量和凈流量的比值。

灌溉水利用系數(shù)：實(shí)際灌入農(nóng)田的有效水量和渠道引入水量的比值。

灌水定額：?jiǎn)挝还喔让娣e上的一次灌水量或灌水深度。

灌水模數(shù)：也稱為灌水率，系單位灌溉面積需要的灌溉凈流量。

田間水利用系數(shù)：田間水利用系數(shù)是實(shí)際灌入田間的有效水量和末級(jí)渠道放水量的比值。

⑴ 渠道水利用系數(shù)。反映某一渠道的水的利用率。（由各級(jí)渠道組成的渠系可以用渠系水利用系數(shù)來(lái)描述其水的利用率。）

⑵ 渠系水利用系數(shù)。渠系由干、支、斗、農(nóng)四級(jí)固定渠道組成。毛渠是臨時(shí)渠道，屬田間渠系，或田間工程，渠系的凈流量為同時(shí)工作的農(nóng)渠凈流量之和；渠系的毛流量為干渠的毛流量。反映渠系的水的利用效率。

⑶ 田間水利用系數(shù)。是指田間渠系，由毛渠、灌水溝、畦等組成 。一般η田=0.90～0.98。

⑷ 灌溉水利用系數(shù)。是反映整個(gè)灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)。

2 推算各級(jí)渠道設(shè)計(jì)流量

以圖2渠系為例說(shuō)明。

圖2

2.1 選擇典型支渠

選三支為典型支渠。（為簡(jiǎn)化計(jì)算，便于推算其它各支流量）

農(nóng)渠的計(jì)算長(zhǎng)度是實(shí)際長(zhǎng)度的一半。斗、支渠的計(jì)算長(zhǎng)度為分水口至輪灌組中點(diǎn)的距離。

（1）計(jì)算農(nóng)渠田間凈流：

（2）計(jì)算農(nóng)渠凈流量：

（3）計(jì)算農(nóng)渠、斗渠、支渠設(shè)計(jì)流量：

2.2 計(jì)算其它各條支渠設(shè)計(jì)流量

2.3 推算干渠設(shè)計(jì)流量

3 實(shí)例分析

寧南山區(qū)原州區(qū)上店子水庫(kù)灌區(qū)位于冬至河上游距固原市區(qū)25km，涉及6個(gè)行政村，0.90萬(wàn)人，該灌區(qū)分為干斗農(nóng)三級(jí)渠道，由南北兩條干渠，設(shè)計(jì)總灌溉面積1.0萬(wàn)畝。

北干渠控制灌溉面積0.7萬(wàn)畝，長(zhǎng)6.6km，共規(guī)劃布置斗渠17條21.94km，農(nóng)渠69條18.47km。共劃分為4個(gè)輪灌組。

本次選用具有代表性的上店子水庫(kù)北干渠第三輪灌組為典型區(qū)。項(xiàng)目區(qū)種植結(jié)構(gòu)基本相同灌區(qū)實(shí)行小麥、玉米輪作，設(shè)計(jì)灌水模數(shù)=0.6[(m3/s)/萬(wàn)畝]，土質(zhì)為輕度粘壤土?，F(xiàn)結(jié)合上述方法進(jìn)行干支渠設(shè)計(jì)流量計(jì)算。

3.1 典型區(qū)基本情況

典型區(qū)為上店子北干渠第三輪灌組，自北干渠4+540開(kāi)口，終于干渠5+220，控制斗渠及分斗渠4條，長(zhǎng)6.60km，農(nóng)渠13條，灌溉面積1270畝。各斗農(nóng)渠灌溉面積及控制農(nóng)渠見(jiàn)表1。

表1 典型區(qū)基本情況一覽表

3.2 典型區(qū)設(shè)計(jì)流量計(jì)算

根據(jù)輪灌組劃分情況自上而下逐級(jí)分配末級(jí)續(xù)灌渠道的田間凈流量，再自下而上逐級(jí)計(jì)入輸水損失水量，推算各級(jí)渠道的設(shè)計(jì)流量。

（1）北干渠設(shè)計(jì)流量。北干渠進(jìn)行續(xù)灌，各斗農(nóng)渠進(jìn)行輪灌。

式中：Q設(shè)——北干渠設(shè)計(jì)流量（m3/s）；

q設(shè)——設(shè)計(jì)灌水率（m3/s.萬(wàn)畝）；

A——北干渠控制灌溉面積（萬(wàn)畝），北干渠設(shè)計(jì)總灌溉面積1.0萬(wàn)畝；

（2）農(nóng)渠流量計(jì)算。根據(jù)田間工程規(guī)劃布置原則，農(nóng)渠長(zhǎng)400～1500m,單向灌溉。基本田塊0.18畝，田塊規(guī)格25m×4m，田間高差控制在5cm以下，入畦單寬流量 3～6L/s，考慮到田間畦長(zhǎng)比較小，入畦單寬流量取3L/s，每個(gè)畦口流量為0.012 m3/s，農(nóng)渠流量按同時(shí)給3個(gè)畦口放水設(shè)計(jì)。

式中ηs——農(nóng)渠至田間的灌溉水利用系數(shù)，取0.93。

（3）斗渠設(shè)計(jì)流量。斗渠設(shè)計(jì)流量計(jì)算按照該渠道同時(shí)工作的農(nóng)渠條數(shù)和渠道水利用系數(shù)計(jì)算：

式中：Q農(nóng)毛—農(nóng)渠毛流量（m3/s）；

ηs—斗渠灌溉水利用系數(shù)，取0.86 ；

n —該渠道同時(shí)工作的農(nóng)渠條數(shù)。

該輪灌組斗渠流量計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 斗渠設(shè)計(jì)流量計(jì)算表

根據(jù)輪灌組推求干渠各段的設(shè)計(jì)流量：

式中：Qg——渠道的毛流量（m3/s）；

Qn——渠道的凈流量（m3/s）；

σ——每公里渠道損失的水量與凈流量比值；

表3 土壤透水參數(shù)表

灌區(qū)土壤為輕粘壤土，從表3中可以查出相應(yīng)的土壤透水性參數(shù)：A =2.65，m =0.4。

16斗～17斗渠段的設(shè)計(jì)流量，應(yīng)首先計(jì)算17斗渠設(shè)計(jì)流量，其次再計(jì)算16斗～17斗渠段的干渠設(shè)計(jì)流量。

表4 北干渠道設(shè)計(jì)流量統(tǒng)計(jì)表

北干渠復(fù)核流量 0.63m3/s小于設(shè)計(jì)流量0.65m3/s，由此證明北干渠設(shè)計(jì)流量大小符合灌溉要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

合理確定渠道的設(shè)計(jì)流量，直接關(guān)系到灌區(qū)渠道良性運(yùn)行，發(fā)揮灌溉效益的基礎(chǔ)，節(jié)約工程規(guī)模和投資，便于運(yùn)行管理，有效避免灌溉過(guò)程中因水量小、沿程損失過(guò)大，渠系水利用系數(shù)過(guò)低的問(wèn)題，它是提高灌區(qū)灌溉用水量和作物產(chǎn)量的必要條件，只有反復(fù)試算優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，選擇合理參數(shù)及斷面型式，才能計(jì)算適合當(dāng)?shù)毓喔葪l件渠道流量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收，灌區(qū)水資源的優(yōu)化配置。

[1]灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50288—99）[P]

[2]節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范（SL207-98）

[3]李代鑫.最新農(nóng)田水利規(guī)劃設(shè)計(jì)手冊(cè).中國(guó)水利水電出版社,2006.4

[4]寧夏回族自治區(qū)農(nóng)田水利配套工程圖冊(cè)（2009.3）