農(nóng)田灌溉渠道滲漏損失的計(jì)算方法

魏天路　黃丙申　王樹(shù)林

摘 要：渠道防滲損失是衡量灌渠輸水效率的一個(gè)重要指標(biāo)，輸水損失的估算，對(duì)于評(píng)估渠道狀況和輸水利用水平具有積極意義。論述了對(duì)有防滲層渠道滲漏、無(wú)防滲層渠道滲漏兩種情況下的輸水滲漏損失計(jì)算方法，對(duì)于農(nóng)田水利工程建設(shè)中，注重渠道防滲作用，并據(jù)此計(jì)算，適當(dāng)采取科學(xué)合理的防滲技術(shù)措施，達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，具有很好的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：渠道防滲;渠道滲漏;無(wú)防滲層;有防滲層;計(jì)算方法

中圖分類號(hào)：S277文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.11.001

確定農(nóng)田灌溉渠道滲漏損失，最好的方法是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，但那樣往往需要花費(fèi)一定的勞力和時(shí)間。因此在缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)，采用理論或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，仍有一定的實(shí)際意義。計(jì)算渠道滲漏損失的公式很多，這里只介紹兩種應(yīng)用較廣的公式，供參考。

1 無(wú)防滲層渠道的滲漏計(jì)算

可分別按自由滲漏及頂托滲漏兩種情況計(jì)算滲漏損失。

1.1 自由滲漏情況下的渠道滲漏損失

1.1.1 放水初期

在渠道放水初期（即濕潤(rùn)土層階段）滲漏損失可按下公式計(jì)算

St=0.0116Kt（b+2γ1h1+m2）（1）

式中 S_t—從渠道放水開(kāi)始以后經(jīng)過(guò)t時(shí)間的每公里渠長(zhǎng)滲漏量（m3/s）;

K_t—t時(shí)間的土壤滲透系數(shù)（m/晝夜），可以從當(dāng)?shù)赜猛沫h(huán)測(cè)滲法測(cè)出的Kt～t關(guān)系曲線中查得;

b—渠底寬度（m）;

h—渠道水深（m）;

m—渠道邊坡系數(shù);

γ₁—考慮渠坡側(cè)向毛管滲吸的改正系數(shù)，γ₁≈1.1～1.4，毛細(xì)管作用強(qiáng)烈時(shí)應(yīng)選用較大值。

1.1.2 行水時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)

當(dāng)渠道行水時(shí)間較長(zhǎng)（自由穩(wěn)滲，即形成地下水峰階段）時(shí)，按下公式計(jì)算

S=0.0116K（b+2γ1h1+m2）（2）

式中 S—每公里渠長(zhǎng)滲漏量（m3/s）;

K—土壤滲漏系數(shù)（m/晝夜）;

其余符號(hào)意義同前。

S=0.0116K（B+Ah）（3）

式中 B—渠道水免寬度（m）;

A值決定于m與B/h值，見(jiàn)圖1。

當(dāng)考慮土壤毛細(xì)管滲吸影響時(shí)，對(duì)于大型渠道，式（3）中的h應(yīng)為hv;對(duì)于小型渠道，式（3）中的A、h應(yīng)分別為Av、hV

Av=f（Bhv），見(jiàn)圖1

hv=h+（0.75～1.0）Hk

式中 Hk—毛細(xì)管水最大上升高度（m），見(jiàn)表1。

在缺乏渠道斷面尺寸和土壤滲漏系數(shù)資料的情況下，如進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，渠道的滲漏損失常用下列經(jīng)驗(yàn)公式估算

S=A′100Q1-m′（4）

或

σ=SQ×100%=A′Qm′（5）

式中 A′—土壤透水系數(shù);

m′—土壤透水程度指數(shù);

Q、S、σ意義同前。

對(duì)不同地區(qū)，系數(shù)A′和指數(shù)m′應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)測(cè)資料確定。陜西省水利科學(xué)研究所實(shí)測(cè)涇、洛、渭三灌區(qū)黃土渠道的A′與m′值見(jiàn)表2。

在缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)，可參考采用表3的數(shù)值。

在實(shí)踐中，可利用實(shí)測(cè)資料確定公式（4）中的A′、m′值，將式（4）取對(duì)數(shù)得

lgS=（1-m′）lgQ+lgA′100（6）

根據(jù)實(shí)測(cè)資料，以流量為橫坐標(biāo)，每公里渠長(zhǎng)的滲漏量為縱坐標(biāo)，點(diǎn)繪在對(duì)數(shù)格紙上，即得出一條直線（如圖2）。（6）式即相當(dāng)于一個(gè)直線方程式

y=Mx+C（7）

當(dāng)Q1=1 m3/s，lg Q1=0，圖2中直線在縱坐標(biāo)上的截距C即為lgS1，則S1=A′100;

從式（4）來(lái)看，當(dāng)Q1=1 m3/s時(shí)，Q1-m′1=1，亦得S1=A′100Q1-m′1=A′100。

故A′=100S1，即為所求之透水系數(shù)。

又（6）式中（1-m′）相當(dāng)于（7）式中的M為圖2中直線的斜率M=tanα=ba=1-m′，故

m′=1-ba（8）

用直尺在對(duì)數(shù)格紙上量出a、b的實(shí)際長(zhǎng)度，就可按（8）式算出透水指數(shù)m′。

1.2 頂托滲漏情況下的渠道滲漏損失

如果地下水位較高，渠道滲漏受地下水頂托影響時(shí)，則實(shí)際滲漏量將比用上述公式計(jì)算的結(jié)果要小。這種情況下的滲漏損失，目前雖有不少公式計(jì)算的結(jié)果，但算式較繁瑣，實(shí)際工作中很少采用。一般可按上述自由滲漏公式的計(jì)算結(jié)果，再乘一個(gè)校正指數(shù)求得，即

S頂=γ2S（9）

式中 S—自由滲漏情況下，每公里渠長(zhǎng)的滲漏量（m3/s）;

S頂—有地下水頂托情況下，每公里渠長(zhǎng)的滲漏量（m3/s）;

γ2—較正系數(shù)，根據(jù)渠道通過(guò)的流量及底下水位決定，具體數(shù)值見(jiàn)表4

2 有防滲層渠道滲漏的計(jì)算

渠道采用防滲措施后，其滲漏損失量最好根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料確定。如無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，可按照下式估算

S防=βS（10）

式中 S防—有防滲層渠道每公里渠長(zhǎng)的滲漏量（m3/s）;

S—無(wú)防滲層渠道每公里渠長(zhǎng)的滲漏量（m3/s）;

β—滲漏量的折減系數(shù)，β+α=1，α為防滲效果。

對(duì)于有土質(zhì)防滲層（土料夯實(shí)層果掛淤層）的渠道，滲漏損失尚可按下列公式計(jì)算

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

式中 K1—防滲層的滲透系數(shù)（m/晝夜），根據(jù)實(shí)測(cè)資料確定;

δ1—渠坡防滲厚度（m）;

δ2—渠底防滲厚度（m）;

其余符號(hào)意義同前。

但地下水位在渠道下深度小于2倍原土壤毛細(xì)管水最大上升高度時(shí)，式（11）中的Hk應(yīng)等于零。

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

式中 θ—邊坡與水平面的夾角（°）;

其余符號(hào)意義同前。

S防=0.0116K（B+Ah）1+AδB（KK1-1）=β1S（13）

β1=11+AδB（KK1-1）（14）

式中 β1—滲漏量的折減系數(shù);

δ—防滲層的厚度（m）;

A—系數(shù);

B—渠道水面寬度（m）;

K—渠床土壤滲漏系數(shù)（m/晝夜）;

K1—防滲層滲漏系數(shù)（m/晝夜）;

其余符號(hào)意義同前。

當(dāng)K1=K或δ=0時(shí)，β1=1，則S防=S，即相當(dāng)于沒(méi)有防滲層的滲漏量;

當(dāng)K10時(shí)，β1必然大于1;

當(dāng)δ=BA時(shí)，β1=K1K，則S防=0.0116K1（B+Ah），即當(dāng)滲漏層厚度增至BA以后，滲漏量損失不會(huì)再減少，所以，公式13的適用條件是δ

對(duì)于防滲效果不夠好，滲流在防滲層下是連續(xù)的渠道，滲漏量用公式（13）計(jì)算;對(duì)于防滲效果較好，防滲層下的滲漏不連續(xù)的渠道，其滲流量用公式（11）（12）進(jìn)行計(jì)算。

以上兩種計(jì)算農(nóng)田灌溉渠道的滲水方法，在我們實(shí)際工作中還是比較簡(jiǎn)潔實(shí)用的。

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基金項(xiàng)目：蚌埠學(xué)院高層次人才科研啟動(dòng)資助項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：BBXY2019KYQD01

作者簡(jiǎn)介：魏天路（1970-），男，遼寧昌圖人，教授，工程碩士，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備科研工作，E-mail：wtltong@163.com。