汾河灌區(qū)節(jié)水改造對灌溉水利用系數(shù)影響分析

閆曉亮

(山西汾河灌溉管理有限公司，山西 祁縣 030900)

汾河灌區(qū)最早建于1954年，灌區(qū)范圍北起太原市北郊上蘭村，縱跨太原、呂梁、晉中等地區(qū)，南至?xí)x中介休洪相村，西迄磁窯河、東至南同蒲鐵路，長約140 km，東西寬約20 km，設(shè)計(jì)灌溉面積約150萬畝，汾河灌區(qū)除了承擔(dān)基本的農(nóng)業(yè)灌溉、河道防洪任務(wù)外還承擔(dān)著向太原城區(qū)景觀水域及工業(yè)供水的任務(wù)。

汾河灌區(qū)以內(nèi)的汾東、汾西灌區(qū)相對比較獨(dú)立，灌區(qū)內(nèi)有干渠分別為東、西干渠共2條；支渠共11條，干支全長238.4 km；斗渠共230條，全長340 km，設(shè)計(jì)灌溉面積分別約為32萬畝、52.2萬畝。節(jié)水改造前，汾河灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)僅有0.413，因汾河灌區(qū)運(yùn)行時間長，失修老化嚴(yán)重且缺乏一定的工程維修養(yǎng)護(hù)資金，導(dǎo)致汾河灌區(qū)水利用率低，渠道輸水損耗較大，渠系建筑物缺乏一定的完整性。因此，如何減小損耗，大幅提高灌區(qū)渠道輸水效率以及灌溉水利用系數(shù)，才能更好的節(jié)約水資源就成了汾河灌區(qū)節(jié)水改造工程的當(dāng)務(wù)之急。從1999年～2016年，汾河灌區(qū)節(jié)水改造工程項(xiàng)目實(shí)施基本完成后，使得汾河灌區(qū)干支防滲總長度的占比提高了約30%。為能夠準(zhǔn)確、有效地將節(jié)水改造后渠道灌溉水利用系數(shù)測算出來，特別選取具有典型斷面的渠道進(jìn)行實(shí)際測算。

1 測算方法的選擇

在對測算方法的選用上，要結(jié)合灌區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，才能準(zhǔn)確測算出灌溉水利用系數(shù)，目前采用的測算方法有典型渠段測量法、首尾測定法、綜合測定法等。通過對三種測定方法的比選，首尾測定法適用于各種渠系且工作量較小，減輕了人力物力的負(fù)擔(dān)，但首尾測定法測算的數(shù)據(jù)只能片面的表示灌溉水利用系數(shù)，無法分別對渠道及田間水利用系數(shù)做出分析；典型渠段測量法雖然工作量大且對灌區(qū)人力財(cái)力的要求較高，但是可以更為系統(tǒng)且直觀地了解到灌溉水利用系數(shù)及渠系水、田間水的利用情況，測算結(jié)果與實(shí)際更為相符，因此選擇后者測算方法進(jìn)行測算。

2 測量過程

2.1 測點(diǎn)選取

為使灌溉水利用系數(shù)測定的數(shù)據(jù)更加可靠真實(shí)，在測量點(diǎn)的選取上一定要選擇具有典型代表的渠道；選擇測流斷面時，斷面應(yīng)垂直于河段的水流方向且渠道順直、無泡漩或回流以及下游無壅水的地方，斷面應(yīng)具有一定的穩(wěn)定性。

2.2 測量工具的選擇及注意事項(xiàng)

測量時使用流速儀并輔以量水建筑物進(jìn)行測量，測量前應(yīng)對流速儀的設(shè)備完整性(主機(jī)、備用零件、工具附件)進(jìn)行檢查；對流速儀靈敏度、信號進(jìn)行測試；安裝過程中流速儀的重要部位不得發(fā)生碰撞；流速儀在使用完應(yīng)及時用清水清洗干凈并擦干后，在流速儀的頂針、頂窩、旋軸等部位適當(dāng)涂油后才能裝回儀器箱，以免生銹；在測量過程中，流速儀的測流范圍應(yīng)小于儀器本身最大測流范圍。測量前還應(yīng)對水尺和量水建筑物進(jìn)行檢查和校正，如發(fā)現(xiàn)有破損的地方應(yīng)在測量前進(jìn)行修復(fù)；測量開始前認(rèn)真檢查典型斷面所在的測量渠道，對可能影響測量結(jié)果準(zhǔn)確性的一些石塊、淤積物等應(yīng)及時清除掉，使過流斷面連續(xù)和暢通；在測量過程中上下游閘門不得隨意起閉。

2.3 測量數(shù)據(jù)記錄

1)在測流斷面進(jìn)行測量時，應(yīng)把測流斷面的形狀、尺寸記錄下來，在進(jìn)行流量、流速及水深測量的過程中，測桿為了要始終垂直于水面，測桿前往往會出現(xiàn)壅水，水深讀數(shù)會有一定的誤差，所以要對讀數(shù)的誤差進(jìn)行修正，即用觀測水深減去壅水高度；在水流沖擊的作用下，測桿往往向下游偏斜，因此，偏角<10°時，無需修正；偏角>10°時，需要進(jìn)行修正。

2)應(yīng)盡量避開在大風(fēng)天氣及上游來水不穩(wěn)等情況下進(jìn)行測量，在風(fēng)浪作用下進(jìn)行觀測時，水深應(yīng)取最低水位與最高水位的平均值。

3)測量過程中，數(shù)據(jù)記錄的書寫一定要整潔、規(guī)范、準(zhǔn)確，不得隨意劃改原始記錄，測量完畢后要妥善保存測量資料。

4)此次是在灌區(qū)灌溉生產(chǎn)時進(jìn)行測量的，為提高測量效率，選取代表性渠道以采抽樣檢測的方法進(jìn)行測量。

2.4 特殊情況說明

測量渠道中有城市景觀或農(nóng)業(yè)退水口出水時，水量不應(yīng)計(jì)入典型斷面首部累計(jì)水量；渠道正常范圍內(nèi)的一些滲漏損失應(yīng)計(jì)入其中。

3 渠系水利用系數(shù)

3.1 典型渠段水利用系數(shù)

在計(jì)算某一級渠道水利用系數(shù)前，先把典型渠段水利用系數(shù)測出，通過典型渠段水利用系數(shù)作為基數(shù)再求得某一級渠道水利用系數(shù)。典型渠段有靜水和動水測定法兩種測量渠段水利用系數(shù)的方法，其中為了使測算結(jié)果更加貼近灌區(qū)灌溉實(shí)際生產(chǎn)情況，選用動水測定法進(jìn)行測定。

典型渠段輸水損失率：

δ典渠段=W段損/W段首

式中：W段損為典型渠段長度上的損失水量，m3；W段首為典型渠段段首總引水量，m3。

典型渠段水利用率：

η典渠段=1-δ典渠段

3.2 渠道水利用系數(shù)

單位長度渠道上的輸水損失率：

各級渠道的輸水損失率：

δ渠道=σ渠道×L渠道

式中：δ渠道為各級渠道的輸水損失率；σ渠道為單位長度渠道上的輸水損失率；L渠道為各級渠道的實(shí)際長度，m。

各級渠道水利用系數(shù)：

η渠道=1-δ渠道

3.3 渠系水利用系數(shù)計(jì)算過程

η渠系=η干渠×η支渠×η斗渠×η農(nóng)渠

式中：η干渠為干渠渠道水利用系數(shù)；η支渠為支渠渠道水利用系數(shù)；η斗渠為斗渠渠道水利用系數(shù)；η農(nóng)渠為農(nóng)渠渠道水利用系數(shù)。

渠系水利用系數(shù)見表1。

表1 渠系水利用系數(shù)計(jì)算 單位：水量，萬m3；長度，km

4 田間水利用系數(shù)

4.1 田間水利用系數(shù)的測算方法

利用實(shí)測法測算時，需要將測算選取的代表性灌溉田塊在灌溉前后3d以內(nèi)的土壤含水量變化情況測算出來，而且實(shí)測法的計(jì)算過程相對較為嚴(yán)格，對測算數(shù)據(jù)的精確度要求較高，但在實(shí)際操作過程中，由于測算是在灌溉生產(chǎn)中進(jìn)行的，各代表性田塊的灌溉程度未能達(dá)到一致，土壤含水量采樣過程工作量大且較為繁瑣，因此用計(jì)算法進(jìn)行測算更貼近灌溉的實(shí)際生產(chǎn)。

4.2 田間水利用系數(shù)計(jì)算過程

式中：η田間為代表性田塊的田間水利用系數(shù)；mj為第j種作物的凈灌水定額，m3/畝；Aj為第j種作物的實(shí)灌面積，萬畝；W為灌溉時斗渠渠首總引水量，萬m3。

田間水利用系數(shù)見表2。

表2 田間水利用系數(shù)計(jì)算 單位：灌水定額，m3/畝；面積，萬畝；水量，萬m3

5 灌溉水利用系數(shù)計(jì)算

η灌溉=Wj/W0=η渠系×η田間

式中：Wj為灌溉時能被農(nóng)作物利用的凈水量，m3；W0為灌溉時渠首引入的總水量，m3；η渠系為渠系水利用系數(shù)；η田間為田間水利用系數(shù)。

由于測量是在灌區(qū)灌溉生產(chǎn)時進(jìn)行的，因此在測算過程中以水量作為測算的基礎(chǔ)。

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

6 結(jié)語

通過對汾河灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)的分析計(jì)算，可以得出灌溉水利用系數(shù)由原來的0.413提高到了0.624，極大地減少了水量損失，節(jié)水改造工程的實(shí)施也保證了灌區(qū)渠系建筑物的完整性，由此可以看出汾河灌區(qū)經(jīng)過節(jié)水改造工程實(shí)施以后的節(jié)水效果非常明顯。雖然灌溉水利用系數(shù)和節(jié)水改造工程實(shí)施以前相比有所提高，但從整體來說汾河灌區(qū)依然有著很大的節(jié)水空間，節(jié)水優(yōu)先也將成為汾河灌區(qū)在日后灌溉工作當(dāng)中的中心思想。只有將“節(jié)水優(yōu)先”的思想始終貫穿于汾河灌區(qū)的灌溉工作中，才能為灌區(qū)的農(nóng)業(yè)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展提供有力的保障。