灌溉渠道的设计流量计算与分析

谢博

（新疆生产建设兵团二二二团工交建商科 新疆 阜康 831505）

1 概况

新疆灌区分布于准噶尔盆地和塔里木盆地周边，伊犁谷地及东疆盆地中，现有灌溉面积6500多万亩，2000年地方系统列入全国大型灌区改造规划的有34个灌区，灌溉面积达3538万亩，占全疆总灌溉面积的54%。该区大型灌区水土资源条件好，是粮食生产的重要基地。然而，灌区都是在老灌区的基础上经过50年的不断扩建、改造而发展起来的，灌区内的骨干水利工程也大多修建于20世纪50、60年代，经过几十年的运行，老化、损坏、淤积、失修现象十分严重，造成工程功能衰减，水资源利用率低，现状灌溉水利用系数仅为0.45。并且在特殊的地域环境中，也使新疆的灌区存在严重的生态环境脆弱、恶化问题，这些问题的存在，直接制约了新疆大型灌区的经济建设和经济发展，所以有必要进行灌区的建设和管理。

灌溉渠道系统规划是灌区规划中的重要组成部分，特别是地面灌灌区规划的核心，而灌溉渠道的设计则是渠系规划的重点。渠道设计包括渠道的流量设计、横断面设计以及纵断面设计等，本文将以渠道的流量设计为主要介绍内容。

灌溉渠道的布置主要取决于地形条件。在山区、丘陵区灌区的干支渠一般采取“长藤结瓜”式灌溉系统，具体来讲有沿等高线布置和沿分水岭布置两种方式。在平原地区，干渠多沿等高线布置，支渠一般垂直于等高线布置。

2 基本概念

2.1 灌溉渠道的设计流量

灌溉渠道的设计流量是指灌水时期渠道需要通过的最大流量，与其灌溉面积的大小、作物组成和作物的灌溉制度等有关。它是设计渠道断面和渠道建筑物尺寸的主要依据。在渠道设计时还涉及渠道的最小流量和加大流量，在此以设计流量。

2.2 渠道的输水损失

在灌溉渠道输水时，由于各种原因，如渠道渗漏、水面蒸发等，使得部分流量沿途损失掉，不能够到达田间为作物所利用，这部分流量损失即为渠道的输水损失。渠道渗漏通常是造成输水损失的主要原因，水面蒸发损失一般比较少，可忽略不计。

2.3 续灌和轮灌

续灌和轮灌是两种不同的渠道工作制度。续灌：在一次灌水延续时间内，自始至终连续输水，这种工作方式称之为续灌。轮灌：同一级渠道在一次灌水延续时间内轮流输水，这种工作方式即为轮灌，可适当提高供水效率，但是在比较大的灌区，一般在斗渠以下才实行轮灌。

2.4 相关参数

渠系（道）水利用系数：灌溉渠系（道）毛流量和净流量的比值。

灌溉水利用系数：实际灌入农田的有效水量和渠道引入水量的比值。

灌水定额：单位灌溉面积上的一次灌水量或灌水深度。

灌水模数：也称为灌水率，系单位灌溉面积需要的灌溉净流量。

田间水利用系数：田间水利用系数是实际灌入田间的有效水量和末级渠道放水量的比值。

还有透水系数和透水指数，可根据土壤土质查阅相关资料获得。

3 渠道设计流量的推算方法

3.1 轮灌

由于轮灌一般在斗渠以下才实行，所以这里主要讨论支渠以下的轮灌渠道的流量设计。由于轮灌渠道是由上级渠道（支渠）集中供水，其设计流量不直接由本身控制面积的大小，而决定于上级渠道的供水流量及轮灌渠道的划分。通常是根据轮灌组划分的情况自上而下逐级分配末级续灌渠道的田间净流量，再自下而上逐级计入输水损失水量，进而推算各级渠道的设计流量。

3.3.1 从上向下分配末级续灌的田间净流量支渠的田间净流量为：

式中，Q支田净——为支渠的设计田间净流量（m3/s）；

A支——为支渠的灌溉面积（100hm2）；

qd——设计灌水模数，（m3/（s·100hm2））；

由支渠分配到每条农渠的田间净流量为：

其中Q农田净为农渠的田间净流量（m3/s）。

3.3.2 由下向上计算各级渠道的设计流量

计算农渠的净流量。由农渠的田间净流量计入田间损失水量，求的田间毛水量。

其中ηf为田间水利用系数。

式中，σ农——农渠每公里长度的水量损失（%）；

l农——为农渠平均工作长度，一般取农渠长度的1/2；

将农渠的毛流量（同时工作的k条农渠的毛流量之和）作为斗渠的净流量，进行同样的计算，可以得到：

同理，支渠毛流量为（n为同时工作的斗渠的数量）：

3.2 续灌

续灌设计流量的计算比较直观，就是将下级渠道的毛流量总和作为上级渠道的净流量，并考虑输水损失后，即得到上级渠道的毛流量，也就是设计流量，类似于轮灌计算中第二步从下向上的计算。

4 实例分析

某灌区灌溉面积A=6500hm2，灌区有一条干渠，长15km，下设了4条支渠，各支渠的长度及灌溉面积请见图1，灌区实行小麦、玉米轮作，设计灌水模数=0.0375（m3/（s·100hm2）），土质为中粘壤土。现结合上述方法进行干支渠设计流量计算。

农渠的设计流量。已知A三支=2500×4800/106=12，=0.0375，根据（1）式，三支渠的田间净流量为0.45m3/s；同时工作的斗渠有3条，农渠也有3条，可知n=3，k=3，根据（2）式，农渠的田间净流量为0.05 m3/s；取田间水利用系数 =0.90，根据（3）式，则农渠的净流量为0.056 m3/s；根据土质查阅相关参数表，得到土壤透水系数A=1.9，土壤透水指数m=0.4，并代入经验公式，得到农渠每公里长度输水损失系数6.02；农渠平均工作长度取农渠的长度的一半0.4km，将以上数据代入（4）式，可以得到农渠的毛流量（设计流量）为0.057 m3/s。

斗渠的设计流量。由于斗渠内同时工作的农渠有3条，斗渠净流量为3条农渠的毛流量总和，即为0.171 m3/s；根据斗渠的工作长度2.25km和已知A、m，由经验公式可得到斗渠的每公里输水损失系数为3.85，则同样代入（5）式，算得斗渠的毛流量（设计流量）为0.186 m3/s；

三支渠的设计流量。斗渠的毛流量之和即为支渠的净流量，同时工作的斗渠有3条，其支渠净流量为0.558 m3/s；同上，支渠每公里输水损失系数为2.4；支渠平均工作长度取3.2km，根据（6）式，支渠的毛流量为0.6m3/s；

由三支渠田间净流量0.45 m3/s和设计流量0.6 m3/s，知三支渠渠系水利用系数为0.75；

按照上述方法将其用于其他支渠的设计流量的计算，得一二三支渠的设计流量分别为 0.5m3/s、0.75 m3/s、1.48 m3/s；

干渠的设计流量。BC段干渠的净流量为三支和四支渠道毛流量之和2.08 m3/s；同样计算干渠每公里输水损失系数为 1.42，代入（7）式即可得到BC段干渠的毛流量。将其与二支渠毛流量之和作为AB段干渠的净流量，以此类推，可知AB段的设计流量为 3.20 m3/s；OA为0.633 m3/s。

5 结语

合理确定渠道的设计流量，是灌区渠道良性运行，发挥灌溉效益的基础。如果渠系设计合理，且得到完善管理，将能有效避免灌溉引水过程中因水量过小、沿程损失过大，渠系水利用系数过低的问题，它是提高灌区灌溉用水量和作物产量的基本条件，在此基础之上才能够进一步实现农业增产、农民增收，实现灌区水资源的合理配置。陕西水利