魏天路 黄丙申 王树林
摘 要:渠道防渗损失是衡量灌渠输水效率的一个重要指标,输水损失的估算,对于评估渠道状况和输水利用水平具有积极意义。论述了对有防渗层渠道渗漏、无防渗层渠道渗漏两种情况下的输水渗漏损失计算方法,对于农田水利工程建设中,注重渠道防渗作用,并据此计算,适当采取科学合理的防渗技术措施,达到较好的经济和社会效益,具有很好的指导意义。
关键词:渠道防渗;渠道渗漏;无防渗层;有防渗层;计算方法
中图分类号:S277文献标识码:A
doi:10.14031/j.cnki.njwx.2019.11.001
确定农田灌溉渠道渗漏损失,最好的方法是进行现场实测,但那样往往需要花费一定的劳力和时间。因此在缺乏实测资料时,采用理论或经验公式计算,仍有一定的实际意义。计算渠道渗漏损失的公式很多,这里只介绍两种应用较广的公式,供参考。
1 无防渗层渠道的渗漏计算
可分别按自由渗漏及顶托渗漏两种情况计算渗漏损失。
1.1 自由渗漏情况下的渠道渗漏损失
1.1.1 放水初期
在渠道放水初期(即湿润土层阶段)渗漏损失可按下公式计算
St=0.0116Kt(b+2γ1h1+m2)(1)
式中 St—从渠道放水开始以后经过t时间的每公里渠长渗漏量(m3/s);
Kt—t時间的土壤渗透系数(m/昼夜),可以从当地用同心环测渗法测出的Kt~t关系曲线中查得;
b—渠底宽度(m);
h—渠道水深(m);
m—渠道边坡系数;
γ1—考虑渠坡侧向毛管渗吸的改正系数,γ1≈1.1~1.4,毛细管作用强烈时应选用较大值。
1.1.2 行水时间较长时
当渠道行水时间较长(自由稳渗,即形成地下水峰阶段)时,按下公式计算
S=0.0116K(b+2γ1h1+m2)(2)
式中 S—每公里渠长渗漏量(m3/s);
K—土壤渗漏系数(m/昼夜);
其余符号意义同前。
S=0.0116K(B+Ah)(3)
式中 B—渠道水免宽度(m);
A值决定于m与B/h值,见图1。
当考虑土壤毛细管渗吸影响时,对于大型渠道,式(3)中的h应为hv;对于小型渠道,式(3)中的A、h应分别为Av、hV
Av=f(Bhv),见图1
hv=h+(0.75~1.0)Hk
式中 Hk—毛细管水最大上升高度(m),见表1。
在缺乏渠道断面尺寸和土壤渗漏系数资料的情况下,如进行初步设计时,渠道的渗漏损失常用下列经验公式估算
S=A′100Q1-m′(4)
或
σ=SQ×100%=A′Qm′(5)
式中 A′—土壤透水系数;
m′—土壤透水程度指数;
Q、S、σ意义同前。
对不同地区,系数A′和指数m′应根据当地实测资料确定。陕西省水利科学研究所实测泾、洛、渭三灌区黄土渠道的A′与m′值见表2。
在缺乏实测资料时,可参考采用表3的数值。
在实践中,可利用实测资料确定公式(4)中的A′、m′值,将式(4)取对数得
lgS=(1-m′)lgQ+lgA′100(6)
根据实测资料,以流量为横坐标,每公里渠长的渗漏量为纵坐标,点绘在对数格纸上,即得出一条直线(如图2)。(6)式即相当于一个直线方程式
y=Mx+C(7)
当Q1=1 m3/s,lg Q1=0,图2中直线在纵坐标上的截距C即为lgS1,则S1=A′100;
从式(4)来看,当Q1=1 m3/s时,Q1-m′1=1,亦得S1=A′100Q1-m′1=A′100。
故A′=100S1,即为所求之透水系数。
又(6)式中(1-m′)相当于(7)式中的M为图2中直线的斜率M=tanα=ba=1-m′,故
m′=1-ba(8)
用直尺在对数格纸上量出a、b的实际长度,就可按(8)式算出透水指数m′。
1.2 顶托渗漏情况下的渠道渗漏损失
如果地下水位较高,渠道渗漏受地下水顶托影响时,则实际渗漏量将比用上述公式计算的结果要小。这种情况下的渗漏损失,目前虽有不少公式计算的结果,但算式较繁琐,实际工作中很少采用。一般可按上述自由渗漏公式的计算结果,再乘一个校正指数求得,即
S顶=γ2S(9)
式中 S—自由渗漏情况下,每公里渠长的渗漏量(m3/s);
S顶—有地下水顶托情况下,每公里渠长的渗漏量(m3/s);
γ2—较正系数,根据渠道通过的流量及底下水位决定,具体数值见表4
2 有防渗层渠道渗漏的计算
渠道采用防渗措施后,其渗漏损失量最好根据现场实测资料确定。如无实测资料时,可按照下式估算
S防=βS(10)
式中 S防—有防渗层渠道每公里渠长的渗漏量(m3/s);
S—无防渗层渠道每公里渠长的渗漏量(m3/s);
β—渗漏量的折减系数,β+α=1,α为防渗效果。
对于有土质防渗层(土料夯实层果挂淤层)的渠道,渗漏损失尚可按下列公式计算
h防=0.0116K1[λ+δ2+Hkδ2b+2h1+m20.5λ+δ1+Hkδ1](11)
式中 K1—防渗层的渗透系数(m/昼夜),根据实测资料确定;
δ1—渠坡防渗厚度(m);
δ2—渠底防渗厚度(m);
其余符號意义同前。
但地下水位在渠道下深度小于2倍原土壤毛细管水最大上升高度时,式(11)中的Hk应等于零。
S防=0.0116K1[2hsinθ(h2δ1+cosθ)+(hδ2+1)b](12)
式中 θ—边坡与水平面的夹角(°);
其余符号意义同前。
S防=0.0116K(B+Ah)1+AδB(KK1-1)=β1S(13)
β1=11+AδB(KK1-1)(14)
式中 β1—渗漏量的折减系数;
δ—防渗层的厚度(m);
A—系数;
B—渠道水面宽度(m);
K—渠床土壤渗漏系数(m/昼夜);
K1—防渗层渗漏系数(m/昼夜);
其余符号意义同前。
当K1=K或δ=0时,β1=1,则S防=S,即相当于没有防渗层的渗漏量;
当K1
当δ=BA时,β1=K1K,则S防=0.0116K1(B+Ah),即当渗漏层厚度增至BA以后,渗漏量损失不会再减少,所以,公式13的适用条件是δ 对于防渗效果不够好,渗流在防渗层下是连续的渠道,渗漏量用公式(13)计算;对于防渗效果较好,防渗层下的渗漏不连续的渠道,其渗流量用公式(11)(12)进行计算。 以上两种计算农田灌溉渠道的渗水方法,在我们实际工作中还是比较简洁实用的。 参考文献: [1]万丹.渠道防渗与节水灌溉技术研究[J].水利技术监督,2019(2):86-88. [2]王晶.浅析农田水利灌溉渠道的维护和管理[J].科技资讯,2016,14(25):60-61. [3]张学荣,盛岩.节水建设与渠道防渗措施关系分析[J].水利规划设计,2014(3):24-25. [4]肖雪,王修贵,覃丹.几种计算渠道渗漏损失的经验公式比较[J].武汉大学学报(工学版),2016,49(3):65-71. [5]王焕明.灌区节水改造中渠道防渗新技术、新材料、新工艺应用[J].水利建设与管理,2008,28(12):42-44. [6]雷声隆,罗强.防渗渠道输水损失的估算[J].灌溉排水学报,2003,22(3):7-10. [7]门宝辉.渠道流量损失及水利用系数公式的探讨[J].中国农村水利水电,2000(2):33-34. (05) 基金项目:蚌埠学院高层次人才科研启动资助项目,项目编号:BBXY2019KYQD01 作者简介:魏天路(1970-),男,辽宁昌图人,教授,工程硕士,主要从事农业机械装备科研工作,E-mail:wtltong@163.com。