廖文平

(南昌市水利电力建设公司，南昌 330000)

0 引 言

灌溉渠道净流量和毛流量之比即为渠系水利用系数，当灌溉水从水源引出后直至进入田间被农作物吸收利用，这一过程中必然发生水量损失，该系数取值可以综合体现出灌区各级灌溉渠道运行情况及管理水平。当前国内科研单位对于河网流域自然运行状态下水资源利用程度研究较多，而对灌区渠系等人工灌溉网络水资源利用情况并未展开深入研究。近年来，部分学者应用Horton定律进行国内部分大型灌区渠系水利用程度的表征，并借助自组织分形理论进行了渠系分位数计算区间的构建，以求确定渠系水利用系数的准确取值[1]。该方法是在假定渠系水利用系数满足河系定律发展规则的基础上进行分析研究，但这一假设条件在很多情况下无法满足，结果的合理性和准确性也难保证。为此，文章引入防渗标准，并试图构建新型的渠系水利用系数计算模型，并对结果和真实性和有效性进行试验论证。

1 渠系水等级划分

为构建新型的渠系水利用系数计算模型，首先必须在考虑防渗标准的基础上，以防渗标准参数为依据进行渠系水等级划分。防渗标准参数可从侧面反映渠道输水损失程度及渠系水利用程度，可按照以下公式计算：

(1)

式中：W为防渗标准参数；q为渠道输水周期均值；ri为渠系水资源波峰利用率；ui为渠系水资源波谷利用率；E为渠系水资源极限利用率参考值；i为渠系水资源利用率波峰、波谷点坐标参数。

防渗标准参数可以通过等级渠频数进行引申解释，对渠系水等级划分存在一定影响。等级渠频数的确定过程也就是在确保灌区渠系管道、灌溉网络均严格按照自然规律变化的基础上，应用水资源利用系数分析技术确定渠系水体变动趋势，并最终确定出等级渠频数，达到渠系水等级的划分。公式如下：

(2)

式中：p为等级渠频数；yl为渠系水利用系数；t为周期变化系数；d为渠系水应用趋势；S为渠系水参量目标值；S0为渠系水参量初始值；k为渠系水等级执行划分基量。

2 渠系水利用系数计算

在基于防渗标准下划分渠系水等级的基础上进行渠系水利用系数计算时，必须区分等效并联利用系数和非等效并联利用系数两种情况。

2.1 等效并联利用系数

所谓等效并联是指从下级渠道向不同的上级渠道供水的方式，这种供水方式所连通的灌溉渠系面积有限，且忽略其余影响因素的基础上，上下级渠道渠系水利用系数始终为λ，在渠系关联参数为ξ的情况下，可以用下式表示等效并联利用系数：

(3)

式中：F1为渠系水等效并联利用系数；mb为渠系水灌溉条件实值；x为灌溉渠道关联值积分下限；ω为灌溉渠道供水能力实值；T为渠系水利用系数幂次项积分。

2.2 非等效并联利用系数

所谓非等效并联是下级渠道向同一条上级渠道供水的方式，此方式下所连接的灌溉面积较大，并能实现支渠、干渠混合连通，并且各支流渠系水不与其余支流渠系水发生直接关联；干渠渠渠道水利用系数基本处于稳定状态，受支流渠系水利用系数的影响不大[2]。

在得到以上两种利用系数后，通过与等级渠频数联合的方式计算渠系水利用系数，基于式(2)和式(3)，关联规则表示如下：

(4)

式中：R为关联标准系数；F2为渠系水非等效并联利用系数；ε为关联周期下限；Q为渠系水利用极限系数；φ为渠频数混合周期；σ为渠频数回归周期。在充分考虑关联规则的情况下，进行渠系水利用系数受防渗标准影响的研究。

3 工程实例

3.1 工程概况

乐平市统筹整合资金推进高标准农田建设项目19标段主要涉及乐平市双田镇龙庙村、德明村、双华村、金童许村，主要建设内容包括管网埋设、渠系防渗、水工建筑物、输变电线路建设、高标准农田建设等工程。项目区包含灌排渠系、耕地、荒地、道路等不同土地形式，其中耕地在灌区总面积中占比47%。结合该高标准农田建设项目主要渠道规划图，通过Google earth卫星影像进行工程区内斗渠分布情况的补充描绘，并在2021年末进行该项目现场踏勘，应用GPS对工程区各渠道起点终点、主要建筑物位置等进行定位，最终完成渠系分布图的绘制，并标记出衬砌材料、施工时间、损毁程度等详细资料。将以上所得到经纬度坐标参考Google earth卫星影像进行项目区渠系分布点绘，并确定出渠道起始点；结合渠道沿程实际高程，确定出农渠具体的灌溉范围，为渠系水利用系数的测算提供数据基础[3]。

3.2 计算结果及分析

3.2.1 与河系定律发展规则吻合程度

为进行防渗标准下新型渠系水利用系数计算方法和现有技术手段的比较，必须采用相同的试验参数进行两种手段试验结果的记录和比较，以保证试验结果的真实性和可比性。两种计算方法下防渗标准参数均为0.84，试验历时均为35min，目标吻合度均为74.32%，渠系水利用极限均为96.75%。

在35min的试验历时中，应用新型渠系水利用系数计算方法和现有技术手段所得到的渠系水利用系数和河系定律发展规则吻合程度的比较具体见图1。根据图中结果，当试验历时在10-15min以内时，两种方法所得到的渠系水利用系数及河系发展规则吻合程度均出现最大值，且两者之间存在35.31%的差值，新型渠系水利用系数计算方法对应的试验结果明显高于现有技术；此后两者变动趋势趋于一致。

图1 河系定律发展规则吻合程度比较

3.2.2 渠系水利用系数测算结果

根据计算结果，该高标准农田建设项目农渠渠系水利用系数取值在0.479-1.000之间，均值为0.761；斗渠渠系水利用系数取值在0.678-0.989之间，均值0.953。为研究不同防渗标准对渠系水利用系数的影响，在进行不同衬砌背景设置的基础上计算渠系水利用系数，并分析各级渠道从不设置防渗标准到现状防渗标准的情况下渠系水利用系数变动趋势，比较防渗标准对渠系水利用系数的影响和贡献。具体而言，设置四种防渗情景：方案1为全部渠道均不设置防渗标准；方案2为支渠全部采用现状防渗标准，但斗渠和农渠均不设置防渗标准；方案3为支渠、斗渠全部采用现状防渗标准，但农渠不设置防渗标准；方案4为全部灌溉渠道均采用现状防渗标准。根据分析，随着防渗标准的提高，衬砌输水渠道等级增加，输水损失流量也持续减小，渠系水利用系数随之增大。具体见图2。

图2 同级别渠道渠系水利用系数

3.2.3 衬砌防渗位置的影响

在防渗标准一致的情况下，衬砌位置也对渠系水利用系数存在一定影响。假定各级渠道长度中60%均采用混凝土衬砌护面，衬砌段起始位置分别为与渠首相距0、10%、20%、30%和40%的位置，对应着5种衬砌方案，具体见图3。图中渠道长度为L，各方案下的黑色粗线表示实际衬砌段，黑色细线则表示未衬砌段。在设计灌水率为5.2×10-4m3/(s·hm2)，地下水埋深为2.0m的情况下所得到的5种方案渠系水利用系数结果汇总至表1。

4 结 论

综上所述，文章所提出的新型渠系水利用系数计算方法所得出的结果和河系定律发展规则的吻合程度较高，且该方法计算过程简单，随着灌溉渠道防渗标准的提高，渠系水利用程度也稳步提升。分析结果还表明，提升防渗标准并采取有效的防渗措施是提升农田渠系水利用系数的可行之策，对于渠段部分衬砌的情况下，在渠首和渠尾分别预留出10%和30%的长度不衬砌时，渠系水利用系数的取值最大。值得注意的是，文章借助理论分析进行高标准农田渠系水利用系数测算，并将渠床渗漏损失量近似视为输水总损失量，忽略了渠道退水、闸门漏水、水面蒸发损失，所得到的渠系水利用系数值必定高于实际值，应在应用中注意。

图3 衬砌位置设置

表1 渠系水利用系数结果汇总

由表1结果可知，不同衬砌方案下各级灌溉渠道渠系水利用系数取值差异较大，其中农渠渠道不同方案差异不明显，而支渠和斗渠渠系水利用系数方案2和方案3最大，方案5最小。这意味着在对灌溉渠道实施部分衬砌的情况下，必须先从渠首偏中部位置开始衬砌，利于渠系水利用系数的提升。