(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆的渠系一般由干、支、斗、农四级渠道构成，提高灌溉水利用系数主要是通过增加各级渠道防渗率来实现，然而由于渠道级别较多，会出现多种组合形式，选择何种组合形式是规划设计人员面临的首要问题，为降低工作量，该部分工作一般会概化处理，这就导致了灌区防渗投资与各级渠道水利用系数出现不对应的现象，为避免出现该问题，本文通过建立提高灌溉水利用系数解决方案的模型，为规划设计人员合理选择提高灌溉水利用系数方案提供参考依据。

1 新疆自流灌区灌溉水利用系数计算公式

根据《新疆维吾尔自治区农业灌溉用水定额》(DB 65/3611—2014)，自流灌区灌溉水利用系数计算公式：

η灌溉=[ηf干～农fs干～农+ηt干～农(1-fs干～农)]η田间

(1)

式中：η灌溉为灌区灌溉水利用系数加权值；ηf干～农为灌区干～农四级防渗渠道水利用系数(常数)；fs干～农为灌区干～农四级防渗渠道长度占总长度的比率，%；ηt干～农为灌区干～农四级未防渗土渠的渠道水利用系数(常数)；η田间为灌区田间水利用系数。

通过式(1)可以发现，灌溉水利用系数是关于渠道防渗率的单值函数。式(1)中的四级防渗渠道水利用系数、四级未防渗渠道水利用系数和田间水利用系数是相对稳定的基本常数。

2 建立提高灌溉水利用系数解决方案模型

首先根据现状实测渠道长度及防渗长度，利用式(1)计算出区域现状实际灌溉水利用系数；其次建立规划水平年灌溉水利用系数与防渗率的函数关系，并提出约束条件，制定关于费用最小的目标函数；最终利用Excel规划求解功能插件，计算出最优方案。

2.1 现状灌溉水利用系数求解

根据现状各级渠道的防渗率，利用式(2)即可求得现状区域的灌溉水利用系数。

(2)

2.2 规划提高灌溉水利用系数解决方案模型建立

规划水平年各级渠道水利用系数及灌溉水利用系数计算公式如下：

(3)

规划年提高灌溉水利用系数解决方案约束条件如下：

(4)

规划年提高灌溉水利用系数解决方案目标函数如下：

Min[L干M干(fs干g-fs干)+L支M支(fs支g-fs支)

+L斗M斗(fs斗g-fs斗)+L农M农(fs农g-fs农)]

(5)

式中：L干、L支、L斗、L农分别为灌区干～农四级防渗渠道的长度，km；M干、M支、M斗、M农分别为灌区干～农四级防渗渠道的单价，万元/km；fs干g、fs支g、fs斗g、fs农g分别为灌区规划年干～农四级防渗渠道长度占总长度的比率，%。

3 以新疆阿克陶县为例进行模型演算

3.1 阿克陶县现状灌溉水利用系数求解

根据现状调查，2017年阿克陶县干渠有28条，长度为283.3km，防渗率达到62.9%；支渠有52条，长度为334.0km，防渗率达到30.5%；斗渠的长度为923.0km，防渗率达到23.6%；农渠的长度为1529.0km，防渗率达到15.0%。

根据《新疆维吾尔自治区农业灌溉用水定额》(DB 65/3611—2014)，阿克陶县各级防渗渠道常数及未防渗渠道常数见表1。将各级渠道防渗率、防渗渠道常数及未防渗渠道常数代入式(2)，计算得出阿克陶县各级渠道水利用系数及阿克陶县自流灌区的灌溉水利用系数，计算结果见表1。

表1 现状阿克陶县灌溉水利用系数计算结果

3.2 规划提高灌溉水利用系数解决方案模型演算

为进行模型演算，现假定规划年灌区仅通过提高干、支渠的防渗率来将灌溉水利用系数提高到0.45，并且假定干渠、支渠的单价成本分别为200万元/km、100万元/km，讨论选择成本最低解决方案。

首先，建立规划年灌溉水利用系数和各级渠道防渗率的函数关系，并以费用最小为目标函数，利用Excel 中规划求解开发工具进行模型建立，通过设置目标、确定更改可变指标、添加约束条件，最终求得最优解决方案。Excel规划求解运行界面见图1。

图1 EXCEL规划求解界面

根据前述假定，图1中“设置目标”为规划年提高灌溉水利用系数解决方案的目标函数，即增加干、支渠防渗率后的成本费用，并将该项目标设置为最小值；“通过更改可变单元格”设置为规划年干、支渠的渠道水利用系数，即η干g、η支g；“遵守约束”中添加干、支渠的渠道水利用系数的边界条件，并将规划年灌溉水利用系数的目标值0.45作为约束条件进行添加。通过上述模型建立进行演算后生成最终成果报告，见图2。

图2 模型演算结果

根据模型演算结果报告，当干渠的渠道水利用系数由现状的0.851提高到规划年的0.890，支渠的渠道水利用系数由现状的0.817提高到规划年的0.865后，规划年灌溉水利用系数达到目标值0.45，这种组合方案是最经济的。

4 结 语

新疆在提高灌溉水利用系数时主要是通过增加各级渠道防渗率来实现，然而由于渠道级别较多，会出现多种组合方案。为简化计算，在设计时一般只提出灌溉水利用系数，不提各级渠道的渠道水利用系数，这就直接影响到后续的经济概算的内容，由于各级渠道的投资不同，使得渠道概算投资没有明确的依据，人为影响因素较大，直接影响经济评价。本文利用《新疆维吾尔自治区农业灌溉用水定额》(DB 65/3611—2014)中关于灌溉水利用系数的确定方法，通过建立提高灌溉水利用系数解决方案的模型，以费用最小为目标函数，提出最优解决方案，减少人为因素对后续经济评价的影响。