渠系改造：流量推算-渠系改造

（一）渠道的配水方式

渠道的配水方式分续灌和轮灌两种。所谓续灌即某一级渠道同时向所有下一级渠道配水，轮灌则是某级渠道逐一或分组向下一级渠道配水。续灌渠道在一次灌水期间连续输水，所以渠道流量小，需要的渠道断面和建筑物尺寸也较小，可减少工程量，节省占地和投资，但灌水时间长，输水损失大。

实行轮灌，同时工作的渠道少，流量大，灌水集中，输水时间短，输水损失小，易于管理，便于机动调配水量。但渠道流量大，相应的渠道断面的建筑物尺寸也大，要增加渠道的土方量和建筑物的工程量。大型灌区在正常情况下，干、支渠应按续灌设计。但当支渠渠床土质渗透系数大，需要减少输水损失；渠道比降小，需要集中较大流量以防止渠道淤积；或划分为灌溉面积较小的数条分支渠时，允许按轮灌设计。斗、农渠一般应按轮灌设计，各轮灌组的面积应尽可能相等。中小型灌区，一般第一级渠道实行续灌，其他渠道实行轮灌。斗、农渠分组轮灌有以下两种：

（1）分组集中轮灌。按照集中连片的原则，将下级渠道分为若干组，按一定的先后顺序（一般先远后近）进行轮灌，如图3-1（a）。

（2）分组插花轮灌。按照插花的形式将下级渠道分为若干组，上级渠道同时向各组供水，组内进行轮灌，如图3-1（b）。

图3-1　轮灌示意图

轮灌组的划分应注意以下问题：各轮灌组的面积应尽可能相当，同一轮灌组的位置尽量靠近，要照顾农业生产条件和群众用水习惯，尽可能将同一生产单位的渠道划分在同一轮灌组，以便于调配劳动力进行灌水和田间作业。在实际运行时，当水源来水不足（低于设计流量的60%）时，干、支渠也可实行轮灌，以保持渠道控制水位，并减少输水损失。

（二）轮灌渠道设计流量的推算

因为轮灌渠道的输水时间小于灌水延续时间，所以不能直接根据设计灌水模数和灌溉面积自下而上地推算渠道设计流量。常用的方法是：根据轮灌组划分情况自上而下逐级分配末级续灌渠道（一般为支渠）的田间净流量，再自下而上逐级计入输水损失水量，推算各级渠道的设计流量。

1.自上而下分配末级续灌渠道的田间净流量

以图3-2为例，支渠为末级续灌渠道，斗、农渠的轮灌组划分方式为集中编组。为了使讨论具有普遍性，设同时工作的斗渠为n条，每条斗渠里同时工作的农渠为k条。

（1）计算支渠的设计田间净流量。在支渠范围内，不考虑损失水量的设计田间净流量为：

图3-2　渠道轮灌示意图

式中：Q支田净为支渠的田间净流量，m3/s；A支为支渠的灌溉面积，万亩；q设为设计灌水模数，m3/（s·万亩）。

（2）计算支渠分配到每条农渠的田间净流量。

式中：Q农田净为农渠的田间净流量（m3/s）。

在丘陵地区，受地形限制，同一级渠道中各条渠道的控制面积可能不等。在这种情况下，斗、农渠的田间净流量应按各条渠道的灌溉面积占轮灌组灌溉面积的比例进行分配。

2.自下而上推算各级渠道的设计流量

（1）计算农渠的净流量。先由农渠的田间净流量计入田间损失水量，求得田间毛流量，即农渠的净流量，按公式（3-12）计算。

式中：符号意义同前。

（2）推算各级渠道的设计流量（毛流量）。根据农渠的净流量自下而上逐级计入渠道输水损失，得到各级渠道的毛流量，即设计流量。由于有两种估算渠道输水损失水量的方法，由净流量推算毛流量也就有两种方式。

1）用经验公式估算输水损失的计算方法。根据渠道净流量、渠床土质和渠道长度用公式（3-13）计算。

式中：Qg为渠道的毛流量，m3/s；Qn为渠道的净流量，m3/s；σ为每公里渠道损失水量与净流量的比值；L为最下游一个轮灌组灌水时渠道的平均工作长度，km。计算农渠毛流量时，可以取农渠长度的一半进行估算。

2）用经验系数估算输水损失的计算方法。根据渠道的净流量和渠道水利用系数用公式（3-14）计算渠道的毛流量。

在大、中型灌区中，支渠数量较多，支渠以下的各级渠道实行轮灌。如果都按上述步骤逐条推算各条渠道的设计流量，工作量很大。为了简化计算，通常选择一条有代表性的典型支渠（作物种植、土壤性质、灌溉面积等影响渠道流量的主要因素具有代表性）按上述方法推算支、斗、农渠的设计流量，计算支渠范围内的灌溉水利用系数η支水，以此作为扩大指标，用下式计算其余支渠的设计流量。

同样，以典型支渠范围内各级渠道水利用系数作为扩大指标，可计算出其他支渠控制范围内的斗、农渠的设计流量。

（三）续灌渠道设计流量的计算

续灌渠道一般为干、支渠道，渠道流量较大，上、下游流量相差悬殊，这就要求分段推算设计流量，各渠段采用不同的断面。另外，各级续灌渠道的输水时间都等于灌区灌水延续时间，可以直接由下级渠道的毛流量推算上级渠道的毛流量。所以，续灌渠道设计流量的推算方法是自下而上逐级、逐段进行推算。

图3-3　干渠流量推算图

由于渠道水利用系数的经验值是根据渠道全部长度的输水损失情况统计出来的，它反映出不同流量在不同渠段上运行时输水损失的综合情况，而不能代表某个具体渠段的水量损失情况。所以，在分段推算续灌渠道设计流量时，一般不用经验系数估算输水损失水量，而用经验公式估算。具体推算方法以图3-3为例说明如下。

图中表示的渠系有一条干渠和四条支渠，各支渠的毛流量分别为Q1、Q2、Q3、Q4，支渠取水口把干渠分成三段，各段长度分别为L1、L2、L3，各段的设计流量分别为QOA、QAB、QBC，计算公式如下：

例　已知某灌区总灌溉面积A总=9.44万亩，灌区有一条干渠，长10km，干渠下分出四条支渠，具体布置见图3-4，各支渠长度及控制灌溉面积如表3-6。灌区主要作物为水稻，设计净灌水率为0.7m3/（s·万亩），沿渠土壤为中粘壤土，地下水位较低，不影响自由渗流，试推求各级渠道的设计流量。

图3-4　某灌区渠系布置示意图（单位：m）(www.xing528.com)

表3-6　支渠长度及其控制灌溉面积

解

1.确定渠道配水方式

干、支渠均实行续灌，支渠以下斗、农渠实行轮灌，以三支渠作为典型支渠，同时灌水的斗渠有两条（n=2），每条斗渠分两组轮灌，同时灌水的农渠为3条（k=3）。

2.推求典型支渠及其所属斗、农渠的设计流量

（1）计算三支渠及所属农渠送到田间净流量。支渠配到田间的净流量为：

由于支渠内各条农渠控制的灌溉面积相等，故每条农渠送到田间的净流量为：

考虑田间水量损失，取田间水利用系数η田=0.9，则农渠净流量为：

（2）计算三支渠及所属斗、农渠的设计流量。

1）计算农渠的设计流量（Q农毛）：

由于沿渠土壤为中粘壤土，查表3-1得A=1.9，m=0.4。

同时L农为农渠的工作长度，等于农渠总长度的一半，即L农==0.6km。

2）计算斗渠的设计流量（Q斗毛）：

式中　L斗=0.8km（见图3-4）

由Q斗净=0.276m3/s，A=1.9和m=0.4，查表3-2得S斗=8.8L/（s·km），所以

3）计算三支渠的设计流量（Q3）：

根据Q支净=0.566m3/s，A=1.9和m=0.4，查表3-2得S支=13L/（s·km）。

由此可得到三支渠的灌溉水利用系数为

3.计算其他支渠的设计流量

（1）计算各支渠的设计流量。根据公式Q支田净=A支q设，则

（2）分析确定各支渠的灌溉水利用系数。以三支渠的灌溉水利用系数为典型，并参考条件相似灌区的经验数值，用以确定各支渠的设计流量。因一、二、三支渠长度和灌溉面积相近，故全取η支水=0.79，而四支渠的灌溉水利用系数，则采用类似区的数值并加以分析后，取η支水=0.7。

（3）计算各支渠的设计毛流量。按公式Q支毛=计算的结果为：一支渠Q1=1.772m3/s，二支渠Q2=1.639m3/s，四支渠Q4=4.9m3/s。

4.推求干渠各段设计流量

干渠为续灌渠道，从干渠尾端开始，逐段推算设计流量，直到引水口。现采用列表法计算，其结果见表3-7。

由表3-7可求得全灌区灌溉水利用系数为：

应该指出，上例所述是指各斗、农渠控制面积相等，作物种植比例相同时的流量计算方法。如果各斗、农渠控制面积大小不等，自上而下分配净流量的方法是：在一次灌水时间内，应按各轮灌组所灌溉的净面积比例，分配轮灌时间；在一个轮灌组内，则按每条轮灌渠道所灌溉的净面积比例，分配轮灌流量。

表3-7　某灌区干渠各段设计流量计算表