黄淮缺水干旱地区渠系水利用系数测定及研究

【关键词】灌溉 渠系水 系数 测定

【作者】陈静 王儒波 许蕴毅 陈占才

1 项目背景研究

连云港市位于中国沿海中部，江苏省东北部，鲁中南丘陵山区和淮北平原结合部，地处淮河流域、沂沭泗水系最下游，属于黄淮地区。径流少、过境水量多是连云港市水资源的基本特点。该地水资源不能满足用水要求，沂、沭、泗来水虽然较多，但年际年内变化很大，有时甚至长期断流，而且大部分来水是同频相遇的大洪水，水利工程拦蓄能力低，新沂河的入境水量等于入海水量，新沭河90%左右的入境水直接入海，大部分外来水都无法利用。旱情一年四季都可能发生，经常是冬旱连春旱，初夏旱、伏旱和秋旱交替发生。据统计，建国以来，连云港市有27 年发生严重干旱缺水，特别是2010 年9 月～2011 年2 月发生了严重的秋冬连旱。2011 年2 月15 日，连云港市紧急启动了Ⅲ级抗旱应急响应。在干旱发生的时间分布上，干旱呈交替发生态势，一般是前一年的12 月至次年的2、3 月份的冬春连旱，5～6 月份的初夏旱，8～9 月中旬的伏旱及10～11 月份的秋旱，一年可能发生1～2 次干旱，也可能连续发生。连云港市是我国主要产粮区，农业用水量占总用水量比重大，所以为合理分配有限的水资源，促进农业用水的高效节约使用，有必要对农田渠系水利用系数进行测定，这也符合中央一号文件加快农田水利建设的精神。

目前，江苏省已出台了《江苏省工业和城市生活用水定额》，尚未制定出台农业灌溉用水定额，未系统地进行渠系水利用系数的测定。为节约农业用水，合理配置有限的水资源，有必要对农业用水灌溉定额进行分析研究。但之前的水利规划和水资源配置中采用的渠系水利用系数，大多采用书本上介绍的经验数据，或者引用邻近相似土壤条件地区的相关技术指标，这与目前优化水资源配置和优化设计灌区防渗渠道的要求不相适应。同时，该市已改造好的灌区，渠系水利用系数有明显的提高，但缺乏确切数据对比以充分说明改造效果。因此，通过对灌南县原灌溉渠系和已改造好的渠系进行现场实测，获得该地区的渠系水利用系数，为该地区的水资源合理开发利用、水利工程规划设计提供科学依据。同时为今后江苏省出台农业灌溉用水定额和今后水市场的建设提供数据支持。此外，本项目以期为其他类似土壤条件地区提供必要的参考。

2 测定区基本情况

2.1 渠道及大中小沟现状

连云港市灌南县的灌溉渠系有三种类型：第一种是20世纪60 年代末70 年代初规划设计的干、支、斗、农、毛五级到田的自流灌溉老土渠系，这类渠系断面大、级别多、渠系水利用率低。随着灌区改造进程的不断推进和节水灌溉技术的不断提高，这类灌区的渠系大部分需要进行改造。第二种是小型灌区，此类灌区一般支、斗、农、毛四级到田或斗、农、毛三级到田。第三种是渠系结构为混凝土梯型或“U”型防渗渠，防渗渠一般为斗、农、毛三级到田，防渗效果好，渠系水利用率高。根据灌南县灌溉渠系的实际情况，本次对第一、三类渠系不进行测定，对二类渠系进行选择性调查和测定。有关沟、渠调查见表1、表2。

2.2 土地利用情况

测区内土地面积共166 公顷，土地利用情况见表3。

2.3 土壤情况及理化特性

测区内土壤为粘土，其理化特性测定见表4。

3 技术指标和施测方法

3.1 施测渠道及测段测点选择

支渠选择公兴总支渠，斗渠选择公兴斗渠，农渠选择公兴农渠。测试按水文测试规范要求进行。所选择的支、斗、农三级渠道均渠道顺直，边坡光滑，渠底平整无杂草，渠内无障碍物如柴、蒲等水草。上下测点之间做到无取水、无跑漏,渠道处于全封闭状态，以保证施测精度。测试顺序先测支渠，然后斗渠、农渠。施测始末均记录渠道水位、沟河水位，以了解输水过程。

3.2 测定仪器选择

上游测点选用管口直读式自记流量计进行测量，下游测点选用LS68 型旋杯式流速仪；斗渠上游测点选用LS68- 2 型旋桨式流速仪，下游用LS68 型旋杯式流速仪；农渠视断面情况选用上述旋杯式或旋桨式流速仪。毛渠因断面小，需用梯型堰施测（因条件所限，未予施测）。

3.3 测次安排

测试分三个时期，取其平均值。一是泡田移栽期6 月10～30 日；二是用水中期水稻需水敏感期8 月10～25 日；三是用水末期即水稻灌浆期9 月10 日～25 日。三次重复分别在各施测期内当天完成。三次重复选择高、中、低三种不同水位。

3.4 地下水位观测

施测前在斗渠与中沟之间打排井，观测地下水位变化动态，以了解渠道侧渗情况。排井位置定在渠、沟间1/2、1/4、1/8 处。

3.5 测段封闭

测段内渠道要求封闭堵漏，以保证成果的准确性。

3.6 水位观测

施测前在斗、农渠道上下游安装水位尺，观测水位变化情况。

3.7 测线测点划分

根据现场特征因地制宜操作，按水文测验规范要求进行。

3.8 测程设置

施测时上、下游测点同步施测、水位同步观测。施测采用一点法（0.6），施测时先自左向右（面向下游），逐线、逐点施测；再自右向左施测，使之为一测程，以消除各测线、测点施测时间先后对流速的影响及误差。为消除仪器误差，在同一测点位置用两台仪器进行比测的方法或上、下游测点完成后再对调施测，以消除仪器误差。测流时，时间把握应适时合理，泵站开机出水至渠道内断面水流平稳、水位变化稳定后施测。

3.9 关于水面蒸发

渠道在输水过程中，损失总量中含水面蒸发，其量在施测过程中显得很小。按2003 年7～9 月灌南县水稻生长期日平均蒸发量3.65mm换算成自然水面蒸发量为2.92mm（换算系数为0.8）；施测时间约0.5h，支渠最大水面宽7.75m；斗渠3.5m；农渠2.0m；测段距离600m；则每次测流段水面蒸发量为：

支渠下游断面平均水量为：0.711×0.5×3600=1279.8m3，此时水面蒸发损失仅0.2828m3，只占总水量的0.022%，所占比率很小，可忽略不计。

4 测定结果及分析

4.1 测定结果见表5

4.2 结果分析

表5 中支渠每千米渠道渗漏损失量平均为0.073m3/s。测流断面有效利用系数平均达94.17%，所测资料偏高。斗渠级每千米渗漏损失平均为0.188m3/s；测流断面有效利用系数达81.48%，同样偏高。农渠级每千米渗漏损失平均为0.035m3/s，测流断面有效利用系数平均为77.09%，也偏高。

按此计算，则支、斗、农三级渠系水利用系数则为η支·η斗·η农=0.9417×0.8148×0.7709=59.15%。

4.3 土壤及地下水位的影响

根据渠道沟堤的地下水位实测浸润线，可明晰渠道灌溉过程的变化情况，土渠道的垂渗和侧渗对渠系水的利用影响较大；沟河水位以及田间水位影响也较大，土壤因质地原因也有一定影响。

5 结论

通过实测，完成本地粘土区支、斗、农渠道渠系水利用系数的测定，分别为：支渠平均94.17%，斗渠平均81.48%，农渠平均77.09%，支、斗、农三级渠系水利用系数为η支·η斗·η农=59.15%。完成粘土区每千米渠道输水损失的测定，分别为：支渠平均0.073m3/s，斗渠平均0.188m3/s，农渠平均0.035m3/s。求出每千米净流量，分别：为支渠平均0.682m3/s，斗渠平均0.422m3/s，农渠平均0.062m3/s。确定渠道输水损失与每千米净流量的关系为反比例关系，即渠道输水损失越大，每千米净流量越小，渠系水利用系数越低，反之，输水损失越小，每千米净流量越大，渠系水利用系数就越高。

本项目已列入江苏省水利科技重点推广项目，2010 年7 月受江苏省水利厅科技处委托，组织专家对此项目进行了验收。结论为：该项目通过大量数据分析，推算出灌南县粘土区各级土渠道有效利用系数，提出的系数可为土渠规划设计提供科学依据，也可为核算粘土区防渗渠道的节水、节能、节电、节地、增效提供较准确的参考数据，成果在粘土区水渠建设中具有一定的推广应用价值。