曹德軍

(法庫縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣與行政執(zhí)法中心，遼寧 法庫 110400)

1 灌區(qū)概況

鐵甲灌區(qū)位于丹東市東港市的東南沿海平原，北臨群山，南臨黃海，東起安民、西至龍態(tài)河；全區(qū)呈長方形，東北高，西南低。灌區(qū)控制面積383km2，土壤成因?yàn)辂}漬母質(zhì)，在潛育化過程中逐步脫鹽發(fā)育起來的淤泥質(zhì)亞黏土。pH值為5.8-8.0之間。土壤含鹽量0.1-0.8‰之間。年降雨量均值950mm，年平均氣溫8.5℃，生育期(5-9月)平均氣溫20℃以上。年平均日照2576小時(shí)，無霜期202天，地形、土壤、氣候條件均適于水稻生長的需要。

鐵甲灌區(qū)于1967年5月建成并投入使用，該地區(qū)受益的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有9個(gè)及國有農(nóng)場1個(gè)，包括71個(gè)村、586個(gè)生產(chǎn)組、56個(gè)單位、600多用戶組成?？偢孛娣e為35200hm2，除去9466.67hm2是旱田，其余是水田和葦田、菜田。

灌區(qū)渠道為土壤襯砌形式，防滲措施為土料夯實(shí)防滲。該灌區(qū)實(shí)行兩級(jí)管理體制，即干渠為灌區(qū)派出單位負(fù)責(zé)管理，支渠以下由鄉(xiāng)鎮(zhèn)水電所管理，灌溉維修工程投資有限，跑、冒、漏等現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

2 灌區(qū)水文氣象特征

2.1 氣候

灌區(qū)位于黃海北岸東港平原的東側(cè)，氣候相對(duì)濕潤，年平均氣溫8 - 9℃，屬溫帶季風(fēng)氣候。

2.2 降水

區(qū)域面迎鴨綠江口，水汽來源及地形條件相對(duì)優(yōu)越，雨熱同季，寒暑分明，降雨量年內(nèi)分配很不均勻，主要汛期7、8月徑流通常占全年徑流量的60%左右，作物生長需水量需人工調(diào)節(jié)灌溉。鐵甲灌區(qū)2020年5-9月份平均降水量為971.7mm，比多年同期均值731mm多32.9%。鐵甲灌區(qū)2020年5-9月降水量頻率計(jì)算見表1。

表1 鐵甲灌區(qū)灌溉期降水量頻率對(duì)照表

2.3 蒸發(fā)

由于瀕臨黃海，氣候相對(duì)濕潤，本區(qū)的蒸發(fā)能力不是很大，鐵甲灌區(qū)5—9月份多年蒸發(fā)量283.4mm，2020年同期蒸發(fā)量為336.0 mm，比多年平均多18.6%。

3 灌區(qū)引水特性

供水水源以鐵甲水庫為主，補(bǔ)充水源是以十八場提水站引鴨綠江水為主，目前有兩個(gè)渠首水源:一個(gè)是以鐵甲水庫為主的水源，設(shè)計(jì)流量為39.5m3/s;二是十八場水源，其設(shè)計(jì)流量為16.20 m3/s。鐵甲水庫位于柳林河上游，集水區(qū)面積為241km2，總庫容為2.34億m3/s，興利庫容為1.5975億m3/s。十八場水源的提水站，主要分布在柳林河、石溝河下游，提取本流域的地表水和鴨綠江的納潮水，以梯級(jí)泵站的形式向灌區(qū)干渠供水。

有干、支、斗、農(nóng)四種渠道分布在該灌區(qū)，干渠1條35.54km，渠首坐標(biāo)為E124°12.5′-N40°1.2′，連接一條5.50km的干渠，將干北的4個(gè)小水庫連接在一起，相互調(diào)整，共同使用，形成江、河、庫相連，溝渠相通的長藤結(jié)瓜的工程布局。既可東水西調(diào)，又可西水東援，運(yùn)用自如。現(xiàn)有支渠為21條，5條連接渠， 10條直通都渠，總長為97km， 253條斗渠，全長為208 km;有3554條農(nóng)渠，總長1627km。全灌區(qū)大小提水站30座62機(jī)組，總裝機(jī)容量4434kW，提水能力為36.55 m3/s，渠道為26條，總長46.5km。

灌區(qū)有12條大型排水溝，全長111km，直通黃海，總排水面積882km2。除排泄本灌區(qū)383km2外尚有499km2的山區(qū)客水。目前除一條干溝>10a標(biāo)準(zhǔn)，其余各干溝低于5a標(biāo)準(zhǔn)。該灌區(qū)干渠頭采用間歇式引水，除泡田期長外，每次引水天數(shù)較長，一般在3-5d。

4 渠道水利用系數(shù)的測定

根據(jù)渠道土質(zhì)及輸送流量的空間分布情況，分別選取干、支、斗、農(nóng)各級(jí)渠道代表性渠段，通過對(duì)代表性斷面進(jìn)出水量的同步監(jiān)測，定量計(jì)算了渠道斷面的損失水量，進(jìn)而推導(dǎo)出整個(gè)渠道及渠系的用水系數(shù)。

4.1 代表渠段的選取

測試考慮鐵甲灌區(qū)整個(gè)渠段的土質(zhì)、防滲措施、輸水流量、分水情況等綜合因素，選取能接近其平均水平的測試渠段。

4.1.1 干渠

該灌區(qū)有干渠一條，全長35.5km，選取長度足夠、上下段間分水口相對(duì)較少的兩條試驗(yàn)渠段作為主渠，第一主干渠道的典型段跨第二支渠道，測試上斷面距渠首站3.75Km，為土壤襯砌，渠道土質(zhì)為亞黏土，渠段長1418.0m；第二干渠典型段在五、六兩支渠間，測試上斷面距渠首站17.4Km，為土壤襯砌，渠道土質(zhì)為亞黏土，渠段長1821.1m。

4.1.2 支渠

全灌區(qū)有支渠21條，平均長度3429m。測試渠道典型段選擇在二支渠和五支渠，第二次測試時(shí)因五支渠未放水，將支渠以下測試渠道典型段移至六支渠，典型段均為土壤襯砌形式。

二支渠測試段長390.0m，測試上斷面距干渠83.75m，為土壤襯砌，渠道土質(zhì)為亞黏土；五、六支渠測試段長均為356.0m，測試上斷面距干渠分別為600 m和700 m，均為土壤襯砌，渠道土質(zhì)為亞黏土。

4.1.3 斗渠

全灌區(qū)共有斗渠253條，平均長度823m。本年度在2、5、6支渠下先后選取6條典型斗渠段進(jìn)行測試，渠道內(nèi)土質(zhì)均為亞黏土，靠岸邊兩側(cè)雜草、蘆葦叢生，水流紊亂，對(duì)測試精度影響較大。二支渠下兩條斗渠典型段長度分別為165.0m和80.0m，測試上斷面距支渠分別為10m和15m，均為土壤襯砌，渠道土質(zhì)為亞黏土；五、六支渠下4條斗渠典型段長度分別為64.0m、135.0m和100.0m、182.0m，測試上斷面距支渠分別為14.0m、15.0m、 18 m和25 m，均為土壤襯砌，渠道土質(zhì)為亞黏土。

4.1.4 農(nóng)渠

全灌區(qū)600m以上的農(nóng)渠844條，平均長度458m。該灌區(qū)農(nóng)渠管理較差，跑水現(xiàn)象普遍，嚴(yán)重影響測試精度。本次測試共選取農(nóng)渠典型段5條，受條件所限，測試段無法固定，長度為50-120m。

4.2 監(jiān)測時(shí)間及次數(shù)

2006年對(duì)鐵甲灌區(qū)干、支、斗、農(nóng)各級(jí)渠道的基本情況進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)地調(diào)查，并分別于6、7、8月下旬開展了三期渠系水監(jiān)測。由于客觀原因耽誤，第一監(jiān)測時(shí)機(jī)過遲，渠道內(nèi)放水流量太小，所測數(shù)據(jù)缺乏代表性，本次未予采用；后兩期測試均為水稻生育期。

4.3 灌溉水利用系數(shù)的計(jì)算

4.3.1 渠道水利用系數(shù)η渠道

1)基本原理

渠道水利用系數(shù)計(jì)算公式為：

η計(jì)算渠段=η代表渠段L/ΔL

(1)

式中：η代表渠段為渠道水利用系數(shù)；η計(jì)算渠段為渠道水利用系數(shù)；L為計(jì)算渠段的長度；ΔL為渠段的長度。

2)代表渠段的渠道水利用系數(shù)

計(jì)算公式為：

η代表渠段=Q下/Q上

(2)

式中：η代表渠段為渠道水利用系數(shù)；Q上、Q下為上、下斷面的代表渠段流量。

當(dāng)試驗(yàn)河段出現(xiàn)分叉或發(fā)散時(shí)，可采用試驗(yàn)算法求解河段單位長度的用水系數(shù)η單位，公式為:

Q上=Q下η單-△L+∑qiη單-Li

(3)

式中：η單位為渠段單位長度的渠道水利用系數(shù)；△L為測試渠段長度；Li為第個(gè)分流口到試渠段上斷面的長度；Q上、Q下及qi為測試渠段上、下斷面及分流斷面的流量[1]。

3)干、支、斗、農(nóng)各級(jí)渠道的渠道水利用系數(shù)

某一渠道的渠道水利用系數(shù)可以通過渠道排放的凈水量與渠道水頭引入的總水量的比值來計(jì)算。計(jì)算公式如下:

η渠道=1/(∑αiη單-Li)

(4)

式中：Li為第i個(gè)分支對(duì)應(yīng)的本級(jí)渠道長度；αi為第i個(gè)分支的分水量占本級(jí)渠道凈排水量的權(quán)重；η單為本級(jí)渠道單位長度的渠道水利用系數(shù)。

在提前得到河道內(nèi)平均輸水量長度的情況下，河道用水系數(shù)η也可由下式計(jì)算:

η渠道=η代表渠段L/ΔL

(5)

或

η渠道=η單位L

(6)

式中：L為渠道的輸水均長。

4.3.2 干渠

根據(jù)公式(3)，測試渠段內(nèi)含有分支、分流計(jì)算結(jié)果見表2。

4.3.3 支渠

根據(jù)公式(3)，測試渠段內(nèi)含有分支、分流計(jì)算結(jié)果見表3：

表2 鐵甲灌區(qū)干渠代表段η單量化計(jì)算表

表3 鐵甲灌區(qū)支渠代表段η單量化計(jì)算表

灌區(qū)有支渠20條，平均長度為3.429 km，斗渠平均距離為450m。這樣，概化出各支渠的平均分支狀況，并根據(jù)排出凈流量與引水總流量之比計(jì)算出渠道水的有效利用系數(shù):η渠道=1/(∑αiη單-Li)，計(jì)算結(jié)果為0.87177。

4.3.4 斗渠

根據(jù)公式(3)，測試渠段內(nèi)含有分支、分流計(jì)算其計(jì)算結(jié)果見表4。

灌區(qū)共有斗渠253條，平均長度為823m，農(nóng)渠平均渠距為25m，概化出各斗渠的平均分支狀況，并根據(jù)排出凈流量與引水總流量之比計(jì)算出渠道水的有效利用系數(shù):計(jì)算結(jié)果為0.8985。

4.3.5 農(nóng)渠

根據(jù)公式η單位=(Q下/Q上)1/△L，其計(jì)算結(jié)果見表5。

表4 鐵甲灌區(qū)斗渠代表段η單量化計(jì)算表

灌區(qū)共有3554條農(nóng)渠，總長度1627km，平均長度為457.8m,采用其排出凈水量與渠首引進(jìn)毛水量的比值進(jìn)行推求渠道水有效利用系數(shù)，由于渠系大小不同，引進(jìn)水口千差萬別的分布形式,采用簡化方法計(jì)算供水的平均長度，L輸=457.8/2=229m，渠道水有效利用系數(shù)的計(jì)算結(jié)果為0.9307。

4.4 渠道水有效利用系數(shù)的修正

4.4.1 干渠

鐵甲灌區(qū)干渠除部分過河渡槽外，采用土襯砌防滲形式，其防滲貫穿整個(gè)過程,由于渡槽的長度占渠道總長的比例微小，故無需修正，其有效利用系數(shù)為0.7108。

4.4.2 支渠

各支渠防滲形式均為土層襯砌，其計(jì)算后的利用系數(shù)為0.8718。

4.4.3 斗渠

各斗渠防滲形式均為土層襯砌，其計(jì)算后的利用系數(shù)為0.8985。

4.4.4 農(nóng)渠

各農(nóng)渠防滲形式均為土層襯砌，其計(jì)算后的利用系數(shù)為0.9307。

4.5 渠系水有效利用系數(shù)

4.5.1 渠系水有效利用系數(shù)的計(jì)算方法

渠系水有效利用系用下式計(jì)算

η渠系=η干渠η支渠η斗渠η農(nóng)渠

(7)

4.5.2 渠系水有效利用系數(shù)的修正

鐵甲灌區(qū)水渠系統(tǒng)分布主要為干渠、支渠、斗渠和農(nóng)渠固定渠，還有10個(gè)直屬溝渠。由于主干渠下的直斗渠道引入的水量不通過經(jīng)過支渠；而聯(lián)干渠下的直斗渠所引入的水量既不需要經(jīng)過支渠，也不需要經(jīng)過主干渠。所以，在計(jì)算渠水有效利用系數(shù)η時(shí)，渠系直斗需要超級(jí)修正，整個(gè)灌區(qū)的η渠系按不同類別直斗的灌溉面積權(quán)重予以綜合，推得結(jié)果為：η渠系=0.5394[2]。

4.5.3 田間水有效利用系數(shù)

田間水有效利用系數(shù)取經(jīng)驗(yàn)值η田間=0.97。

4.5.4 灌溉水有效利用系數(shù)

計(jì)算公式為：

η渠系=η渠系η田間=0.5394×0.97=0.5232

(8)

5 結(jié) 語

渠道水利用系數(shù)反映了干渠向各渠的流失量，是衡量農(nóng)田灌溉水利用情況的重要指標(biāo)。并能綜合反映灌區(qū)的水資源管理水平。利用渠道利用水系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式確定了失水的計(jì)算公式[10]，推導(dǎo)出了主渠道的用水系數(shù)，有助于提高渠道的用水效率。