青州张庄灌区渠道设计流量计算分析

张仁宝 ，武华宝 ，林 云

（1.山东农业工程学院，山东 济南 250100；2.青岛莱西市自来水公司诺诚检测中心，山东 莱西 266600）

青州市张庄灌区，位于鲁中山区西部边缘，属于低山丘陵区，灌区三面环山。该灌区主要用来解决人畜用水，并结合抗旱灌溉。在设计的过程中，遵循了安全可靠、经济合理、用水管理和工程管理方便、综合利用等原则。

1 渠道相关参数分析

1.1 渠道设计流量分析

渠道的设计流量是在灌溉设计标准条件下为满足灌溉用水的要求而需要渠道输送的最大流量。它与与灌区灌溉制度、灌溉面积和作物组成、渠道的工作制度以及渠道的输水损失等因素有关，设计流量的确定是由设计灌水率（灌水模数）和灌溉面积按照渠道工作制度分析计算的。

1.2 渠道的输水损失的分析

渠道在灌溉输水过程中由于渗漏、水面蒸发和沿程损失，会有部分的水量损失。渠道输水损失的原因主要有渠道渗漏损失、闸门漏水、渠道退水和渠道水面蒸发损失等。渠道渗漏是造成输水损失的主要原因，其影响因素主要有土壤性质、地下水位状况和渠道施工质量等，闸门漏水和渠道退水主要影响因素是用水管理水平和工程质量，该条件可通过灌区管理工作加强予以限制，因而在计算渠道流量损失时也不予考虑，而水面蒸发损失一般小于渗漏水量的5%，在渠道流量计算中一般忽略不计。所以，渠床渗漏损失的水量是灌溉渠道输水损失中主要的损失水量，为计算方便近似地看作总输水损失量。

2 渠道设计流量的计算分析

在灌溉渠道设计时，要考虑流量变化对渠道的影响，尽量满足更多的用水条件变化要求。在实际工作中，是从变化的流量中取其典型流量作为设计依据的，这也就是渠道的正常流量。

2.1 轮灌渠道设计流量的推算

常用的轮灌渠道渠道流量推求方法是根据轮灌组划分情况自上而下逐级分配末级（一般是支渠）续灌渠道的田间净流量直至最后一级（农渠），再由农渠分配的田间净流量逐级向上计入输水损失水量和净流量，从而得到各级渠道毛流量，即设计流量。

2.2 续灌渠道设计流量的推算

续灌渠道是上级渠道向下级渠道同时供水,所以可以在考虑输水损失的情况下由下级渠道逐级推求。

3 案例分析

青州张庄灌区的灌溉面积1.95万hm2，灌区有两条干渠，下设21条支渠。全灌区土壤、水文地质等自然条件和作物种植情况比较接近，因而选择其中第3条支渠为典型支渠。灌区以小麦、春玉米、夏玉米为代表作物。设计灌水模数q设=0.55 m3/（s·100 hm2），灌区土壤为轻黏壤土。以右干渠第3支渠为典型支渠，推求其设计流量。

1）分析推求农渠的设计流量（毛流量）。

根据支渠控制面积和灌水率，可得三支渠田间净流量Q4支田净为0.73 m3/s；三支渠中同时工作的斗渠和农渠分别是3条和2条，则田间净流量Q农田净为 0.129 m3/s。

取田间水利用系数ηf=0.95，则农渠的净流量Q农净根据公式（3）计算得0.136 m3/s。

2）分析推求斗渠的设计流量（毛流量）。根据斗渠的净流量应为其控制的同时工作的农渠数量和农渠的设计流量，可得每条斗渠净流量Q斗净为0.28 m3/s。

农渠分两组轮灌，各组要求斗渠供给的净流量相等。但是，第二轮灌组距斗渠进水口较远，输水损失水量较多，据此求得的斗渠毛流量较大。因此，以第二轮灌组灌水时需要的斗渠的毛流量作为斗渠的设计流量。斗渠的平均工作长度L=1.63 km，而根据，每公里斗渠长度损失水系数可得0.033，可求得斗渠毛流量或设计流量Q斗毛为0.295 m3/s。

3）分析推求三支渠的设计流量（毛流量）。支渠的净流量为支渠控制同时工作的斗渠毛流量之和。因为一条支渠内同时工作的斗渠有3条，所以支渠的净流量等于三条斗渠的毛流量之和，即0.88 m3/s。

支渠分两组轮灌，各组要求支渠供给的净流量相等。但是，第二轮灌组距斗渠进水口较远，输水损失水量较多，据此求得的支渠毛流量较大。因此，以第二轮灌组灌水时需要的支渠的毛流量作为支渠的设计流量。同时，选取支渠的计算长度时，以支渠的实际长度为计算长度显然偏长，若以分水口到轮灌组开始位置则偏短，因此选取分水口至轮灌组中点的距离作为支渠的平均工作长度L为3.94 km，综上分析，可得支渠的毛流量或设计流量Q支毛为0.89 m3/s。

4）计算干渠的设计流量（毛流量）。计算三支渠灌溉水利用系数 η4支水=Q4支田净/Q支毛=0.82。

以典型支渠（三支渠）的灌溉水利用系数作为扩大指标计算其他支渠的设计流量，再计算最终各支渠的设计流量（表1右干渠各支渠的设计流量计算，表2左干渠各支渠的设计流量计算）。

表1 右干渠各支渠的设计流量计算

表2 左干渠各支渠的设计流量计算

根据公式Q干=∑Q支毛+βσ干L干计算各干渠的设计流量，推求右、左两干渠渠首设计流量分别为7.5 m3/s和4.98 m3/s，由以上两表格求得总流量为12.48 m3/s。

4 结语

渠系设计合理，将能有效的避免灌溉引水过程中因水量过小、沿程损失过大，渠系水利用系数过低的问题，并且可以在灌溉方面，全面安排，充分利用水源，最大限度地发展可灌面积，也能有利于从而有利于农业增产、农民增收，灌区水资源的优化配置，同时，也有利于提高灌区内灌溉用水量和作物用水量，对灌溉农业可持续发展具有重要的意义。