兴电灌区渠道防渗分析防渗技术应用 - 中国节水灌溉网.doc

甘肃兴电灌区渠道防渗技术分析与应用 甘肃省白银市兴电工程管理局 张国琦 摘要：渠道防渗改造是兴电灌区综合治理节水改造，提高水的利用效率，实现节水灌溉的重要手段之一，而渠道防渗节水效果又主要是通过渠道水利用系数来体现的；如何估算渠道水利用系数，是进行水资源供需平衡分析确定渠道规模的重要依据之一，也是渠道节水量计算的重要依据。本文应用渠道水损失率的概念，根兴电灌区的实际测算数据，从理论上推导出渠道水利用系数的统一估算式，进一步研究了流量取值对渠道水利用系数的影响。 1 概述 渠道的输水损失计算研究是兴电进行节水型社会建设的一个重要课题。进行渠道防渗改造，是兴电灌区加大续建配套与节水改造力度，减少用水损失，改善灌区生态环境，提高水资源的利用率和生产效率所采取的主要手段之一。结合灌区实际，兴电渠系改造采用新技术、新方法：干渠断面梯弧化，支干渠现浇U型化，支、斗渠预制衬砌U型化。明渠衬砌全部采用土工防渗膜，减少了水损失，收到了明显的效果，使渠系水利用率由1998年的0.64提高到2009年的0.68。年节约水量400多万m3,年可增加水费收入96元。在多年的实践中，形成了一些符合兴电灌区实际的渠道的输水损失计算公式。 2 渠道渗漏分析 对渠道水利用系数的估算，就是对渠道的输水损失的正确计算，也就是如何将渠道输水损失合理的转化为渠道水利用系数的一种数量变化关系。 2.1 一般土渠道 在现行灌溉渠道流量的计算方法中，是将每公里渠道长度上的输水损失S作为一个常数，用下列公式推算设计流量Q设和渠道水有效利用系数η渠。 Q设=Q毛=Q+ΔQ　　(1) 　　(2) 　　(3) 　　(4) 　　(5) 由式(1)和式(5)可推求出下式：　　(6) 　　(7) 式中　L—渠道长度(km)；S—单位渠道长度输水流量损失［m3/(s．m)］；A、m—系数和指数，与渠床土壤的透水性有关；Q毛、Q—渠道毛流量和净流量(m3/s)。　　若渠首毛流量为Q毛，经过流程L后的流量为Q，再经过流程dl，若损失流量为dQ，则从渠首经过流程L+dl后的净流量为Q-dQ。在dl渠段内，单位流量在单位流程上的损失量为σ，根据式(2)，得到下式： 　　(8) 式(8)又可化为： Qm-1dQ=Adl 积分为： ∫Q毛QQm-1dQ=∫L0Adl m-1［Qm］Q毛Q=A［l］L0 m-1(Qm毛-Qm)=A L 所以，经过流程L后，净流量为： Q=(Qm毛-A m L)m-1　　(9) 由式(6)和式(7)又可推导出计算渠段L内渠道水利用系数平均值的公式： 　　(10) 将式(9)代入式(4)得： 即： 　　(11) 　　以上公式中的常数m、A由实测来确定，也可参考有关文献数值。　 2.2　　防渗渠道 2.2.1　防渗渠道的形式及特点　　渠道防渗是提高渠道水有效利用系数、减小输水过程损失的工程措施，兴电灌区采用不易透水的塑料薄膜作为防护层进行防渗处理，既可减少水的渗漏损失，又可加快输水速度，减少轮灌时间，缩短轮灌周期，提高灌水效率等优点。 2.2.2　衬砌渠道的渗水损失公式 S防=β S　　(12) 式中　S防—采取防渗措施后每公里渠道的渗水量(m3/s);　　　S—未采取防渗措施时每公里渠道的渗水量(m3/s)；　　　β—渗水量减少系数。将式(11)代入式(12)得： 　　(13) 2.3 渠道输水损失率 从上述推演可以看出渠道的损失计算对渠道水利用系数的估算是十分重要的，根据水在土壤中渗流的理论，当地下水埋深很大，有渗流速度近似等于K，水力坡降近似等于1，则每公里渠道渗漏损失的机理表达式为,每公里渠道损失率为。式中S为每公里渠道损失流量（m3/s·km）；K为渠床土壤渗透系数(m/d)；σ为每公里损失流量占渠道净流量的百分数(%)；QK为渠道的净流量(m3/s)；Y为断面边坡侧向毛管吸水的修正系数，其决定于土壤的毛管特性，取值为1.1~1.4；b、h、M分别为渠道断面的底宽（m）、渠深（m）、边坡系数。 因有渠道流量，而宽深比，则渠道的水深，代入渠道的损失率公式有，这一表达式经过变换后可以写成如下更为一般的表达式：，若以渗透系数A代替，同时为使中的0.5次方更具有统计方面的河相意义，以流量指数m表示，则渠道输水损失率可以表达为更为简洁的形式而且更接近于AH考斯加可夫的公式即。 从兴电灌区已经防渗的渠道的渠道损失的统计资料进行分析表明，对于衬砌渠道公式所表达的形式也是一样的，只是公式中的流量指数以及渗透性系数取值不同而已。兴电灌区塑膜防渗和浆砌石防渗的统计数据分析，相关系数在0.76以上，具有较好的相关性。统计资料表明土渠存在，对于塑料薄膜防渗存在，而对于浆砌石渠道存在的关系，可见所推导的理论公式在兴电灌区具有十分重要的应用价值，