第一节　渠道流量的推算

灌溉渠道的设计流量是指灌水时期渠道需要通过的最大流量，它是设计渠道断面和渠道建筑物尺寸的主要依据，与渠道控制的灌溉面积、作物的灌溉制度以及工作制度有关。在渠道输水过程中，有一部分灌溉水源沿途通过水面蒸发、渠床渗漏等原因损失掉了，因此在渠道设计中，必须计入这一部分损失水量。在规划设计中，灌溉需要的流量称为渠道的净流量，用Qn表示；把净流量Qn和损失流量Ql之和称为渠道的毛流量，用Qg表示。

一、渠道的水量损失

渠道输送过程中的水量损失途径包括水面蒸发、渠床渗漏、闸门漏水和渠道退水等。在渠道水量损失计算中，水面蒸发损失一般不足渗漏损失的5%，在渠道流量计算中常忽略不计。闸门漏水和渠道退水取决于工程质量和用水管理水平，一般可以通过人为改善加以控制，在计算渠道流量时也不予考虑。基于上述因素，在推算渠道流量时，认为渠床渗漏损失水量近似等于总输水损失水量。

1.渠道渗流过程

渠床渗漏损失水量是通过渠底、边坡土壤孔隙渗漏掉的水量。影响渠道渗水损失的主要因素包括渠床土壤性质、地下水埋深、出流条件和渠道流量等。渠道的渗水量随着渗流过程而变化。渠道渗流过程可分为自由渗流和顶托渗流两个阶段。

（1）自由渗流阶段。渠道渗流不受地下水的顶托，即地下水峰未上升至渠底，渠道内的水流与地下水未形成连续水流。自由渗流可以分为两个阶段：

1）湿润渠道下部土层的阶段。在这阶段里，渗流水借重力和毛细管作用，逐渐湿润自渠底至地下水面之间的土层。这种情况下的渗流处于不稳定状态，湿润范围随时间与土层深度而变化。在地下水浅埋及出流条件较差的情况下，这一阶段的持续时间很短。这种情况往往发生在进行轮灌的渠道或者放水初期。

2）形成地下水峰阶段。渗流水达到地下水面之后，如果渠道的渗流量大于地下水向两侧的出流量，就会发生地下水峰，并逐渐向上扩展。当地下水浅埋且缺乏良好的地下水出流条件时，地下水峰将继续上升至渠底，很快结束这一阶段。当地下水深埋，并有良好出流条件时，则地下水峰上升较慢，这一阶段会持续很久，或者不可能上升至渠底。这一阶段往往发生在连续工作的渠道。

（2）顶托渗流阶段。地下水峰继续上升至渠底，地下水与地面水即连接成一片，这时的渠道渗流将受到地下水的顶托作用。

在已建灌区的管理运用中，渗漏损失水量可通过动水测量法、静水测量法或同心环测渗法等实际测量方法来测量渠道渗漏量。在灌溉工程规划设计工作中，常用经验公式或经验系数近似估算输水损失水量。

2.渠道渗漏损失的计算

（1）用经验公式估算输水损失水量：

1）如果地下水位较低，输水损失水量不受地下水顶托影响，可利用式（2－2－1）和式（2－2－2）计算渠道输水损失水量。

土壤透水性参数A和m应根据实测资料分析确定，在缺乏实测资料的情况下，可采用表2－2－1中的数值。

用式（2－2－2）计算出来的输水损失水量是在不受地下水顶托影响条件下的损失水量。

2）如灌区地下水位较高，渠道渗漏受地下水壅阻影响，实际渗漏水量比计算结果要小。在这种情况下，就要将以上结果乘以表2－2－2所给的修正系数加以修正。

上述自由渗流或顶托条件下的损失水量都是根据渠床天然土壤透水性计算出来的。

3）如拟采取渠道衬砌护面防渗措施，则应观测研究不同防渗措施的防渗效果，以采取防渗措施后的渗漏损失水量作为确定设计流量的依据。如无试验资料，可将上述计算结果乘以表2－2－3给出的经验折减系数。

其他符号意义同前。

（2）用水的有效利用系数来表示渠道的输水损失水量。总结已成灌区的水量量测资料，可以得出以下几个反映水量损失情况的经验系数。

1）渠道水利用系数。渠道的净流量与毛流量的比值称为该渠道的渠道水利用系数，用符号ηc表示，公式为

对任一渠道而言，毛流量即为从水源或上级渠道引入的流量，它的净流量即为分配给下级各条渠道流量的总和。

渠道水利用系数可以用来反映一条渠道的水量损失情况，或者反映同一级渠道水量损失的平均情况。

2）渠系水利用系数。灌溉渠系的净流量与毛流量的比值称为渠系水利用系数，用符号ηs表示。农渠向田间供水的流量就是渠系的净流量，干渠从水源引水的流量就是渠系的毛流量。渠系水利用系数的数值等于各级渠道水利用系数的乘积，即

渠系水利用系数可以用来反映整个渠系的水量损失情况。它不仅反映出灌区的自然条件和工程技术状况，还反映出灌区的管理工作水平。

目前，我国自流灌区的渠系水利用系数见表2－2－4。提水灌区的渠系水利用系数稍高于自流灌区。

3）田间水利用系数。田间水利用系数是实际灌入田间的有效水量和末级固定渠道放出水量的比值（对旱作农田，田间有效水是指蓄存在计划湿润层中的灌溉水量；对水稻田，指的蓄存在格田内的灌溉水量），用符号ηf表示，公式为

田间水利用系数是用来衡量田间工程状况和灌水技术水平的重要指标。在田间工程完善、灌水技术良好的条件下，旱作农田的田间水利用系数可以达到0.9以上，水稻田的田间水利用系数可以达到0.95以上。

4）灌溉水利用系数。灌溉水利用系数是实际灌入农田的有效水量和渠首引入水量的比值，用符号η0表示。它是评价渠系工作状况、灌水技术水平和灌区管理水平的综合指标，可按下式计算：

以上这些经验系数的数值与灌区大小、渠道长度、渠床土质和防渗措施、田间工程状况、灌水技术水平以及管理工作水平等因素有关。在选定适当的系数之后，就可根据净流量计算相应的毛流量。同时，在引用其他灌区的经验数据时需确保相关影响因素的相似性。

二、渠道设计流量的推算

（一）渠道的工作制度

渠道的工作制度就是渠道的输水工作方式，分为续灌和轮灌两种。

1.续灌

续灌就是在一次灌水延续时间内，自始至终连续输水的灌水方式。为了均衡各用水单位的权益，应尽量避免因水量过分集中而造成灌水组织和生产安排的困难，一般灌溉面积较大的灌区，干、支渠多采用续灌。

2.轮灌

轮灌是指同一级渠道在一次灌水延续时间内轮流输水的工作方式。

采用轮灌工作方式时，由于同时工作的渠道长度较短，各条渠道的输水时间相应缩短，输水流量得到集中，可以有效减少输水损失水量，有利于提高灌水工作效率。但是，轮灌渠道设计流量的加大，也造成渠道的土方量和渠道建筑物工程量增加。流量的过分集中，甚至还会造成劳力紧张，影响各用水单位在干旱季节的均衡受益。因此，一般较大的灌区，只在斗渠以下实行轮灌。

实行轮灌时，渠道分组轮流输水，分组方式可归纳为两种：

（1）集中编组。将邻近的几条渠道编为一组，上级渠道按组轮流供水，见图2－2－1。这种编组方式上级渠道工作长度短，输水损失小，但可能引起劳力紧张。

（2）插花编组。将统计渠道按编号的奇数或偶数分别编组，上级渠道按组轮灌供水，见图2－2－2。这种编组方式的优缺点恰好和集中编组的相反。

无论采取何种轮灌方式，轮灌数目都不宜划分太多，以免造成劳动力紧张，一般以2～3组为宜。划分轮灌组时，应使各组灌溉面积相近，以便配水。

（二）续灌渠道设计流量计算

续灌渠道一般为干、支渠道，由于渠道流量较大，上、下游流量相差悬殊，在计算过程中常需分段推算设计流量。此外，各级续灌渠道的输水时间都等于灌区灌水延续时间，因而直接由下级渠道的毛流量推算上级渠道的毛流量。因此，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。

在分段推算续灌渠道设计流量时，考虑到渠道水利用系数反映的是不同流量在不同渠段上运行时输水损失的综合情况，并不能代表整体渠段的水量损失情况，因而选用经验公式估算法来进行推算。以图2－2－3为例，图中所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：

（三）轮灌渠道设计流量的推算

一般来讲，轮灌渠道的输水时间小于灌水延续时间，因此不能直接根据设计灌水模数和灌溉面积自下而上的推算渠道设计流量。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、斗渠）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2－2－4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，同时工作的斗渠有两条，农渠有四条。为了使讨论具有普遍性，设同时工作的斗渠为n条，每条斗渠同时工作的农渠为k。

（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

（2）由支渠分配到每条农渠的田间净流量：

在自上而下分配田间净流量的过程中，如果出现同级斗渠或农渠控制面积不同，则应按面积比例进行逐级分配，首先计算出分给各条斗渠的田间净流量，再计算各条农渠应得的田间净流量。

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。按式（2－2－15）计算：

式中符号意义同前。

（2）推算各级渠道的设计流量。根据农渠的净流量自下而上逐级计入渠道输水损失，得到各级渠道的设计流量。同样可以通过经验公式法和经验系数法两种估算方法，来推算设计流量。

1）用经验公式估算输水损失的计算方法。结合渠道净流量、渠床土质和渠道长度，用式（2－2－16）计算：

2）用经验系数估算输水损失的计算方法。结合渠道的净流量和渠道水利用系数，用式（2－2－17）计算渠道的毛流量：

以上所述是指各斗、农渠的灌溉面积相等且种植比例相同情况下的流量推算方法。在同级渠道灌溉面积不等的情况下，自下而上分配净流量的方法是：在一次灌水时间内按各轮灌组所要灌溉的净面积比分配轮灌时间；在一个轮灌组内，按各轮灌渠道所要灌溉的面积比分配轮灌流量。

大、中型灌区中的支渠数量较多，支渠以下的各级渠道基本上都实行轮灌。如果依次逐条推算各条渠道的设计流量，会造成工作量繁重。为了简化计算，在规划设计中，通常选择一条有代表性的典型支渠按上述方法推算支、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，用式（2－2－18）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、渠道最小流量和加大流量的计算

1.渠道最小流量的计算

渠道最小流量是设计标准状况下渠道的最小流量，它可以用来校核下级渠道水位的控制条件，以及确定修建节制闸的位置。在设计中通常以修正灌水模数图上的最小灌水模数值作为计算渠道最小流量的依据，计算的方法步骤和设计流量的计算方法相同。

对于同一条渠道，其设计流量与最小流量相差不宜过大，否则在用水过程中，有可能因水位不够而造成引水困难。为了保证对下级渠道正常供水，目前有些灌区规定续灌渠道最小流量不宜小于渠道设计流量的40%，相应的最小水深不宜小于60%的设计水深。在实际灌水中，如某次灌水定额过小，可适当缩短供水时间，集中供水，使流量大于最小流量。

2.渠道加大流量的计算

渠道加大流量是指在考虑渠道内其他因素可能出现的附加流量而将设计流量适当扩大时的渠道流量，它是确定渠道断面深度和堤顶高程的依据。渠道加大流量的计算以设计流量为基础，给设计流量乘以“加大系数”，按式（2－2－19）计算：