当前渠道水利用系数估算

1、当前渠道水利用系数估算摘要摘要：渠道防渗是塔里木河综合治理节水改造 ，进步水的利用效率， 实现各源流灌区向塔里木河干流下放生态水的重要手段之一，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。本文引进了渠道水损失率的概念，并基于渠道损失强度的两个基本假设从理 论上推导出渠道水利用系数的同一估算式，并结合叶尔羌河灌区的情况说明这一 估算式具有十分广泛的应用价值，且进一步探究了流量取值对渠道水利用系数的 影响。摘要:渠道防渗渠道水利用系数输水损失率1概述塔里木河流域由于近数十年来各源

2、流灌区的无序开发，大量拦截水资源,使注进塔里木河干流水量逐年减少，从而形成干流逐渐枯竭，使下游数百公里河 道断流,沿岸曾经生长非常繁茂的数百公里生态林逐年衰败甚至死亡，进而造成塔里木河流域大生态环境的急剧恶化，这种状态如不及时得到改变，大沙漠周边 的绿洲也将面临被沙漠蚕食的古楼兰一样 ，成为大生态灾难的牺牲品，后果是不 堪设想的。目前各源流灌区加大灌区节水改造力度 ，尽最大努力增加对干流生态 水的排放量，达到改善塔里木盆地大生态环境的目的工作正在进行，采取的主要手段之一就是大规模的采用渠道防渗工程，以进步水资源的利用率和生产效率。渠道防渗的探究是和浇灌发展过程紧密的。我国对渠道防渗的探究*在8

3、0年代，多次召开了全国性的学术交流会议。目前我国正在进行的大型灌区的 续建配套和节水改造工作以及对于塔里木河流域正在进行的综合治理工作也都 是以渠道防渗为主要工程手段进行的，而渠道防渗效果又是通过渠道水利用系数 体现的，所以在实测资料的基础上，分析渠道水利用系数经验公式的公道性，给出 同一的估算公式，具有重要的现实意义。对于渠道水利用系数的估算，实质上可以回结为如何正确计算渠道的输 水损失，以及渠道输水损失怎样公道的转化为渠道水利用系数。渠道的输水损失 计算可以采用理论或经验公式计算。 理论计算主要是求解各种初、边界条件下的 渠道的渗流基本方程的解，理论分析的方法从损失时理、结果表达方面是相对

4、精 确的，但给出的初边界条件较为严格，操纵上较为复杂，生产上应用未几。经验公式计算主要通过对现场实测资料的统计分析和或专门试验得出的。经验公式可以分为两大类，一类是对未衬砌渠道采用的经验公式，一类是对衬砌渠道采用的公 式摘要：对未衬砌渠道即土质渠道的渗漏损失总结的公式如埃及的莫尔斯沃斯和 延尼达米娅的公式（C为现场采用静水法试验得出的渠道湿周上的渗透系数,d为水深,1为渠道长,x为湿周）,以及AH考斯加可夫根据大量的实际数据的土渠输水 损失经验公式为（式中为每公里渠道输水损失占渠道净流量的百分数 ,A为渠床 土壤的透水系数，m为流量指数）;对于衬砌渠道的输水损失，主要有戴维斯和威 尔逊根据印度

5、衬砌渠道总结 的公式如（式中摘要:S为各种 渠床的 渗漏损失,x,d,l,v分别为渠道的湿周,水深,渠长和流速,C为和衬砌材料有关的系数）。总之，这些基于实测资料上的经验估计式，大都具有形式简单、应用方便的特征。 在有一般土质渠道输水损失的经验公式后，衬砌渠道的输水损失往往根据衬砌体 的形式采用了不同的折减系数进行折减估计。从以上渠道的损失计算式的大致分 类可以看出，以渠道的输水损失率形式表达的渠道输水损失可以方便的推出渠道 水利用系数，由于从单位长度渠道损失率的定义就可以得出其和单位长度渠道水 利用系数显然存在的关系，有了单位长度渠道的水利用系数，知道了渠道上流量 沿程如何变化，就可以依据单

6、位长度渠道水利用系数求得全渠道的水利用系数。2渠道输水损失率从概述当中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，因此,分析并给出渠道输水损失同一的、一般的、公道的公式就具有重要的 意义。根据水在土壤中渗流的理论，当地下水埋深很大，有渗流速度近似即是 K, 水力坡降近似即是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 率可以写成为。式中摘要: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）;为每公里损失流量占渠道净流量的百分数 （）;为渠道的净流量（m3/s）;是 考虑断面边坡侧向毛管吸水的修正系数，决定于土壤的毛管特性，取值为;b、h、 M

7、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，代进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摘要：若以渗透性系数A代替,同时为使中的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上更接近于AH考斯加可夫的公式即。由此可见AH考斯加可夫公式和从损失时理推导的公式是相通的 ，从推导的过程我们也更进一步了解了 AH考斯加可夫公式中各参数的实质物理含义摘要：在AH考斯加可夫公式中A为渗透性系数，是K的倍数关系，和渠道的几何尺寸以 及渠床的毛管吸水特性有关；在AH考斯加可夫公式中m为流量指数

8、,是和渠道流 量状况有关的指数。由于AH考斯加可夫公式是从大量实测土质渠道统计分析得出的，而从损 失时理理论推导的这一公式和AH考斯加可夫公式具有如此的相似性，说明推导的这一理*式是可以表达土质渠道的输水损失的，只是公式对渠道水损失率计 算是基于地下水埋深很大，渠床为土质渠道的情况下得出的，根据渠道的地下水 情况，由于地下水对渠道存在顶托功能，计算出的渠道水损失率还需要在规范的 要求内进行一定的折减。从我们对叶尔羌河灌区在世界银行一期项目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。叶尔羌河灌区塑膜防渗

9、和浆砌石防渗的统计分析，相关系数在以上，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*式的 确具有十分广泛的应用价值，对于衬砌形式不同的渠道以及土质渠道都可以得出 形式上相同的表达渠道输水损失的公式来，所得出的理*式中参数A以及参数m 所具有的不仅仅是上述的物理意义了，更多的是渠道水损失率的统计意义，不同地区或地域可以依据现有的渠道进行统计分析得出和推导的理*式形式上相同的公式用以指导实际工作。3渠道水利用系数在渠道地质条件、几何断面及衬砌形式等条件完全相同的渠道上，设起始 段面的流量为Q0,离该断面桩号为x处的流量为Q(x),我们

10、把x点处的流量Q(x) 对x的导数的负值定义为该段面的流量损失强度P(X), 0流量的损失强度和渠道本身的性质和流量的大小有关，可以假定，渠道某一段面的流量损失强度和该段 的流量比值为常数k,。基于以上对渠道的两个基本假定，可以得出，对此式进行 在0x上的积分有，积分得出流量沿程变化的基本关系式，由此可见,沿程流量为 一指数函数,k的数字反映流量消减的快慢，它是一个由渠道本身性质决定的参 数。有了渠道流量关系式，现在可以利用这一关系式推求每公里渠道水利用 系数。对于前后断面存在，即,而间隔起始段面一公里处的流量为，把损失强度代 进此式有。因此每公里渠道水利用系数，可以表达为，同理对于渠道水利用

11、系数也可 进行推算即，此式表明了全渠道水利用系数和单位长度水利用系数的关系。很显然单位渠道水利用系数和单位渠道水损失率存在关系式，由此关系式再依据上述渠道水利用系数和单位渠道水利用系数的关系式，则有,这就是我们想要得到的渠道水利用系数的估算式。L为地质条件、几何断面及衬砌形式等 条件完全相同的渠道长度。对于地质条件、几何断面及衬砌形式等条件不同的渠 道可以首先划分为不同的计算渠段，利用估算式分别计算不同渠段的渠道水利用 系数,全渠道水利用系数显然有，在此就不加推证了。我们对渠道水利用系数推求，具有十分广泛的意义，主要是由于引进了单 位流量损失率，而单位流量损失率具有形式简单的特征，所有渠道均可

12、以采用统 计的方式得出这一形式。从而更广的推求了渠道水利用系数。水利用系数为，当流量产生相对误差时，有损失率相对误差定义为，可推 出损失率相对误差为摘要：分别取流量的相对误差为110%以1%为递增,并取m分别为、绘制渠道 损失率和渠道流量误差变化图如下摘要：由图可见，流量误差越大，渠道的损失率产生的误差就越大，从而渠道水 利用系数的误差就越大，且流量指数越大渠道水的利用指数误差就越大。在渠道 的设计当中，经常采用设计流量为渠道的净流量来计算渠道水损失率，设计流量显然比实际渠道的均匀过流量要大，这导致了渠道水的损失率计算误差偏大 ，对 渠道水利用系数产生较大的影响应该引起注重。 就渠道水利用系数的估算过程还 可以看出以设计流量取代净流量使得渠道的水利用系数比实际的要大，这对我们确定渠道的规模以及节水效果的估计都是有影响的。从上面的分析当中还可以看出，渠道的长度可以把由于渠道的流量产生的误差以L次方的倍数放大的功能，因而计算渠