渠道水利用系數(shù)估算

渠道水利用系數(shù)估算1概述xx河流域由于近數(shù)十年來各源流灌區(qū)的無序開發(fā)，大量攔截水資源，使注入xx河干流水量逐年減少，從而形成干流逐漸枯竭，使下游數(shù)百公里河道斷流，沿岸曾經(jīng)生長非常茂盛的數(shù)百公里生態(tài)林逐年衰敗甚至死亡，進(jìn)而造成xx河流域大生態(tài)環(huán)境的急劇惡化，這種狀態(tài)如不及時(shí)得到改變，大沙漠周邊的綠洲也將面臨被沙漠蠶食的古樓蘭一樣，成為大生態(tài)災(zāi)害的犧牲品，后果是不堪設(shè)想的。目前各源流灌區(qū)加大灌區(qū)節(jié)水改造力度，盡最大努力增加對干流生態(tài)水的排放量，達(dá)到改善xx盆地大生態(tài)環(huán)境的目的工作正在進(jìn)行，采取的主要手段之一就是大規(guī)模的采用渠道防滲工程，以提高水資源的利用率和生產(chǎn)效率。渠道防滲的研究是與灌溉發(fā)展過程緊密聯(lián)系的。我國對渠道防滲的研究高潮在80年代，多次召開了全國性的學(xué)術(shù)交流會議。目前我國正在進(jìn)行的大型灌區(qū)的續(xù)建配套和節(jié)水改造工作以及對于xx河流域正在進(jìn)行的綜合治理工作也都是以渠道防滲為主要工程手段進(jìn)行的，而渠道防滲效果又是通過渠道水利用系數(shù)體現(xiàn)的，所以在實(shí)測資料的基礎(chǔ)上，分析渠道水利用系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式的合理性，給出統(tǒng)一的估算公式，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。對于渠道水利用系數(shù)的估算，實(shí)質(zhì)上可以歸結(jié)為如何正確計(jì)算渠道的輸水損失，以及渠道輸水損失怎樣合理的轉(zhuǎn)化為渠道水利用系數(shù)。渠道的輸水損失計(jì)算可以采用理論或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。理論計(jì)算主要是求解各種初、邊界條件下的渠道的滲流基本方程的解，理論分析的方法從損失機(jī)理、結(jié)果表達(dá)方面是相對精確的，但給出的初邊界條件較為嚴(yán)格，操作上較為復(fù)雜，生產(chǎn)上應(yīng)用不多。經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算主要通過對現(xiàn)場實(shí)測資料的統(tǒng)計(jì)分析和或?qū)ｉT試驗(yàn)得出的。經(jīng)驗(yàn)公式可以分為兩大類，一類是對未襯砌渠道采用的經(jīng)驗(yàn)公式，一類是對襯砌渠道采用的公式：對未襯砌渠道即土質(zhì)渠道的滲漏損失總結(jié)的公式如埃及的莫爾斯沃斯和延尼達(dá)米婭的公式（C為現(xiàn)場采用靜水法試驗(yàn)得出的渠道濕周上的滲透系數(shù)，d為水深，l為渠道長，x為濕周），以及AH考斯加可夫根據(jù)大量的實(shí)際數(shù)據(jù)的土渠輸水損失經(jīng)驗(yàn)公式為（式中為每公里渠道輸水損失占渠道凈流量的百分?jǐn)?shù)，A為渠床土壤的透水系數(shù)，m為流量指數(shù)）；對于襯砌渠道的輸水損失，主要有戴維斯和威爾遜根據(jù)印度襯砌渠道總結(jié)的公式如(式中：S為各種渠床的滲漏損失，x,d,l,v分別為渠道的濕周，水深，渠長和流速，C為與襯砌材料有關(guān)的系數(shù))?？傊@些基于實(shí)測資料上的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)式，大都具有形式簡單、應(yīng)用方便的特點(diǎn)。在有一般土質(zhì)渠道輸水損失的經(jīng)驗(yàn)公式后，襯砌渠道的輸水損失往往根據(jù)襯砌體的形式采用了不同的折減系數(shù)進(jìn)行折減估計(jì)。從以上渠道的損失計(jì)算式的大致分類可以看出，以渠道的輸水損失率形式表達(dá)的渠道輸水損失可以方便的推出渠道水利用系數(shù)，因?yàn)閺膯挝婚L度渠道損失率的定義就可以得出其與單位長度渠道水利用系數(shù)顯然存在的關(guān)系，有了單位長度渠道的水利用系數(shù)，知道了渠道上流量沿程如何變化，就可以依據(jù)單位長度渠道水利用系數(shù)求得全渠道的水利用系數(shù)。2渠道輸水損失率從概述當(dāng)中可以看出渠道的損失計(jì)算對渠道水利用系數(shù)的估算是十分重要的，因此，分析并給出渠道輸水損失統(tǒng)一的、一般的、合理的公式就具有重要的意義。根據(jù)水在土壤中滲流的理論，當(dāng)?shù)叵滤裆詈艽?，有滲流速度近似等于K，水力坡降近似等于1，則每公里渠道滲漏損失的機(jī)理表達(dá)式為,每公里渠道損失率可以寫成為。式中：S為每公里渠道損失流量（m3/s·km）；K為渠床土壤滲透系數(shù)(m/d)；為每公里損失流量占渠道凈流量的百分?jǐn)?shù)(%)；為渠道的凈流量(m3/s)；是考慮斷面邊坡側(cè)向毛管吸水的修正系數(shù)，決定于土壤的毛管特性，取值為1.1~1.4；b、h、M分別為渠道斷面的底寬（m）、渠深（m）、邊坡系數(shù)。

因有渠道流量，而寬深比，則渠道的水深，代入渠道的損失率公式有，這一表達(dá)式經(jīng)過變換后可以寫成如下更為一般的表達(dá)式：，若以滲透性系數(shù)A代替，同時(shí)為使中的0.5次方更具有統(tǒng)計(jì)方面的河相意義，以流量指數(shù)m表示，則渠道輸水損失率可以表達(dá)為更為簡潔的形式上更接近于AH考斯加可夫的公式即。由此可見AH考斯加可夫公式與從損失機(jī)理推導(dǎo)的公式是相通的，從推導(dǎo)的過程我們也更進(jìn)一步了解了AH考斯加可夫公式中各參數(shù)的實(shí)質(zhì)物理含義：在AH考斯加可夫公式中A為滲透性系數(shù)，是K的倍數(shù)關(guān)系，與渠道的幾何尺寸以及渠床的毛管吸水特性有關(guān)；在AH考斯加可夫公式中m為流量指數(shù)，是與渠道流量狀況有關(guān)的指數(shù)。由于AH考斯加可夫公式是從大量實(shí)測土質(zhì)渠道統(tǒng)計(jì)分析得出的，而從損失機(jī)理理論推導(dǎo)的這一公式與AH考斯加可夫公式具有如此的相似性，說明推導(dǎo)的這一理論公式是可以表達(dá)土質(zhì)渠道的輸水損失的，只是公式對渠道水損失率計(jì)算是基于地下水埋深很大，渠床為土質(zhì)渠道的情況下得出的，根據(jù)渠道的地下水情況，由于地下水對渠道存在頂托作用，計(jì)算出的渠道水損失率還需要在規(guī)范的要求內(nèi)進(jìn)行一定的折減。從我們對葉爾羌河灌區(qū)在世界銀行一期項(xiàng)目已經(jīng)防滲的渠道的渠道損失的統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行分析表明，對于襯砌渠道公式所表達(dá)的形式也是一樣的，只是公式中的流量指數(shù)以及滲透性系數(shù)取值不同而已。葉爾羌河灌區(qū)塑膜防滲和漿砌石防滲的統(tǒng)計(jì)分析，相關(guān)系數(shù)在0.75以上，具有較好的相關(guān)性。統(tǒng)計(jì)資料表明土渠存在，對于塑料薄膜防滲存在，而對于漿砌石渠道存在的關(guān)系，可見所推導(dǎo)的理論公式的確具有十分廣泛的應(yīng)用價(jià)值，對于襯砌形式不同的渠道以及土質(zhì)渠道都可以得出形式上相同的表達(dá)渠道輸水損失的公式來，所得出的理論公式中參數(shù)A以及參數(shù)m所具有的不僅僅是上述的物理意義了，更多的是渠道水損失率的統(tǒng)計(jì)意義，不同地區(qū)或地域可以依據(jù)現(xiàn)有的渠道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出與推導(dǎo)的理論公式形式上相同的公式用以指導(dǎo)實(shí)際工作。3渠道水利用系數(shù)在渠道地質(zhì)條件、幾何斷面及襯砌形式等條件完全相同的渠道上，設(shè)起始段面的流量為Q0，離該斷面樁號為x處的流量為Q(x),我們把x點(diǎn)處的流量Q(x)對x的導(dǎo)數(shù)的負(fù)值定義為該段面的流量損失強(qiáng)度P(X)，。流量的損失強(qiáng)度與渠道本身的性質(zhì)和流量的大小有關(guān)，可以假定，渠道某一段面的流量損失強(qiáng)度與該段的流量比值為常數(shù)k，。基于以上對渠道的兩個(gè)基本假定，可以得出，對此式進(jìn)行在0~x上的積分有，積分得出流量沿程變化的基本關(guān)系式，由此可見，沿程流量為一指數(shù)函數(shù)，k的數(shù)字反映流量消減的快慢，它是一個(gè)由渠道本身性質(zhì)決定的參數(shù)。有了渠道流量關(guān)系式，現(xiàn)在可以利用這一關(guān)系式推求每公里渠道水利用系數(shù)。對于前后斷面存在，即，而距離起始段面一公里處的流量為，把損失強(qiáng)度代入此式有。丙因此每公里渠離道水利用系數(shù)正，可以表達(dá)為陣，同理對于渠臣道水利用系數(shù)庸也可進(jìn)行推算烏即，此式表明煙了全渠道水利嬸用系數(shù)與單位秘長度水利用系般數(shù)的關(guān)系。游特很顯然單位渠恰道水利用系數(shù)乖與單位渠道水流損失率夜存在關(guān)系式踢，由此關(guān)系式罰再依據(jù)上述渠云道水利用系數(shù)洋與單位渠道水級利用系數(shù)的關(guān)搶系式，則有社，這就是我們膊想要得到的渠濃道水利用系數(shù)吉的估算式額。家L恥為地質(zhì)條件、群幾何斷面及襯復(fù)砌形式等條件驅(qū)完全相同的渠贈道長度。對于叛地質(zhì)條件、幾迎何斷面及襯砌慧形式等條件不緒同的渠道可以爆首先劃分為不郊同的計(jì)算渠段沸，利用估算式業(yè)分別計(jì)算不同戴渠段的渠道水頌利用系數(shù)，全架渠道水利用系梁數(shù)顯然有鋤，在此就不加姥推證了。半糖缸我們對渠道水究利用系數(shù)推求席，具有十分廣妹泛的意義，主占要是由于引入擴(kuò)了單位流量損炭失率，而單位剝流量損失率具感有形式簡單的駁特點(diǎn)，所有渠蕩道均可以采用呈統(tǒng)計(jì)的方式得豈出這一形式。里從而更廣的推吹求了渠道水利屠用系數(shù)。4成果分析舍俗肝渠道水利用系宣數(shù)估算式引入搖的渠道水損失氧率和渠道長度耍這兩個(gè)參數(shù)中裕，由于渠道的倆計(jì)算段長度是子一定的，因而臥影響渠道水利它用系數(shù)的主要徹參數(shù)是渠道水通損失率。而渠嫌道水損失率又朗是由渠道的凈騙流量、流量指緊數(shù)、滲透性系柱數(shù)三個(gè)參數(shù)得葉出的，因而渠康道水利用系數(shù)途最終可以歸結(jié)刊為對這三個(gè)參芹數(shù)的正確確定調(diào)。假臉定勉A茅、流m蓋值是確定的，哄并給出一系販列穗m嫌值，渠道的長憂度取購1km仁。則渠道的水摔利用系數(shù)為脹，當(dāng)流量產(chǎn)生憲相對誤差落時(shí)，有損失率注相對誤差定義伸為街，可推出損失鄰率相對誤差為駐：

=死耽

=

棟分別取流量的云相對誤差為錦1~10%涼，以笑1欄%的為遞增，并玉取雄m史分別聾為通0.槳4逮、仇0.堪5依、削0.遷6疾繪制渠道損失煤率與渠道流量暴誤差變化圖如銀下：養(yǎng)示由圖可見，流浙量誤差越大，鋤渠道的損失率憑產(chǎn)生的誤差就半越大，從而渠益道水利用系數(shù)舍的誤差就越大盡，且流量指數(shù)領(lǐng)越大渠道水的宣利用指數(shù)誤差寄就越大。在渠波道的設(shè)計(jì)當(dāng)中蛇，常常采用設(shè)齒計(jì)流量為渠道尼的凈流量來計(jì)蟲算渠道水損失構(gòu)率，設(shè)計(jì)流量屠顯然比實(shí)際渠瘡道的平均過流脅量要大，這導(dǎo)軍致了渠道水的兄損失率計(jì)算誤病差偏大，對渠很道水利用系數(shù)捎產(chǎn)生較大的影汽響應(yīng)該引起注猴意。就渠道水浴利用系數(shù)的估修算過程還可以基看出以設(shè)計(jì)流秀量取代凈流量漫使得渠道的水搭利用系數(shù)比實(shí)什