渠道防渗的节水效果与经济效益

通过对渠道渗漏量的计算以及对输水损失的测定,探讨减少输水损失的防渗措施,分析渠道防渗的节水效果与经济效益。

1、渠道渗漏量的推算

由武汉大学编写的《农田水利学》(第三版)一书中介绍渠道渗漏量的推算。书中认为要较准确推算渠道渗漏量,应通过实测方法确定;在没有实测资料时,可用经验公式推算。书中推荐了未防渗渠道用经验公式或经验系数估算输水损失水量。

首先用经验公式求出渠道输水损失系数

σ=A/100Qmn(1)

式中:Q为每公里渠道输水损失系数;Qn为通过渠道的净流量;A、m分别为不同土质的透水系数和透水指数。

然后,再用公式计算渠道输水损失量;

Ql=σLQn(2)

式中:Ql为渠道输水损失流量;L为渠道长度。

书中还推荐有防渗层渠道的渗漏量估量公式:

S防=α/S(3)

式中:α/为渗漏量减少系数。其中。混凝土衬砌渠道α/=0.05-0.15。

目前,惠州市混凝土衬砌渠道其混凝土厚度一般为6cm左右,所以渗漏量减少系数取0.1较合适。

渠道输水损失包括渠道内水面蒸发与水蒸腾损失(与是否防渗有关)和渗漏损失。从式①与②可知,混凝土衬砌防渗渠道的渗漏量只是为衬砌渠道输水损失的10%。

2、输水损失与灌水损失

灌溉水主要是从水库、河流引来或提取的地表水,或用水泵从井内提取的地下水,通过采用必要的工程技术措施,引水到田间被作物吸收利用。灌溉水从水源引入到田间作物吸收利用,在这个过程中的水量损失,可分解成渠系输水损失和田间灌水损失两部分。因此输水损失相应包含渠道输水损失以及水田田间渗漏损失两部分。

①渠道输水损失测量

渠道损失水量测定方法分为动水测定法及静水测定法。

a.动水测定法

根据渠道沿线的水文地质条件,选择有代表性的渠段,中间无支流,其长度应满足以下要求:流量小于lm3/s时,渠道长不小于lkm;流量为1~l0m3/s时,渠道长不小于3km;流量为10~30m3/s时,渠道长不小于5km;流量大于30m3/s时,渠道长不小于l0km。观测上、下游两个断面相同时段的流量,其差值即为损失水量。

b.静水测定法

选择一段具有代表性的渠段,长度50~l00m,两端堵死,渠道中间设置水位标志,然后向渠中充水,观测该渠段内水位下降过程,根据水位变化即可计算出损失水量和渠系水利用系数。

渠段的水量损失测出后,换算成单位长度水量损失率σ,即可计算出渠道水利用系数:

ηS=1-σL(4)

式中:L为渠道长度(km)。

田间水利用系数的测定法。在灌区中选择有代表性的灌溉地块,通过实测灌水前后1-3天内土壤含水量的变化,计算净灌水定额,用下式算出田间水利用系数:

(5)

式中:β1、β2分别为灌水前后作物计划湿润层的土壤含水率(以干土重的百分数表示);γ为土的干容重(t/m3);H为作物计划湿润层深度(m);其余符号意义同前。

渠道输水损失测量在惠州市矮陂灌区各级渠道选择有代表性的渠段共31段,总长度为109.5km,采用流速仪和堰板(梯形堰和三角堰两种),按技术规范要求,进行渠道输水损失测量。

实测资料表明:衬砌渠道的输水损失仅为未衬砌渠道的20%。我认为此比例偏小,建议采用25%较妥。如前所述,混凝土衬砌渠道的渗漏量只是为衬砌渠道的10%,而渠道输水过程中的水面蒸发及水蒸腾量应占输水损失的15%,合计为25%。

②水田田间渗漏量的调查

我们对水田田间渗漏量进行调查。采用有底(测水天腾发量)、无底(测水田渗漏量和腾发)和水面蒸发量三测箱为一组,对灌区内部土、壤土、沙土与坡地(含砾石壤土)的渗漏量进行实测。根据国际惯用的田间灌溉效率资料,结合惠州市矮陂灌区的实际,经分析,田间灌溉的效率表见表1。

综合灌区的情况,田间灌区效率取0.9-0.93。

3、分析

按以上实测得出经验公式计算,惠州市矮陂灌区全面防渗后的合成输水效率为77.4%。设田间综合灌溉效率为90%,防渗后水利用率可以高达69%。

输水渠道采用防渗措施,在经济上是否合算?为此我们选用输水量分别为0.5、1、5、10m/s4种情况进行分析,输水渠道长均为1km。流量0.5-1m3/s,采用U形槽防渗,流量在5-10m3/s时,采用厚5cm的混凝土预制块衬砌。渠道输水时间按6.5个月200d计。计算成果见表1。

表1防渗渠道经济分析表

从表1中可见:

① 过流量越小,即小渠道,其损失率越高。

② 按一年渠道过水200d计,1km渠道节水达几10万m3至100多万m3,年公里节水量相当可观,效益极为明显,而相应的造价约为10万-31万元。

③ 设某渠道公里损失率为σ%,过流量为Q,流经X公里后,其余流量为Q=(1-σ)X*Q。如沙土,过流量为0.5m3/s。损失率为8.8%,经10km后,余流量Q余=(1-0.088)*0.5=0.2(m3/s)。经20km后,余流量只有0.08m3/s。

④ 渠道防渗后,年节约1m3的造价约为0.2-0.35元。渠道衬砌每节约1m3的水,只需投入2-3.5分钱(寿命按10年算)。若寿命按15年算或更长算,成本更低。 

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