2.5 灌溉水利用系数实测

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，亦指在一次灌水期间可被农作物利用的净水量与水源渠首处总引进水量的比值。灌溉水从水源引入到田间过程中的水量损失可分解为渠系输水损失和田间灌水损失两部分，相应地灌溉水利用系数可分解为渠系水利用系数和田间水利用系数两部分。

灌溉水利用系数的测算方法除了前面章节所提及的经验系数法，还有实测法和首尾测定法等方法。

2.5.1 渠系水利用系数实测法

渠系水利用系数实测法包括静水测试法和动水测试法。

静水测试法是选择一段具有代表性的、长30～50cm的渠段，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，根据水位变化计算出损失水量和渠道水利用系数。

静水测试法所采用的是渠道渗漏水量测量法，是测量渠道渗漏量精度较高的方法之一。静水法应用广泛，可以测试、推算出各种类型渠道的渠道水利用系数。静水测试法可测得渠道从初渗到稳渗的全过程；可进行变水位渠道渗漏观测，得到渠道渗漏强度与水深关系式，推算灌区一个灌季或全年的渠系（渠道）的渗漏损失；也可检验渠道防渗效果，对施工质量进行评价；对各种防渗方案进行分析对比，如果测试渠道代表性满足要求，也可用来推算灌区渠系水利用系数。

静水法测试渠道达到稳定的时间比较长，一条渠道的测试需要数天时间。另外，由于静水法测试需要将渠道围堵起来，渠道断面越大工程量越大，所需施工及观测人员较多，工作量比较大。

动水测试法是在渠道正常输水时，通过测试流量来推求渠道水利用系数的一种方法。

动水测试法应根据灌区渠道布设情况，选择长度满足测试要求的代表性渠段，观测上、下游两断面及断面之间各分水口同一时间的流量，通过量化渠道损失流量，推求渠道水利用系数。其计算式为：

式中 η_c——渠道水利用系数；

Q_下——下断面流量，m³/s；

Q_上——上断面流量，m³/s；

∑q——断面间各分水口流量之和，m³/s。

流量测量可采用量水建筑物或流速仪等。由于流速仪可在渠道行水情况下进行测流，所以不会影响渠道行水与灌溉，但其精度低于静水法。测试时为保持渠道测流断面水流稳定，要求测试渠道有30～50m的长度。

2.5.1.1 静水测试法

采用恒水位下降法观测初渗强度及稳渗强度，以测验水位为基础，使加水后水位和加水前水位的平均值等于测验水位。测试中观测渠道水位从加水后水位降低到加水前水位所需要的时间，而在这段时间内渗漏的水量即为加水后水位与加水前水位的差值，由此可以计算出单位时间、单位湿周渠道的渗漏水量，即渗漏强度。

1.测试渠道的选择

测验前应选择具有代表性、渠段顺直、断面规则的30～50m长的渠道测验段；测试地应同时具备水源（水库、山塘及水池等）、电源、交通条件。静水法测验为停水测验法，且测验时需连续观测，要求具备暂时停水的测验段。实际测试中可尽量利用渠道过水间歇间进行。对新建或改建渠道，可在正式交付使用前进行测试。

2.测试渠段工程布置

清除渠道内的淤积物、杂物及草木等；保持渠道断面、纵坡及边坡规则、平整、均匀一致；确保渠堤顶部排水良好，防止雨水流入测验段；可采取措施封堵渠道内的漏水洞穴及分水口。

修建横隔堤应稳固、严密止水，务必要求不变形、不渗水、不漏水。邻测验段一侧表面应竖直。对于砌石、混凝土等防渗渠道，横隔堤应切断防渗层，插入土基20～40cm，并与防渗层间作止水连接。对于土渠，横隔堤应插入渠底和边坡土层30～50cm，横隔堤与土层的接缝用黏土填塞夯实。横隔堤应高于测验水位10～15cm。

当渠道现状过水水深接近设计水深时，测试水深取设计水深值；当现状过水水深与设计水深有差别时，测试水深取现状过水水深值。

对纵坡大于1/100的渠道和引洪灌溉的宽浅式渠道测验段，测试水深要接近实际过水水深，测验段长度还应满足式（2-21）的要求，即：

式中 h₂、h₁——测验段首段与末段水深，m。

横隔堤可采用双砖墙内铺塑膜，中间夯填土作夹层。夹层厚度按不发生渗漏变形的允许水头坡降确定，不应小于1.0m；渗漏平衡区外侧隔堤可用黏土夯筑，高度应高于最高测验水位。每个渗漏平衡区的长度不应小于5倍测验渠段水深；横隔堤的砌筑方法应因地制宜，可采用当地惯用的挡水方法，关键是要稳定、不渗水、经济且施工方便。

测验段示意图见图2-15。

3.观测仪器及安装

设置的水位测量、降雨、蒸发观测设备应符合下列要求：

在测验段两端及中间，应分别设置水位测尺、测针或其他水位测量仪器。水位测尺最小刻度以mm计，并应校核无误。

测验段两端的水尺，应紧靠横隔堤垂直安设。测验段中间的水尺，垂直安设。水尺的底座和固定物应稳固，保证测验期间水尺不下沉、不移位、不摆动。中间水尺起始零刻度与渠道底部齐平。水尺读数宜用经纬仪或水准仪观测。

测针设置在测试段中间断面，与水尺配合使用。有风浪时测针应外罩防浪筒，采用直径不小于30cm、设有透水孔、无底的筒做成。测针装在渠道横档上，要求渠道横档不变形。旁设跳板，便于观测测针读数。

观测降雨量可用口径20cm的自记雨量计或雨量器。自记雨量计按仪器说明书要求安设，雨量器应安设牢固、器口水平、离地面高70cm。降雨观测场应和渠道测验段放在一起，或放在与测验段受雨条件相似的地方。

观测水面蒸发量宜采用改进后的E-601型蒸发器，也可用口径80cm、带套盆的蒸发器，或口径20cm的蒸发皿。蒸发器（皿）宜安置在测验段或渗漏平衡区漂浮水面的木筏上。

4.测试前的准备工作

记录测试渠道基本情况包括渠道名称、防渗类型、渠床土壤质地、地下水埋深、设计流量、实际流量、设计水深、实际水深等，并对测试段周边情况进行描述。

静水法测验需要准确地计算各测验水位下测验段的平均长度、宽度、湿周以及面积，因此测验段断面尽量规则，以便于测量，保证测验精度。

对于断面规则的渠道，沿测试段均匀布设5个断面，测量渠底宽、渠口宽、渠深、左右边坡系数等几个参数。长度读数精确到mm；对于断面不规则的渠道，沿测试段均匀布设11个断面，以中间断面渠底高程为准，沿渠深每20cm量测渠道宽度，直到渠面。长度参数精确到mm。检验横隔堤，向两个渗漏平衡区注水至接近测验水位，应无漏水、沉陷及裂缝；检验加水系统，根据渗漏平衡区的最大渗漏深度，估计测验段的渗漏强度。加水系统的供水能力，应大于测验段最大渗漏强度的1.5倍。

5.观测及记录

降雨量观测：记录降雨起止时间（min）、降雨量（mm）。

蒸发量观测：记录起止时间（min）、蒸发量（mm）。

渗漏量观测：主要观测初渗阶段和稳渗阶段的渗漏强度。为把水位下降引起的湿周变化对实际渗漏面积影响造成的计算渗漏强度的误差消除，要求加水前、后水位的平均值等于测验水位。为了控制水位变幅，规定加水前水位和加水后水位的差值，可在5%～10%测验水深间选用，渗漏量大的渠道和测验水深小于1.0m的渠道可取大值；反之，取小值。

观测前向测验段及平衡区应尽快地连续注水。测验段和平衡区水位应该接近，目的是使测验段渗漏成为平面渗漏问题，与渠道输水时渗漏情况相同。向土渠测验段注水时，应防止渠面冲刷。注水水位到加水后水位时，立即记录时间，开始观测。记录渠道水位降低到加水前水位的数值和时间。时间记录精度为min，水尺记录精度为mm。若测试段配有测针，水位观测以测针为准，中间水尺与测针配合使用，起初判和校核作用，两端水尺读数作为校核；若测试段未配测针，水位观测以中间水尺为准，两端水尺读数作为校核。一次恒水位观测，时段的长短变化取决于渠道渗漏情况，它可以是几个小时，也可以是十几分钟。每一次观测完后应重复进行恒水位试验，直到渠道渗漏达到稳定。恒水位测验时，连续进行10次以上观测，当渠道水位从加水后水位降低到加水前水位所用时间的最大、最小值差满足式（2-22）时，方可认为渗漏稳定，测验完成。

式中 T_max——连续10次测验的最长时间，min；

T_min——连续10次测验的最短时间，min；

——连续10次测验的平均时间，min。

如果前后测试所用的时间比较接近（其差值小于5%），可再继续2～3次重复，如果时间变化很小，也可以判定渠道渗漏达到了稳定，测验可以结束。测验结束后应对测试中遇到的问题及情况予以记录说明。

6.渠道水利用系数计算

测试时段单位长度渠道水体的变化量ΔW（L/m）为：

式中 B——测试段的水面宽度，m；

Δh——加水前、后水位的差值，mm。

渗漏强度Q［L/（m²·h）］，可按下式计算：

式中 P——单位长度的降雨量，L/m；

E——单位长度的蒸发量，L/m；

χ——测试段渠道湿周，m；

ΔT——观测时段，h。

每千米渠长的渠道水利用系数η_C为

式中 η_C——每千米渠长的渠道水利用系数；

A₂——加水前渠道断面面积，m²；

A₁——加水后渠道断面面积，m²；

v——测试水深对应的渠道水流流速，m/s；

C——谢才系数；

R——渠道断面水力半径；

i——渠底平均比降；

ΔT——渠道水位从加水后水位降至加水前水位所需要的时间，s。

2.5.1.2 动水测试法

1.动水测试法概述

动水测试法是通过测试正常运行渠道流量来推求渠道水利系数的一种方法，即根据渠道布置情况，选择长度满足测试要求的代表性渠段，观测上、下游两断面及断面之间各分水口同一时间的流量，通过量化渠道损失流量，推求渠道水利用系数。

流量测量主要采用流速仪。若渠道比较小，可采用袖珍便携型流速仪、人工手持流速仪等；若渠宽较宽、渠深较深，可采用悬挂式流速仪。流速仪测流是在渠道行水情况下进行的，不影响灌溉，但精度低于静水测试法。测试渠道要求有一定长度，渠道测流断面水流稳定。

2.测试渠段选择及准备工作

测试前应了解渠道的完好情况，分水口和涵管的位置、数量、淤积及障碍物等情况。进行渠道清淤、清障、清除杂草、封堵分水口及涵管，修补破损部位，打通出水通道等。

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，为了保证测试精度，测试段断面形式、衬砌材料等力求一致；典型渠段的长度应满足以下要求：流量小于1m³/s时，渠道长度不应小于1km；流量为1～10m³/s时，渠道长度不应小于3km；流量为10～30m³/s时，渠道长度不应小于5km；流量大于30m³/s时，渠道长度不小于10km。

为了减少影响测试精度的因素，测试段内各分水口尽可能封堵。若分水口不能封闭，应同时测试各分水口流量；非灌溉期测量时必须保证测试段以下排水通畅，不能因测试时间推移或障碍物而使水流回溯。

观测上、下游两个断面同时段的流量及断面之间各分水口同一时间的流量，其差值即为损失水量。

3.测试断面选择及准备工作

测试断面应选择在渠段的顺直段，其直线段长度应不小于10倍渠宽。水流均匀，无旋涡和回流；为保证水流流态和流速分布稳定，断面上、下游附近不应有分水口分流。

测试断面应与水流方向垂直。断面形状应规则，以矩形或梯形为主，以利断面测量。边壁及渠底均不允许有较大的凹凸不平现象，必要时，预先用水泥砂浆整平。对于土渠，测试断面尽可能选择在上、下游非土渠段；或者预先砌置具有固定边界的测试断面，当渠道上已有架设好的混凝土预制桥面板，而且该位置也符合其他测流条件时，则可选择为测试断面，省工、省时且稳定。

4.量测仪器

量测仪器包括流速仪、流速仪计数器、测杆、钢卷尺、钢直尺、秒表、塑料水桶。

5.流量测试

流量由过水面积与流速相乘取得，由于流速分布的不均匀性，故必须进行多点测试。各测点可以采用一台流速仪，不同时刻逐点观测。获得上下游断面流量、分水口流量及渠段封堵不严的渗漏量，即可计算该段渠道水利用系数。

2.5.2 田间水利用系数田间实测法

田间水利用系数的田间测试内容包括田间入畦流量的测试、田间土壤含水量的测试、田间土壤剖面及其相关数据测定等。

2.5.2.1 田间入畦流量的测定

1.田间入畦流量的量测设备

量测设备的选择关系到流量量测的精度。因田间入畦流量一般较小，其量测精度低时将引起较大的相对误差。因此，田间入畦流量应采用薄壁三角堰和薄壁梯形堰量测为宜。

（1）薄壁三角堰的自由流流量公式为：

式中 Q——流量，m²/s；

H——堰顶水头，m。

当薄壁三角堰的出流为淹没流时，

式中 h_淹——下游水位与堰顶之差，m；

σ_淹——淹没系数；

其他符号意义同前。

（2）薄壁梯形堰当边坡为1∶0.25时，其流量公式为：

式中 b——梯形底宽；

其他符号意义同前。

当薄壁梯形堰为淹没出流时，

Q_淹没=σ_淹Q_不淹

式中 σ_淹——淹没系数，可查表2-4。

2.薄壁三角堰及薄壁梯形堰的安装

（1）薄壁三角堰及薄壁梯形堰安装时应注意堰面垂直，同时要注意堰顶水平。

（2）安装堰时应注意过堰水流为自由流。一般堰尖应高于田面10cm以上。为了使过堰水流为自由流，在选择测试田块时应尽量选择渠道较高的地块。

（3）薄壁三角堰及薄壁梯形堰埋入渠堤后，应注意将堰的上、下游堤土踩实，以防灌水过程中堰侧漏水或堰的位置变化。

（4）堰的上游堤土不能出现阻水现象，保证上游过堰水流平顺。

（5）堰的上、下游应各安装一支水尺，以便于观测堰上、下游水位。水尺的精度应达到mm。

3.过堰水位的测量与记录

（1）以水流开始过堰作为记录的起始时刻，按时序进行记录。

（2）记录的内容为某一时刻的上游和下游水位，时间单位精确到秒，水位单位精确到mm。据此计算堰上水头和下游是否为淹没出流。

（3）记录中当上、下游水位发生变化时，须及时记录。

（4）注意观察和记录堰的整体稳定性。观察堰是否有侧漏、底漏、堰体下沉、堰体倾斜等，若有此类情况，记录中应予以注明，同时，此项资料将不能用于入畦流量的计算。

（5）测量与记录到入畦水流闭口时刻为结束时刻。

2.5.2.2 田间土壤含水率的测定

田间土壤含水率的测定包括灌前土壤含水率和灌后土壤含水率的测定，据此计算由灌水而引起的土壤储水量的增量。

1.田间土壤含水率的测定断面数

田间土壤含水率测定断面数对计算土壤储水量增量的精度有较大影响，一般来说，测定断面数越多，精度越高，但测定断面数越多，其田间测定工作量就越大。因此，田间土壤含水率的测定断面数要予以合理确定。

2.田间含水率的测定深度与测点位置

田间含水率的测定深度主要由灌水前后土壤含水率的变化深度来确定。灌水定额较大时，田间土壤含水率的变化深度大，因而其测定深度亦应较大；反之灌水定额较小时，田间土壤含水率测定深度可确定的小一些。测点位置的多少也会影响到灌水后土壤储水量增量的计算精度。

3.灌前、灌后田间土壤含水率测定的土样采集

（1）灌前、灌后田间土壤含水率均按上述点位进行土样采集。

（2）灌前田间土壤含水率的土样采集应在灌水前进行，但因土样采集工作量大，可适当提前采集，且只能提前一天，即灌水前一日采集。

（3）灌后田间土壤含水率的土样采集应在灌后土壤水分充分分布且田间土壤内不存在重力水时进行。一般在灌水后一至三天内采集土样。但当土质粘重且灌水定额过大时，因土壤水分再分布需要时间长，所以灌后土样采集的时间要长一些，此时以地表土壤不粘脚为标准，开始土样采集。

（4）灌前、灌后的土样用土钻采集，所采集的土样用密封性较好的铝土盒盛装，以防土样蒸发失重。

4.土样的称量

（1）采集土样前应将铝盒编号并烘干称重。

（2）所采集的土样用感量为1%的天平称量。

（3）铝盒加土样湿重应随采随称。

（4）将盛有土样的铝盒置于烘箱内，在105℃恒温条件下烘烤8小时至恒重，然后称量得铝盒加干土重。

5.田间土壤含水率的计算

（1）将铝盒加湿土重（w₁）减去铝盒加干土重（w₂），得到土样的水分重量（w_w），即：

（2）将铝盒加干土重（w₂）减去铝盒重量（w₀），得土样的干土重（w_s），即：

（3）土样的含水率以重量百分数表示时用下式计算：

式中 θ_g——以重量百分数表示的土壤含水率；

w_w、w_s——意义同前，g。

（4）土样含水率以容积百分数表示时用下式计算：

式中 θ_v——以容积百分数表示的土壤含水率；

r_d——土壤容重，g/cm³；

其他符号意义同前。

2.5.2.3 田间土壤剖面及其相关数据测定

土壤剖面是土壤自上而下的垂直切面。土壤剖面位置的合理选择，结合室内的分析研究，对不同灌区内不同类型土壤质地进行鉴别，不同层次土壤容重、饱和含水量等进行测定，可为合理进行田间水利用系数的测定提供基础数据。

1.土壤剖面位置的选择与挖掘

剖面位置必须具有代表性。首先根据灌区土壤类型和土壤的差异情况来划分土壤剖面采样区。每一采样区内的土壤必须是同一土类，同时要求影响土壤形成和发展的各种因素诸如地形、气候、水文及农业生产等情况尽可能一致。每个采样区包括多大面积由具体条件而定。其次，应选择具有代表性的位置布置剖面，不能在土层被破坏的地带及村旁、路旁、田埂边布置剖面。

在选择好挖掘土壤剖面的位置后，先挖一个1m×2m的长方形土坑。土坑四壁要求接近垂直，观察面要向阳，在另一端挖成阶梯状，以便观察人员上下工作。土坑的深度视实际需要而定，一般为1～2m。从土坑中挖出的土应注意分别堆放。特别是在耕地中，要把表土放在一侧，底土放在另一侧，以便填坑时不乱原来的土层，不影响土壤肥力。观察面的一端应保持原状，其上不要堆土或践踏，以免压实土壤和破坏土壤的原状而影响观察结果。

2.土壤剖面层次的划分

旱地耕作土壤的土壤剖面层次一般可分为耕作层、犁底层、心土层和底土层。土壤层次主要根据其质地、颜色、松紧度、孔隙状况、新生体等情况来划分。土层划分后再自上而下地量出各层的厚度。土层厚度可采用连续记数法。如第一层0～15cm，第二层15～25cm，第三层25～40cm，…。

3.土壤质地的田间测定方法

在田间鉴定土壤质地的最简便方法是指测法。指测法有干法和湿法两种，可相互补充，但以湿法为主（土壤加水充分湿润以挤不出水为宜）。干测时，取一蚕豆大的土块，用拇指和食指上下压捏，根据捏碎的难易和粉末的粗细及手指的感觉来测定。湿测时，取小块土样，拣掉土样内的植物根和结核体（铁子、石灰结核）后，加水充分湿润，调匀至不粘手为止，参考表2-5中土壤质地湿测和干测指标，定出土壤类型。

4.土壤样品的采集与处理

根据实际工作需求，要计算出计划湿润层内一定土体通过灌溉后所能储存多少水量、校正及验证储水量的大小时，需测量土壤剖面不同层次容重。因此，需分层采集原状土样进行室内分析，即自地表起每隔10cm或20cm采集一个样品。方法如下：把观察过的剖面修理铲平以后，从底层往上层在最有代表性的地方（一般在每一层次的中部）逐层采样。将容积一定的环刀垂直压入土中，直至环刀筒内充满土样为止，压时不要左右摇摆，要用力一致而平稳，以免改变土壤的自然状态，影响结果的准确性。然后用铁铲将环刀及环刀周围的土一起挖出，除去粘附在环刀外面的土壤，用锋利的削土刀切去环刀两端多余的土，使环刀内的土壤体积与环刀容积相等，将环刀两端立即加盖，做好相关记录，带回室内进行分析。每个指标在每层取样应不少于三个重复。

5.土壤容重测定方法

土壤容重测定多采用环刀法。在此从略。

2.5.2.4 田间水利用系数的计算

根据田间实测的灌前、灌后含水率分布，结合实测土壤剖面的土壤容重分布，计算所测试田块的田间水利用系数。计算式如下：

式中 η_f——田间水利用系数；

B——田面宽度，m；

h_i——田间沿土壤深度方向第（i，j）测点所代表的土层厚度，m，脚标i代表第i层土体（i=1，2，…，n）；

l_j——田间沿畦长方向第（i，j）测点所代表的地段长度，m，脚标j代表第j段土体（j=1，2，…，m）；

——第i层土体的土壤容重，t/m³；

w——田块的进畦水量，m³；

θ₁，θ₂——灌前、灌后含水量（重量%）。

2.5.3 首尾测定法

直接测定灌区渠首引进的水量和最终存储到作物计划湿润层的水量（即净灌水定额），从而求得灌溉水利用系数的方法称为首尾测定法。该方法减少了测定工作量，克服了传统测定方法工作量大等难点，适用于各种布置形式的渠系，由于首尾法不测定灌溉水输配过程中和灌水过程中的损失，因此不能分别反映渠系输水损失和田间水利用情况，仅用于单纯确定灌区的灌溉水利用系数。

在灌区中根据自然条件、作物种类的不同，选择典型灌溉地块，测定灌区每次灌水时，渠首引进的水量和作物净灌水定额以及实灌面积，用下式计算第j次灌水的灌溉水利用系数η_j，即：

式中 m_i——第i种作物的净灌水定额；

A_i——第i种作物的实灌面积；

W_j——第j次灌水渠首总引水量；

n——灌区作物种植种类。

求出灌区每次灌水的灌溉水利用系数后，利用每次渠首总引水量进行加权平均求得灌区该年的灌溉水利用系数η_a，即：

式中 W_a——灌区渠首年总引水量；

m——灌区全年灌溉次数。

另外，可用灌区年度灌溉净用水总量推求灌区灌溉水利用系数。灌区年度灌溉净用水总量等于灌区内该年度所有种植作物的总灌溉定额之和。可以在灌区中选择典型区，通过灌溉试验确定各种作物的总灌溉定额。

通过测定灌区渠首年度总引水量、各种作物的实灌面积，即可用下式计算灌区该年度的灌溉水利用系数η_a，即：

式中 M_i——灌区某种作物的灌溉定额；

其余符号意义同前。

利用首尾法确定灌溉水利用系数，灌区应加强对灌区实际引水量、灌溉面积、灌水次数、灌水定额以及灌区作物种植面积、净灌水量等进行统计（测定）分析，有条件的灌区应尽量采用实测值代替调查值或计算值，以提高分析成果精度。目前，需要注意以下两个问题。

（1）加强灌区基础资料的测试、收集与统计分析等工作。

建立在估算基础上的各种作物的净灌溉需水量，需要大量气象资料、实测土壤水分资料以及田间用水资料支撑，该项工作要持续有效地进行，必须加强各灌区基础资料的测试、收集与统计分析等工作；为配合数据库建设，对灌区没有气象资料测定条件的，需由上级主管部门协调气象部门解决。

（2）应尽快采用实测值代替调查值或计算值。

由于目前各灌区渠首引水量、末级渠道（斗口）各灌季输水量均有详细的统计资料，建议以后采用首尾法确定灌溉水利用系数时充分利用现有统计资料，增加灌区干、支渠系水利用系数的统计与分析，以便与首尾测定法测算结果进行比较。

2.5.4 灌溉水利用系数的修正

2.5.4.1 渠道越级输水的修正

一般情况下，分析某一级渠道的水利用系数并不困难，但如何合理确定全灌区的灌溉水利用系数则往往令人十分棘手。在实际灌区中，普遍存在越级渠道。如在总干渠上直接接斗渠，则跨越了干渠、支渠二级。越级则免损，不考虑越级现象的影响，则过低地估计了渠系水利用系数。因此，在灌区渠道有越级现象时，应进行修正，使计算结果更加符合实际。

设直接从总干渠上取水的斗渠灌溉面积为A₁；直接从总干渠上取水的支渠所控制的斗渠灌溉面积为A₂；直接从干渠上取水的斗渠灌溉面积为A₃；从干渠上取水的支渠所控制的斗渠灌溉面积为A₄；作物净灌溉定额M。显然A₁、A₂、A₃、A₄之和即为全灌区总灌溉面积。不考虑越级现象时，灌溉水利用系数为：

η_水1=η_总η_干η_支η_斗η_农η_田

这也就是认为灌溉面积A₁、A₂、A₃、A₄ 4个分支灌溉系统的灌溉水利用系数都是一样的，均为η_水1=η_总η_干η_支η_斗η_农η_田。而事实上并非如此，实际上各灌溉面积所引的毛水量W为：

W=A₁M/η_总η_斗η_农η_田+A₂M/η_总η_支η_斗η_农η_田+A₃M/η_总η_干η_斗η_农η_田

+A₄M/η_总η_干η_斗η_农η_田

这与M（A₁+A₂+A₃+A₄）/η_总η_干η_支η_斗η_农η_田是有差别的。实际灌溉水利用系数应为：

即，一般地：

以上几式中 η₁、η₂、η₃、η₄——对应于A₁、A₂、A₃、A₄的灌溉水利用系数；

k₁、k₂、k₃、k₄——A₁、A₂、A₃、A₄占总面积的权重。

如北方某灌区，从总干渠引水，直接从总干渠开口引水的有3条干渠、1条分干渠和1条很短的输水干渠。干、分干渠的下级固定渠道有支、斗、农、毛4级。在管理局进行灌溉水利用系数测试，计算渠系水利用系数时遇到了渠道越级输水问题。渠系组成按组成的渠道级数分为六级、五级、四级、三级、二级几种。渠系水利用系数计算见表2-6。

2.5.4.2 渠道布置形式的修正

灌溉渠系水利用系数的计算，常用各级渠道水利用系数相乘的积来表示。但仅适用于计算串联和等效并联的渠系，而不能应用于非等效并联的渠系。串联渠道指干、支、斗、农渠道首尾依次相接，中间无分流的灌溉渠系。串联渠道的渠系水利用系数η_渠系为：

η_渠系=η_干η_支η_斗η_农

即串联渠道的渠系水利用系数可用各级渠道水利用系数相乘的积来计算。

并联渠道为几条下级渠道均由同一条上级渠道供水的组合渠道。一般灌溉面积较大的灌区，干、支渠多采用续灌，斗、农渠采用轮灌。干、支渠的联接方式通常为非等效并联渠系，也就是几条支渠的引水流量和渠道水利用系数不相同，干渠渠段的流量和各段的渠道水利用系数也不相同。而支渠控制的若干斗、农渠为等效并联渠系运行方式，即各条斗渠的引水流量与渠道水利用系数相同，各条农渠的引水流量与渠道水利用系数均相同。下面分别研究等效和非等效渠道并联的渠系水利用系数。

设上级渠道计算参数用下标i表示，下级渠道计算参数用下标j表示，并分别用下标g和n表示渠道的毛流量和净流量。

在非等效并联渠道中，同级渠道的渠道水利用系数不相等，流量也不相同。由渠系水利用系数定义知：

由于Q_jkn=η_jkQ_jkg（k=1，2，3，4）

式中η_渠系——二级渠系的渠系水利用系数；

d_j=Q_jkg/∑Q_jkg——下级第j条渠道的毛流量占下级渠道总毛流量的权重；

η_i——上级渠道的渠道水利用系数。

一般地，若上级渠道与下级渠道为m段非等效并联，则渠系水利用系数计算式为：

即非等效并联渠道的渠系水利用系数计算式与各级渠道水利用系数相乘的计算形式是有区别的。

2.5.5 综合测定法

2.5.5.1 概述

若只是单纯为了确定灌区的灌溉水利用系数，可采用首尾测定法。该法简便，测量结果接近实际。但难以反映出灌区渠系用水情况、灌溉工程质量及灌溉用水管理水平等，不能用来指导灌区节水工程改造。若灌区财力、人力许可，或灌区自动化程度很高，各测量点的参数信息能够及时得到采集时，可根据灌溉水利用系数的定义，利用传统测量方法进行灌区全面测量。但在我国目前及今后相当长一段时间内难以达到这种水平。

综合测定法就是将首尾测定法、典型渠道测量法及对灌溉水利用系数的修正等综合考虑的一种方法。它克服了传统测量方法中工作量大，需要大量人力、物力才能完成的缺点，又弥补了只测量典型渠段而引起较大误差的不足。在我国目前及今后相当长一段时期内具有重要的实用价值。

综合测定法的步骤：首先确定灌区测量渠道的数量、测量方法、典型渠段及其长度；其次，计算出典型渠段的单位长度输水损失率；然后，确定输水系数、分水系数及典型渠段位置修正系数，计算出典型渠道的单位长度输水损失率；第4步，进行典型渠道非等效并联修正；第5步，进行同级渠道土渠与衬砌渠道的渠道水利用系数综合计算；第6步，进行渠道越级输水修正，计算渠系水利用系数；第7步，计算田间水利用系数及灌溉水利用系数；第8步，利用首尾法计算灌溉水利用系数并进行对比分析。

2.5.5.2 实例分析——以漳河灌区为例

1.基本情况

漳河灌区位于湖北省江汉平原西北部，地跨荆门、荆州、宜昌三市，设计灌溉面积17.368万hm²，实灌面积15.53万hm²，是全国9座灌溉面积13.35万hm²以上国有大型水库灌区之一。灌区渠道分为总干、干、支干、分干、支、分、斗、农、毛9级，其中毛渠为临时工程，各级固定渠道共有1.399万条，总长7167.56km，建有渡槽、隧洞、各类水闸等渠系建筑物16061座。灌区内除有库容20.35亿m³的漳河水库外，还有中小型水库314座，塘堰81595口，蓄水容积10.35亿m³。灌区沿江、沿湖、沿河建有流量10 m³/s以上的电灌站34座，形成了以漳河水库为骨干，中小型水利设施为基础，电灌站作补充的大中小相结合，蓄引提相配合的水利灌溉网。

2.调查测定的设备

灌溉水利用系数抽样调查和分析的准备工作分为渠道选址、清淤、新建测流断面、断面测量4个步骤。

（1）典型渠道的选定：一是应选择具有代表性的典型渠道（包括衬砌渠道和未衬砌渠道），其平均防渗率和工程完好率接近全灌区该级渠道的防渗率和工程完好率。二是测流断面应选择在渠道平直，水流均匀，无旋涡或回流的地方，断面与水流方向垂直。三是典型渠段满足：流量小于1m³/s，长度不小于1km；流量1～10m³/s，长度不小于3km；流量10～30m³/s，长度不小于5km；流量大于30 m³/s，长度不小于10km。经过实地踏勘，确定典型渠道见表2-7。

所选典型渠段除总干渠的施测长度达不到10km外，其他各级渠道均能满足要求。总干渠的渠段长度未达到规定长度主要原因是总干渠上游8.5km渠道沿渠有结瓜水库和沉箱，不能作为施测段面，故选用了下游的9.27km渠段。

（2）渠道清淤：为了便于流量施测，保证成果精度，组织人员对典型渠道进行了除障清淤，重点整治了测流断面上下游，使其符合水文测流规范，达到流速稳定、水流均匀等要求。

（3）新建测流断面：稳定的测流断面是保证测流成果可信度的关键。选定的典型渠道，除1条农渠外，其他均能满足流速仪测流要求。总干渠、干渠均有理想的测流断面，只需埋设水尺即可。支、斗、农渠修建为混凝土梯形断面，安装水尺后也可作为固定测流断面。对不能用流速仪测流的农渠，为保证量水精度，对量水堰进行了维修。

（4）断面测量：渠道清淤后，组织技术人员对渠道断面进行准确详细的测量，按照大断面测量的要求，测量水尺零点高程，对于新建的测流断面，用钢尺和水准仪根据规范布设垂线，测出各垂线渠底高程和起点距，并绘制大断面图，供测流时查用。

3.渠道水利用系数测定及分析计算

（1）流量测验。流量测验是抽样调查的中心环节，是保证计算分析灌溉水利用系数可信度的基础。为此，在流量测验技术上，以水文法规为准绳，遵照水文规范，采用流速仪精测法测流和量水堰量水。其工作内容主要包括准备工作、观测水位、渠道断面测量、流速测量、现场检查、计算与整理等。

1）准备工作。一是做好流速仪检测工作。各级渠道测流使用的仪器均为检定后未使用的仪器，各参数均满足精度要求。二是测流前，还应对水情和本测次的要求有所了解，做到方法正确，测验及时，精度可靠。观测水位。开始和结束均要观测，若水位涨落变化较大时，应进行改正（在允许范围内）。

2）渠道断面测量。包括各测线及两岸水边起点距的测量，各垂线水深的测量。要求垂线布设均匀，并能控制断面地形和流速沿渠宽的分布情况。垂线布设好后，根据测深取测点，一般为三点法和五点法。

3）流速测量。在各垂线上测量所需的各点流速。总干、干、支渠垂线平均流速采用单跨水文缆道绞车、悬索、积点法测定。单个流速测点上的测速历时大于100s。

4）计算与整理。根据相邻垂线平均流速，与相应浸水断面部分面积相乘得部分流量。各部分流量之和，即为全断面流量。测量成果现场计算，及时整理，并作集合性检查、校核。

（2）分析计算。

1）漳河灌区各级渠道测段损失水量见表2-8。

2）渠道水利用系数。根据实测资料，分别计算出11条典型渠段的单位长度输水损失率，进而计算各级渠道的渠道水利用系数。其结果见表2-9。实际渠道不论是按续灌方式运行还是按轮灌方式运行，都是在分水情况下运行，流量自渠首至渠尾逐渐减小，单位长度的损失水量也相应减少，故由典型渠段的输水损失率计算实际渠道单位长度输水损失率时，必须进行换算。典型段选定后，影响渠系水利用系数的因素主要有流量变化情况、沿程分水情况及典型段选择的位置情况，因此，引入k₁、k₂、k₃三个修正系数。典型渠道单位长度的输水损失率可由下式计算：

式中 L_典渠段——典型渠段的长度，若测量段为整条典型渠道时它为整条典型渠道的长度，km；

k₁——输水系数；

Q₀——渠首流量；

Q_e——渠尾出流流量；

k₂——分水系数（如果实际渠道接近均匀分水，即上下游控制面积区别不大，则：k₂=0.5）；

B——渠道控制区的平均宽度；

ΔB——在控制区宽度呈线性变化的假定下，首部与尾部的宽度差；

k₃——位置修正系数；

L₁——典型渠段中心点到典型渠道渠首的距离；

L_典渠道——典渠道为典型渠道的长度。

对选择的各典型渠道测量时，流量和长度并不相同，对渠道类型相同的同级渠道计算出的渠道水利用系数会有差别，另外，对于测试的同级渠道，既有衬砌渠道也有非衬砌渠道，也要求根据不同渠道形式所占的长度比例S比进行修正，修正结果见表2-10。

3）渠系水利用系数计算。漳河灌区的渠网比较复杂，九级渠道并不是逐级布置的，存在越级现象。尽管本次测量选点较少，仅选择了总干渠出水的三大干渠的下级渠道，但基本上能代表整个灌区的总体水平。所以渠系水利用系数的计算还是利用以上实测计算的各级渠道水利用系数相乘求得。即：

η_渠系=0.961×0.907×0.726×0.845×0.906=0.485

4.田间水利用系数测定

（1）测定方法。

根据要求，选择三干渠一分干6号涵管所属的农渠为典型渠道，测定其灌溉面积为58.67 hm²，2000年中稻抽穗期一次灌溉农田放出的总水量为2.6万m³。从农渠附近的团林试验站收集2000年的降雨量和蒸发量资料，并推算出灌区的中稻生育期设计灌水定额见表2-11。

若泡田定额为0.12万m³/hm²，则总灌水定额为0.42万m³/hm²。

（2）分析计算。

根据《节水灌溉技术规范》（SL207—98），田间水利用系数应按下式计算：

η_田=mA/W

式中：η_田为田间水利用系数；A为农渠控制的实灌面积，为58.67 hm²；W为一次灌溉农渠放出的总水量，为2.6万m³；m为设计净灌水定额，该次调查时间在6～7月，因此，根据表2-11取399.0m³/hm²。

经计算得：

η_田=26.6×880/2600=0.90

5.灌溉水利用系数计算

根据公式η_水=η_渠系η_田得全灌区η_水=0.485×0.90=0.436。

经实测计算与分析，漳河灌区利用综合测定法得到的灌溉水利用系数为0.436。计算的结果与实际情况较为接近，能满足整个灌区的灌溉水利用系数分析所需精度，用该方法确定区域的灌溉水利用系数是可行的。