蔣 勇

(新疆烏蘇市水利局，新疆 烏蘇 833000)

渠系水利用系數(shù)是灌溉渠系凈流量、毛流量間的比值，能夠清晰反應(yīng)灌區(qū)內(nèi)各級(jí)渠道的基本運(yùn)行狀況及整個(gè)渠系的綜合管理水平?，F(xiàn)階段我國(guó)相關(guān)科研單位的研究重點(diǎn)主要在于河網(wǎng)流域的自然利用狀態(tài)，而對(duì)于灌區(qū)渠系及人工建造的管道、運(yùn)河等其它網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)未進(jìn)行深入研究[1]。在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，大部分研究單位利用Horton定律對(duì)渠系內(nèi)水體的利用情況進(jìn)行表征，并通過(guò)自組織分形理論建立完整的渠系分位數(shù)計(jì)算區(qū)間，在不斷量化分析結(jié)果的同時(shí)，確定詳細(xì)的渠系水利用系數(shù)。但這種方法不足以說(shuō)明渠系水利用系數(shù)是否滿(mǎn)足河系定律的發(fā)展規(guī)則，易導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果失去真實(shí)使用價(jià)值。為避免上述情況的出現(xiàn)，引入防滲標(biāo)準(zhǔn)，搭建一種新型的渠系水利用系數(shù)研究方法，并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明該方法的有效性。

1 防滲標(biāo)準(zhǔn)影響下的渠系水級(jí)別劃分

渠系水級(jí)別劃分是新型利用系數(shù)計(jì)算方法的搭建基礎(chǔ)，在防滲標(biāo)準(zhǔn)的影響下，其具體劃分流程可按以下步驟進(jìn)行。

1.1 防滲標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)確定

防滲標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)是渠系水級(jí)別劃分的主要依據(jù)。該項(xiàng)參數(shù)既能從側(cè)面反應(yīng)配水渠道在輸水過(guò)程中的損失情況，也能對(duì)灌溉渠系內(nèi)水資源的利用率進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)。設(shè)q代表配水渠道的平均輸水周期，利用q可將防滲標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)表示為：

(1)

式中，ri—灌溉渠系內(nèi)水資源的波峰利用率;ui—灌溉渠系內(nèi)水資源的波谷利用率;i—波峰、波谷值點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù);E—水資源利用率的極限參量。

1.2 等級(jí)渠頻數(shù)確定

等級(jí)渠頻數(shù)是防滲標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的引申解釋?zhuān)梢灾苯佑绊懬邓?jí)別的劃分結(jié)果。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，以灌區(qū)渠系為首的管道、運(yùn)河等其它網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完全遵循自然規(guī)律的變化規(guī)則，且在發(fā)揮監(jiān)測(cè)者主觀能動(dòng)性的同時(shí)，可以通過(guò)分析區(qū)域內(nèi)水資源利用系數(shù)的方式，確定渠系內(nèi)水體的主要應(yīng)用走勢(shì)，進(jìn)而完成等級(jí)渠頻數(shù)的確定，實(shí)現(xiàn)防滲標(biāo)準(zhǔn)影響下的渠系水級(jí)別劃分[2]。設(shè)t代表自然規(guī)律的周期變化系數(shù)，聯(lián)立公式(1)可將等級(jí)渠頻數(shù)表示為：

(2)

2 基于級(jí)別劃分的渠系水利用系數(shù)研究

在防滲標(biāo)準(zhǔn)影響下渠系水級(jí)別劃分的基礎(chǔ)上，通過(guò)確定非等效并聯(lián)利用系數(shù)、等效并聯(lián)利用系數(shù)，完成渠系水利用系數(shù)研究。

2.1 非等效并聯(lián)利用系數(shù)

由多條下級(jí)渠道向同一條上級(jí)渠道進(jìn)行供水的方式稱(chēng)為非等效并聯(lián)利用。這種供水方式所連接的灌溉渠系面積較大，采用干、支渠混合相接的聯(lián)通方式，且每條支流中的利用系數(shù)僅作用于該條支流內(nèi)的渠系水，與其它支流渠系內(nèi)的水體不發(fā)生直接作用關(guān)系，而干渠渠段內(nèi)的利用系數(shù)總是保持定值狀態(tài)，不受支流利用系數(shù)的影響[3]。設(shè)h1、h2、h3、…、hn分別代表各支流中的渠系水利用系數(shù)，h代表干渠渠段內(nèi)的渠系水利用系數(shù)，利用上述參數(shù)可將非等效并聯(lián)利用系數(shù)表示為：

(3)

式中，z—干、支渠的混合聯(lián)通系數(shù)下限;xv—渠系水的循環(huán)周期。

2.2 等效并聯(lián)利用系數(shù)

由一條下級(jí)渠道向一條上級(jí)渠道進(jìn)行供水的方式稱(chēng)為等效并聯(lián)利用[4]。這種供水方式所連接的灌溉渠系面積較小，在無(wú)特殊影響因素的情況下，下級(jí)渠道、上級(jí)渠道內(nèi)的渠系水利用系數(shù)始終保持為λ。設(shè)ξ代表渠道內(nèi)的特例關(guān)聯(lián)參數(shù)，利用λ、ξ可將等效并聯(lián)利用系數(shù)表示為：

(4)

式中，mb—渠系水灌溉條件的實(shí)部數(shù)值;x—渠道關(guān)聯(lián)值的積分下限;T—渠系水利用系數(shù)的冪次項(xiàng)積分條件;ω—渠道供水能力的真實(shí)值。

2.3 關(guān)聯(lián)規(guī)則確定

關(guān)聯(lián)規(guī)則是防滲標(biāo)準(zhǔn)影響下渠系水利用系數(shù)計(jì)算方法搭建的核心條件。在非等效并聯(lián)利用系數(shù)、等效并聯(lián)利用系數(shù)已知的前提下，關(guān)聯(lián)規(guī)則作為兩項(xiàng)系數(shù)的融合標(biāo)準(zhǔn)，可以通過(guò)聯(lián)合等級(jí)渠頻數(shù)的方式，完成渠系水利用系數(shù)計(jì)算[5- 6]。在式(2)、(3)、(4)的支持下，可將關(guān)聯(lián)規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)表示為：

(5)

式中，ε—關(guān)聯(lián)周期下限數(shù)值；Q—渠系水極限參數(shù)；φ—渠頻數(shù)混合周期；σ—渠頻數(shù)的回歸周期。在關(guān)聯(lián)規(guī)則的約束下，完成防滲標(biāo)準(zhǔn)影響下的渠系水利用系數(shù)研究。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為驗(yàn)證防滲標(biāo)準(zhǔn)影響下新型渠系水利用系數(shù)計(jì)算方法的使用性，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在變量因素不變的前提下，分別記錄應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)手段、新型計(jì)算方法后，相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)值的變化情況。

3.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

表1反應(yīng)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置情況。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置表

表1中參數(shù)依次代表防滲標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、目標(biāo)貼合程度、渠系水利用極限，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性，兩組實(shí)驗(yàn)參數(shù)始終保持一致。

3.2 河系定律發(fā)展規(guī)則貼合程度對(duì)比

在防滲標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)為0.84、渠系水利用極限為96.75%的條件下，以35min作為實(shí)驗(yàn)時(shí)間，分別記錄在該段時(shí)間內(nèi)，應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)手段、新型計(jì)算方法后，渠系水利用系數(shù)與河系定律發(fā)展規(guī)則貼合程度的變化情況。具體實(shí)驗(yàn)對(duì)比情況如圖1所示。

圖1 河系定律發(fā)展規(guī)則貼合程度對(duì)比圖

分析圖1可知，當(dāng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間處于10～15min之間時(shí)，應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)手段和新型計(jì)算方法后，渠系水利用系數(shù)與河系定律發(fā)展規(guī)則貼合程度均達(dá)到最大值，二者間差值為35.29%，應(yīng)用新型計(jì)算方法后的實(shí)驗(yàn)數(shù)值明顯高于現(xiàn)有技術(shù)手段。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知，新型計(jì)算方法能夠促使渠系水利用系數(shù)與河系定律發(fā)展規(guī)則不斷貼合，且這種方法的搭建過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，具備較強(qiáng)的實(shí)際推廣價(jià)值。從實(shí)用性方面考慮，隨著防滲標(biāo)準(zhǔn)的日益推廣，渠系水的利用價(jià)值將得到穩(wěn)步提升，相關(guān)利用系數(shù)計(jì)算法則也成為重要的約束標(biāo)準(zhǔn)。