灌溉水利用系數首尾測定法

高金梅 李雙柱

（淮安市水利勘測設計研究院有限公司 淮安 223005 江蘇省淮安市漣水縣水利局 淮安 223400）

灌溉水利用系數首尾測定法

高金梅 李雙柱

（淮安市水利勘測設計研究院有限公司 淮安 223005 江蘇省淮安市漣水縣水利局 淮安 223400）

灌溉水利用系數是評價灌溉用水效率的重要指標，與灌區自然條件、工程狀況、用水管理、灌水技術等因素有關。因此測算分析現狀條件下，各個灌區農業灌溉水利用系數，合理評價節水潛力與節水灌溉發展成效，對促進灌溉節水健康發展具有重要意義。

灌溉水 利用系數 首尾測定法

1 灌區概況

漣西灌區屬大型灌區，灌區總面積489km2，現有耕地面積40.91萬畝，設計灌溉面積36.58萬畝，實際灌溉面積21.0213萬畝，主要由漣西一干進水閘和漣西二干進水閘引水灌溉，設計引水總量66.2m3/s，兩條干渠與其配套的支、斗、農渠組成灌溉系統。灌區干渠2條共52.2km，其中漣西一干長26km；支渠31條179.96km，其中混凝土防滲10條28.89km；斗渠149條381.57km，混凝土防滲 30條 105.07km；農渠 1472條 1126.87km，混凝土防滲145條180.33km。

灌區土質以沙壤土為主，粘土不足30%。沙土區渠道1m以內渠床土壤平均孔隙率45.7%，滲透系數0.0337m/d，粘土區渠道1m深度內土壤平均孔隙率42%，滲透系數0.018m/日。農業以水稻、小麥為主，輔以玉米、大豆、油菜等雜糧，近年來設施農業經濟作物種植面積逐年增加，農業灌溉用水量也隨之逐年增加。

2 測算分析方法

首尾測算分析法指直接測量統計灌區從水源取用的毛灌溉用水總量，采用當地最常用的灌溉技術，推廣面積最大的節水高產灌溉模式，觀測計算得到的田間實際凈灌溉用水總量，田間實際凈灌溉用水總量與毛灌溉用水總量的比值即為灌溉水利用系數。

3 主要測算分析內容

灌區渠首全年取用的毛用水總量。對所選擇的占灌區實灌面積10%以上不同作物同步開展灌溉試驗，測定各種當年作物需水量和凈灌溉定額，作為標準需水量和標準灌溉定額。在實際測算分析中為了能夠反映灌區灌溉水利用的整體情況，計算分析時段以測算分析的日歷年為準，即每年1月1日～12月31日；對跨年度作物分段計算。

4 測區的選擇與布設

凈灌溉水測驗采用實測法、試驗法兩種方法同時進行。在一干渠、二干渠控制范圍分別選擇典型測驗田塊。測定水稻、小麥、夏玉米需水量和凈灌溉水量。二干渠測區選擇三支、二斗、四農控制范圍，規格8m×120m，約8.6畝，其中實測法、試驗法田塊各3塊。一干渠測區選擇堆北電灌站向南100m和20m處，實測法小區3塊、單個面積為1.2畝、合計3.6畝，試驗法小區單個面積0.41畝、合計1.23畝。夏玉米測試田塊選擇王二莊村試驗站自主管理的試驗田。利用漣水科研站大型有底測坑分別測試各種供試作物的需水量，地下水補給量，有效雨量等相關參數。以上各測試小區交通方便，灌排條件較好，土壤肥力、農技水平中等，土壤保肥、保水性能、氣候和土質條件都具有一定的代表性。其試驗小區、實測小區和測坑內的供試作物，栽插密度等均與大田一致。

實測小區布設：在實測小區的中心位置，打入用PE塑料管制成的地下水位觀測井打入深度為2.5m，觀測井下端1m位置，鉆間距10～15cm梅花形布置的小孔，用透水土工布包扎，并用鐵絲扎緊以利透水。

試驗小區布設：首先在各個試驗小區的進排水口處分別安裝鐵板制成的三角量水堰。埋設深2m，上端高出地面30cm，直徑75mmPVC管制成的地下水位井。分別設置鍍鋅白鐵皮制成的有底筒、無底筒和棵間蒸發皿各一組，并于小區的測量位置（距田埂0.6～1.0m）打入本樁，上端與地面相平，以便觀測田間水層深度，同時在試驗小區四周埋設深1m的塑料薄膜，做隔水處理。

5 測算分析參數的確定

5.1年毛灌溉用水總量測定

漣西灌區年毛灌溉引水量以漣西一干進水閘、二干進水閘和朱碼東一支電灌站、朱碼西一支電灌站年取水總量組成。其方法是：在一干渠首閘、二干渠首閘上下游約30m處，分別設立水位標尺，詳細記錄各次取水時的閘上下游水位、閘門開啟高度、取水歷時等資料，并利用流速儀分別率定其水位流量曲線，推算年毛灌溉用水量。提水泵站的提水量據其各次提水歷時、泵型、流量記錄資料推算而得。經統計，4～10月年毛灌溉用水總量為9374萬m3。

5.2實測法凈灌溉用水量的確定及測算方法

5.2.1凈灌溉用水量的確定

根據統計年鑒，統計灌區各類農作物的種植面積和實灌面積，得出各類種植作物實灌面積占灌區實灌面積的百分數。凡實灌面積超過灌區實灌面積10%以上的農作物，都進行凈灌溉用水量計算。且典型田塊的選擇，應根據大型灌區的實際情況，分別于灌區上、中、下游選擇面積適中、邊界清楚、形狀規則的田塊作為田間灌溉用水量觀測場，分別測定各參算作物全生長期內凈灌溉用水量。

測算分析的參算作物為水稻、小麥作物，其灌溉用水量由專業技術人員采用現場實測法確定。通過與標準灌溉定額的比較，確定有效灌溉水量。

5.2.2水田凈灌水定額測定

采用水位變化法測定（水田），即hi=he-hs

式中：hi—灌水深度（mm）；

he—灌水結束后田面水深（mm）；

hs—灌水開始時的田面水深（mm）。

（1）灌水前有水層田塊的測定方法

在測試小區的測量位置（距田埂0.6～1.0m）分別打入木樁5根，其上端與起始水位相平，灌水結束20min后，以木樁上端為起點，測量水深hi，忽略灌水過程中的入滲水量，該水深即為灌水深度。在木樁附近插入竹桿或旗幟作為標識以便尋找。

用鍍鋅白鐵皮制成上、下直徑相同，直徑為20cm的測筒，測定每次灌水過程中的入滲水量。其方法為：將測筒埋于地面20cm以下，筒壁與土壤緊密結合，以防側滲。桶內預先打入木樁，其上端水平，高出地面H（H可取大田設計灌水深度），灌水前桶內鋪設塑料布防沖，每次田塊灌水時，迅速向桶內加水與木樁頂端齊平，灌水結束20min后，以木樁上端為標準，用水位測針測定桶內水位，此水位木樁頂端的差值，即為該次灌水過程中的入滲水量H2，此次灌水的實際灌水深度H＝H1+H2。

（2）灌水前無水層田塊的測定

在每個測試小區的測量位置，灌水前打入木樁，其上端與地面相平，灌水結束20min后，以此木樁頂端作為起點，用水位測針測定水深，該水深即為不考慮入滲水量的H1，同時利用埋設的測筒測定該次灌水過程中的入滲水量H2，H1+H2即為此次灌溉的實際灌水深度。

用累計實測法列表統計水稻生育期凈灌溉定額、泡田定額、秧田凈灌溉定額，得出全生長期凈灌溉定額。

5.2.3旱作物（小麥）灌水定額測定

冬小麥為跨年度作物，計算時段以日歷年為準。冬小麥凈灌溉定額采用取土烘干法測定。

首先分層（每層20cm）取樣，測定典型田塊的土壤干容重，作為計算土層儲水量的參數。灌水前和灌水結束消失后24h內，用土鉆分層取土，每層20cm，取至地下水埋深，烘干法測定土壤含水率，則某種作物的凈灌水定額M為：

式中：n—計劃濕潤層內取土的層數；

γi—第i層土壤干容重；

Wei-Wsi—第i層土壤在灌水結束后和灌水前的土壤含水率（占干容重的百分比）；

Hi—第i層土壤深度，；

H—計劃濕潤層深度。

式中：Ai—統計時段內灌區第i種作物的灌溉面積；

N—統計期內第i種作物的灌水次數，凈灌溉定額為測定時段內各次灌水定額之和。

5.3試驗法標準灌溉定額測定

所謂標準灌溉定額，是采用適宜的節水高產灌排模式，將土壤含水率控制在合理的變化范圍內，并滿足烤田、治蟲等所必須的灌水要求，所需要的田間灌溉定額即為該作物標準灌溉定額。

水旱作物（水稻、小麥）凈灌溉定額測試采用田測和坑測相結合方法進行，水稻采用淺式調控灌溉、小麥采用畦灌。測區選擇根據灌區的供水特點和土壤以及作物差異，除在自主管理的試驗田內進行試驗外，還分別在灌區選擇2個具有代表性大田為測點，由專業技術人員根據土壤水分控制指標，測定田塊的實際灌水定額和灌溉定額。

5.3.1水稻標準灌溉定額的測定

本地水稻的灌水方式一般以田間建立水層的淹灌為主，其凈灌溉需水量包括育秧需水量、泡田水量、水稻全生育期蒸騰蒸發水量以及必要的滲漏量，但其中育秧需水量非常小，故在實際計算水稻全生育期凈灌溉定額時忽略不計，其不考慮育秧需水量時，水稻全生育期（包括泡田）凈灌溉定額計算公式為：

式中：Mi—水稻凈灌溉定額（mm）；

Fi—水稻全生育期滲漏量（mm）；

ETi—水稻蒸發蒸騰量（需水量）（mm）；Ma—泡田水量（mm）；

Pi—水稻生育期內的有效雨量（mm）；

Ci—水稻全生育期間的地下水利用量（mm）。

上述各參數測定的依據為《灌溉試驗規范》（SL13—2004）。

泡田定額：在選定的典型田塊田間進水口處設三角量水堰，測定泡田用水的全過程，計算泡田定額。

水稻蒸騰蒸發量：在典型田塊埋設鍍鋅白鐵皮制成的有底筒、無底筒及棵間蒸發皿，并埋設地下水位井。田面有水層時，每日8：00時用水位測針測定蒸滲器中的水位，其中有底筒的水位消耗即為水稻葉面蒸騰量，再加棵間蒸發量即為水稻蒸騰蒸發量。田面無水層時，每隔5～10天觀測一次土壤含水率。計算蒸騰蒸發量公式：

式中：ET1-2—階段蒸發蒸騰量（mm）；

i—土壤層次號數；

n—土壤層次總號數；

γi—第i層土壤干容重（g/cm3）；

Hi—第i層土壤的厚度（cm）；

Wi1-Wi2—第i層土壤在時段始、末的含水率（干容重%）；

M—時段內的灌水量（mm）；

P—時段內的降水量（mm）；

K—時段內的地下水補給量（mm）；

C—時段內的排水量（mm）。

有效雨量：據農田水量平衡原理，計算公式：

式中：Po—計算時段內有效雨量；

ET—計算時段內的蒸騰蒸發量；

F—計算時段內的水稻稻田滲漏量；

M—計算時段內灌溉定額；

h1、h2—計算時段內始末田面水層深度，無水層時按旱作物農田公式計算。

稻田滲漏量：稻田滲漏量是指深層滲漏，其值等于無底耗水量減去有底耗水量。

地下水補給量測定：地下水補給量在漣水科研站大型有底測坑中直接測定，即在測坑中根據要求確定地下水埋深線，因供試作物蒸發蒸騰引起測坑中地下水位下降時，向地下水位以下含水層補水至原定地下水位線所補充的水量，即為地下水補給量。

5.3.2旱作物（小麥）標準灌溉定額測定

在典型田塊試驗小區內布設地下水位觀測井，采用田測法測定相關參數。同時利用漣水水利科研站24只大型有底測坑，采用坑測法測定相關參數。

典型田塊小區面積在60m2以上，小區四周做隔水處理，同時布設測定灌、排水量及地表徑流設備。觀測期間，每5～10天用取土烘干法觀測一次計劃濕潤層的土壤含水量，在灌排水前后、降雨量前后、生育階段轉換以及播種或栽種或收獲時均加測，利用水量平衡原理，用公式計算蒸騰蒸發量：

式中符號意義同前。

5.3.3典型樣點灌區凈灌溉用水總量計算

灌區凈灌溉用水總量計算參數采用標準灌溉定額評價方法確定，所謂標準灌溉定額評價方法，是將灌區各測點采集的實際灌溉定額與標準灌溉定額進行比較，若低于標準灌溉定額，則采用實際凈灌溉定額，否則以標準灌溉定額作為實際凈灌溉定額。灌區灌溉用水量用下式計算：

式中：Mi—灌區第i種作物凈灌溉定額（mm）；

Ai—灌區第i種作物的實際灌溉面積（畝）；

N—灌區播種作物總類總數。

5.4灌區灌溉用水有效利用系數計算

據首尾測算法的定義，灌區灌溉水有效利用系數即為某時段灌區田間凈灌溉用水總量與從灌溉系統取用的毛灌溉用水總量的比值，即：

式中：Wa—灌區毛灌溉用水總量（m3）；

M綜—灌區畝綜合凈灌溉定額（m3/畝），

Mi—灌區第i種作物凈灌溉定額（m3/畝）；

Ai—灌區第i種作物實際灌溉面積（畝）；

N—灌區作物種類總數；

A—灌區實灌面積（不考慮復種指數情況）（畝）。

2012年漣西灌區農業灌溉水利用系數測算結果見表1。

表1 2012年漣西灌區農業灌溉水利用系數測算結果表

6 結語

灌溉水利用系數等于渠系水利用系數與田間水利用系數的乘積，對于某灌區田間水利用系數值變化較小，水量損失主要在渠系輸水損失上。因此，加強渠道防滲、渠系建筑物配套及管理，才能有效提高灌溉水利用率，節約水資源。本文介紹的灌區水利用系數首尾測定方法，簡單實用，操作性較強，可供其他灌區在今后開展此類工作時參考■