農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析

馬之剛

(阜南縣水務(wù)局，安徽 阜南 236300)

所謂的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)是指某一時(shí)期灌入田間可被作物利用的水量與水源地灌溉取水總量的比值。它反映灌區(qū)渠系輸水和田間用水狀況,是衡量從水源取水到田間作物吸收利用過程中灌溉水利用程度的一個(gè)重要指標(biāo),能綜合反映灌區(qū)灌溉工程狀況、用水管理水平、灌溉技術(shù)水平,對(duì)農(nóng)田灌溉的節(jié)水性能的評(píng)定有著重要意義。

1 農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析方法

1.1 技術(shù)路線

灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算主要步驟:樣點(diǎn)灌區(qū)選擇→典型田塊選擇→典型田塊畝均凈灌溉用水量觀測(cè)與計(jì)算→樣點(diǎn)灌區(qū)凈、毛灌溉用水總量計(jì)算→全縣中、小、純井灌區(qū)系數(shù)計(jì)算→全縣系數(shù)計(jì)算。

1.2 主要工作內(nèi)容

(1)基本資料收集。統(tǒng)計(jì)分析當(dāng)年全縣農(nóng)田灌溉情況,包括作物種植結(jié)構(gòu)、灌溉面積、節(jié)水工程建設(shè)與投資、管理改革等情況。收集灌區(qū)基本信息,包括灌區(qū)范圍、實(shí)灌面積、水利工程設(shè)施(水源工程、渠系工程)、作物面積產(chǎn)量、降雨量、工程投入等。

(2)樣點(diǎn)灌區(qū)選擇。在全縣灌區(qū)基本情況進(jìn)行綜合調(diào)研的基礎(chǔ)上,分類匯總不同規(guī)模與類型灌區(qū)的灌溉面積、水源情況、水利工程設(shè)施現(xiàn)狀等,選擇不同規(guī)模(大、中、小)、類型(提水、自流引水)、工程狀況、水源條件和管理水平,選擇12處小型灌區(qū)、26處機(jī)井灌溉作為典型灌區(qū)進(jìn)行全縣農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)調(diào)查測(cè)算,構(gòu)建相對(duì)灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析網(wǎng)絡(luò)。

(3)樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉用水統(tǒng)計(jì)。在對(duì)樣點(diǎn)灌區(qū)詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上,規(guī)范整理樣點(diǎn)灌區(qū)年度灌溉用水情況。測(cè)算樣點(diǎn)灌區(qū)作物年畝均凈灌溉用水量,結(jié)合灌區(qū)種植灌溉面積計(jì)算樣點(diǎn)灌區(qū)全年凈灌溉用水量。如表1所列。

表1 阜南縣樣點(diǎn)灌區(qū)選擇方案及不同規(guī)模與類型灌區(qū)數(shù)量、灌溉面積與灌溉用水情況

1.3 測(cè)算分析方法

傳統(tǒng)灌溉水有效利用系數(shù)的測(cè)算通常通過實(shí)測(cè),獲得不同級(jí)別典型渠道的渠道水利用系數(shù),加權(quán)平均得到灌區(qū)干、支、斗、農(nóng)各級(jí)渠道的渠系水利用系數(shù);測(cè)量典型田塊的田間水利用系數(shù),采用系數(shù)連乘的方法得出灌溉水有效利用系數(shù)。傳統(tǒng)測(cè)算方法主要存在以下困難和問題:① 測(cè)定工作量大;② 測(cè)試條件要求嚴(yán)格,實(shí)際測(cè)量中難以滿足;③ 對(duì)測(cè)試手段和技術(shù)人員需求大;④ 典型測(cè)量獲得的灌溉水有效利用系數(shù)的代表性差。

為了避免傳統(tǒng)測(cè)算方法存在的上述困難與問題,同時(shí)又滿足提高測(cè)算灌溉水有效利用系數(shù)精度的要求,在總結(jié)以往研究成果與經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,本次測(cè)算灌溉水有效利用系數(shù)統(tǒng)一采用首尾測(cè)算分析法。

首尾測(cè)算分析法是指直接測(cè)量統(tǒng)計(jì)灌區(qū)從水源引入(取用)的毛灌溉用水總量,通過分析測(cè)算得到田間實(shí)際凈灌溉用水總量,田間凈灌溉用水總量與毛灌溉用水總量的比值,即為灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)。計(jì)算公式如式(1):

(1)

其中,ηw為灌溉水有效利用系數(shù);Wj為凈灌溉用水總量,m3;Wa為毛灌溉用水總量,m3。

1.4 測(cè)算成果

本次灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析采用點(diǎn)與面相結(jié)合、實(shí)地觀測(cè)與調(diào)查分析相結(jié)合、微觀研究與宏觀分析評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法進(jìn)行。測(cè)算時(shí)段為2017-01-01 ～12-31。

具體測(cè)算方法是通過統(tǒng)計(jì)灌區(qū)灌溉用水代表年灌溉用水總量、各種作物的實(shí)灌面積,根據(jù)計(jì)算分析、典型調(diào)查與觀測(cè)確定實(shí)際凈灌溉定額,以作物凈灌溉定額推算畝均凈灌灌溉用水量,即可用式(2)計(jì)算灌區(qū)該年度的灌溉水有效利用系數(shù)ηw:

(2)

其中,Mi為灌區(qū)第i種作物凈灌溉用水量,mm;Ai為灌區(qū)第i種作物實(shí)灌面積,hm2;N為灌區(qū)作物種類總數(shù);Wa為灌區(qū)全年毛灌溉用水總量,m3。

計(jì)算時(shí)段灌溉用水代表年以日歷年為準(zhǔn),0.667為單位換算系數(shù)。

根據(jù)以上方法計(jì)算,阜南縣2017年農(nóng)田灌溉及園地灌溉總用水量13250.3×104m3,全縣灌溉水有效利用系數(shù)為0.5929,不同規(guī)模與水源類型灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)平均值如表2所列。

表2 阜南縣不同規(guī)模與水源類型灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)

2 灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算成果分析

2.1 樣點(diǎn)灌區(qū)基本情況與代表性分析

阜南縣沒有大、中型灌區(qū),小型及井灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)的選擇主要根據(jù)阜南縣具體地形、作物種植以及灌溉習(xí)慣等因素綜合考慮。全縣共有小型灌區(qū)3835處,其中133.33～666.66hm28處,3.33～133.33hm297處,1.33～3.33hm23730處。阜南縣小型灌區(qū)較多,根據(jù)灌溉面積選取3處133.33～666.66hm2灌區(qū),3處3.33～133.33hm2灌區(qū),6處1.33～3.33hm2灌區(qū)作為樣點(diǎn)灌區(qū);井灌區(qū)按照不同灌溉方式,軟管輸水灌溉、低壓管道灌溉、噴灌、微灌分別為選取12、6、6、2處機(jī)井灌區(qū)作為樣點(diǎn)。樣點(diǎn)灌區(qū)選擇《全國(guó)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則》相關(guān)要求。

2.2 灌溉水有效利用系數(shù)合理性分析

根據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析測(cè)算結(jié)果,由表2可知,阜南縣2017年度農(nóng)田灌溉及園地灌溉用水總量為13250.3×104m3,小型灌區(qū)單位用水量5907.75m3/hm2,井灌區(qū)單位用水量2119.8m3/hm2。各類型灌區(qū)單位用水量對(duì)比如圖1所示。農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)小型灌區(qū)為0.4936,井灌區(qū)為0.7189,全縣灌溉水有效利用系數(shù)為0.5929。不同規(guī)模灌區(qū)畝均用水量比較如圖2所示。

圖1 全縣不同規(guī)模灌區(qū)平均用水量比較

圖2 全縣不同規(guī)模灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)比較

由于小型灌區(qū)輸水距離小,各級(jí)渠道總長(zhǎng)度較短,因此,在作物種植結(jié)構(gòu)、降雨等條件基本一致的情況下,規(guī)模較小的灌區(qū)單位灌溉用水量通常小于規(guī)模較大灌區(qū),而農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)通常是前者大于后者。根據(jù)表2和圖1、2分析,阜南縣各類型灌區(qū)單位用水量符合常規(guī)趨勢(shì)。

通過農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析可知:① 2017年阜南縣全年降雨1267.6mm,比2016年降雨增加338.6mm;與多年平均相比,降雨總量增加332mm,屬豐水年份。但與以往豐水年相比,降雨在時(shí)程分配上不是很有利于作物生長(zhǎng)。在小麥、玉米等主要作物生育期均出現(xiàn)了旱情,受降雨不均影響,全縣農(nóng)作物灌溉主要是補(bǔ)充性灌溉。② 阜陽市下達(dá)阜南縣2017年農(nóng)業(yè)取水計(jì)劃為18885×104m3,當(dāng)年農(nóng)田灌溉用水總量為13250.3×104m3,結(jié)合當(dāng)年降雨情況,農(nóng)田灌溉用水量在合理范圍內(nèi)。③ 阜陽市下達(dá)阜南縣2017年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)控制指標(biāo)為0.5920,測(cè)算本年度實(shí)際為0.5929,超額完成目標(biāo)任務(wù)。

綜上所述,阜南縣2017年度農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算采取灌區(qū)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)分析與調(diào)查統(tǒng)計(jì)相結(jié)合,微觀模型研究與宏觀分析評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法,所得結(jié)果是合理的、可靠的。

2.3 存在問題及改進(jìn)措施

存在的主要問題是技術(shù)支撐力量有待進(jìn)一步加強(qiáng),典型觀測(cè)工作還相對(duì)較為薄弱,測(cè)算分析網(wǎng)絡(luò)尚需進(jìn)一步完善,數(shù)據(jù)整理分析工作需要進(jìn)一步規(guī)范等。為了更好地開展灌溉用水有效利用系數(shù)測(cè)算分析工作,建議如下:

(1)強(qiáng)化工作技術(shù)支撐。爭(zhēng)取各級(jí)政府和水行政主管部門領(lǐng)導(dǎo)的重視和支持,保障工作經(jīng)費(fèi),搞好基層管理人員技術(shù)培訓(xùn),建立起穩(wěn)定的技術(shù)支撐隊(duì)伍。

(2)完善量水觀測(cè)設(shè)施。根據(jù)灌區(qū)實(shí)際情況,確定好典型觀測(cè)區(qū)與觀測(cè)任務(wù),結(jié)合高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)、小型農(nóng)田水利工程、農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)等項(xiàng)目建設(shè),完善灌區(qū)量水設(shè)施和必要的觀測(cè)試驗(yàn)設(shè)備,加強(qiáng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的觀測(cè)與積累,為測(cè)算分析提供基礎(chǔ)支持。

(3) 建立全縣測(cè)算分析網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)實(shí)際要求,在小型站灌區(qū)及井灌區(qū),選擇不同類型的樣點(diǎn)灌區(qū),既要保證樣點(diǎn)的穩(wěn)定性,又要兼顧樣點(diǎn)的動(dòng)態(tài)代表性,構(gòu)建好全縣灌溉用水有效利用系數(shù)測(cè)算分析網(wǎng)絡(luò)。

(4) 規(guī)范測(cè)算分析方法。進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)整理分析工作程序,充分利用計(jì)算機(jī)與信息技術(shù),不斷提高技術(shù)工作效率與成果準(zhǔn)確性。對(duì)樣點(diǎn)灌區(qū)有灌溉用水的試驗(yàn)觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)資料,認(rèn)真分析后采用;對(duì)樣點(diǎn)灌區(qū)缺乏試驗(yàn)觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)資料的,必須進(jìn)行實(shí)地調(diào)查,并依據(jù)調(diào)查結(jié)果計(jì)算分析后,方可采用。

(5) 加強(qiáng)節(jié)水措施研究。分析工程建設(shè)、設(shè)施改造、建后管護(hù)等不同節(jié)水措施對(duì)灌溉用水的影響,評(píng)價(jià)不同環(huán)節(jié)節(jié)水改造的投入對(duì)灌溉用水效率提高的貢獻(xiàn)度等,為政府部門對(duì)灌溉工程節(jié)水改造宏觀決策提供技術(shù)支撐。

3 結(jié)束語

阜南縣2017年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算按照《全國(guó)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則》要求進(jìn)行，選擇12處小型河灌區(qū)、26處機(jī)井灌區(qū)作為典型灌區(qū)進(jìn)行調(diào)查分析，灌區(qū)樣點(diǎn)選擇總體上能夠代表全縣灌區(qū)基本情況；測(cè)算方法采用“首尾測(cè)算分析法”，通過分析測(cè)算得到田間實(shí)際凈灌溉用水總量，以田間實(shí)際凈灌溉用水總量與毛灌溉用水總量的比值作為灌溉水有效利用系數(shù)，計(jì)算方法符合要求。