雙塔灌區灌溉水有效利用系數測算分析

姜冬梅，王 平

(甘肅省疏勒河流域水資源局，甘肅 蘭州 730000)

我國是一個水資源相對匱乏的國家，水資源分布較為不均。近些年來，我國水資源短缺現象日益嚴重，農田灌溉水是水資源應用的一個主要方向，因此，查明灌區灌溉水有效利用系數有利于提升水資源的利用效率。蔣勇[1]、楊普義等[2]、肖雪等[3]分別以不同的灌區為例，對影響灌溉水有效利用系數的因素進行分析，并提出了改善建議。同時，有大量的學者[4-10]對不同灌區的灌溉水有效利用系數進行測算分析，本文以雙塔灌區為例進行灌溉水有效利用系數測算，同時針對測算工程中所遇到的問題進行總結并提出改善建議。

1 工程概況

雙塔灌區屬于疏勒河流域，位于甘肅省河西走廊。地勢上總體呈南高北低、東高西低。縣境東西長185km，南北寬220km，面積2.4×104km2，海拔1150～2000m，區域內植被稀少。灌區范圍內年降水量少且年蒸發量大，日照時間長，區域內晝夜溫差大。雙塔灌區是我國典型的荒漠綠洲灌溉區。

雙塔灌區覆蓋南岔、瓜州、淵泉、西湖、廣至、梁湖6個鄉(鎮)，3個國營農場、4個農業綜合開發區、17個集體和個體農林牧場(站)，有效灌溉面積3.10萬hm2，其中耕地2.91萬hm2，林草地1826.67hm2。

2 測算方法

2.1 首尾測算法

根據灌溉水有效利用系數概念，計算公式如下：

(1)

式中，ηw—灌溉水有效利用系數；Wj—灌區凈灌溉用水總量，m3；Wa—灌區毛灌溉用水總量，m3。

灌區畝均綜合凈灌溉定額M綜計算公式如下:

(2)

式中，Mi—灌區內第i種農作物的凈灌溉定額，m3/畝；Ai—灌區第i種作物實灌面積，畝；N—灌區作物種類總數；A—該灌區的實灌溉面積，畝

則灌溉用水有效利用系數為：

(3)

2.2 凈灌溉用水量確定

農作物的凈灌溉定額是計算凈灌溉用水量的基礎數據。針對不同的灌溉方式，提出不同的計算方法。當所計算的灌區面積較大時，灌區內的區域氣候條件存在較為明顯的差異，則需要根據灌區特點選取典型的灌區進行分區測算，將各個典型分區的測算結果進行匯總作為灌區總的凈灌溉用水量。

2.2.1旱作充分灌溉凈灌溉定額

(1)一般情況下可以直接使用田間觀測資料作為樣本灌區的主要農作物的凈灌溉定額。

(2)當樣本灌區的觀測資料較少時，則需要根據計算年份的氣象資料、水文資料利用水量平衡原理進行農作物凈灌溉定額的計算。計算公式如下：

Mi=ETci-Pei-Gei+ΔWi

(4)

式中，ETci—樣本灌區范圍內第i種主要農作物的蒸騰蒸發量，mm;Gei—樣本灌區范圍內第i種主要農作物的地下水利用量(生育期內)，mm;Pei—樣本灌區范圍內第i種主要農作物的有效降水量(生育期內)，mm;ΔWi—樣本灌區范圍內第i種主要農作物的土壤儲水量變化值(生育期始末)，mm。

2.2.2旱作非充分灌溉凈灌溉定額

當灌區水資源較為匱乏時，農戶通常需要使用非充分灌溉的方式進行澆灌。可以根據灌區的實際情況直接進行田間觀測和經驗判斷。

非充分灌溉的凈灌溉定額計算方法為：設灌區作物畝均毛灌溉用水量為n1，充分灌溉的凈灌溉定額為n2。若n1≤0.6n2時，則凈灌溉定額為n1；若0.6n2≤n1≤1.0n2時，則凈灌溉定額為(1.0～0.95)n1。

2.2.3凈灌溉用水量計算

灌區凈灌溉用水量計算如下：

(5)

式中，各變量含義同前。

3 雙塔灌區灌溉水有效利用系數測算

3.1 不同農作物灌溉定額計算

為合理確定和復核灌區實際灌溉情況、田間凈灌溉用水量等，綜合考慮土壤性質、工程配套情況、地塊面積、灌溉管理及技術等因素，在雙塔灌區上、中、下游的4個管理所選擇了8個灌溉定額實測區，對灌區主要的4種作物進行了灌溉定額實測。通過實測統計，一年來各類作物的平均灌溉定額見表1。

表1 不同作物的實測灌溉定額統計表 單位：mm

3.2 斗口以上各級渠道利用率的測算

傳統的測算方法一般為通過實測不同級別典型渠道的渠道水利用率，采用加權平均的方法，獲取干、支、斗、農等不同級別渠道的渠道水利用率。首先獲取田間水利用率，再通過連乘系數法獲取灌溉水利用率。目前，傳統的測算方法存在以下問題：具有較大的測量工程量；在實際的測量工程中，難以滿足測量條件要求；需要大量的技術人員采用多種測量手段進行測量，測量難度較大；只測量典型渠道難以獲取具有代表性的成果。

因此，基于傳統渠道水利用測量方法的不足，同時為了提升雙塔灌區灌溉水有效利用系數的測算精度，在進行該灌區系數測算時，采用“首尾測算法”進行計算。在渠道水利用率計算方面，采用穩定情況下的渠尾流量與渠首流量的比值作為渠道水利用率。使用“首尾測算法”獲取雙塔灌區各渠系水利用率見表2。

表2 雙塔灌區渠系利用率計算

以上各干、支渠的利用率由于西湖地區渠系距離長，輸水損失大，造成全灌區渠系利用率下降。

4 樣點灌區灌溉水有效利用系數分析

4.1 樣點灌區選擇

根據每個樣點實測區域內的作物種植比例進行選擇，將種植比例較高的作物作為實測對象，并從中選擇2～3個田塊作為最終的實測對象。根據水利部《全國灌溉用水有效利用系數測算分析技術指南》和雙塔灌區實際情況，按照行政區域劃分6個樣點實測區，每個樣點實測區面積在百畝左右。其中總干所1個實測區，南干所1個實測區，廣至所1個實測區，西湖所1個實測區，北干所2個實測區。灌區現狀及近幾年引水量情況見表3。

表3 灌區現狀及近幾年引水量情況

對前4年灌溉情況加權平均，平均每年灌溉引水量33726.92萬m3，斗口引水量23214.42萬m3。2017年的灌溉引水量34874.15萬m3，斗口水量24141.87萬m3，近幾年的灌溉引水量可以代表灌區的需水量情況。

4.2 樣點灌區農田灌溉水有效利用系數測算分析及成果檢驗

從2011年開始，雙塔灌區已經開始實施百畝實測區灌溉定額測定工作，經過6年的工作經驗積累，目前百畝實測區灌溉定額測定工作從方法到技術日趨完善，各管理所在數據觀測方面都有專人負責，各實測區所在行政區域面積每年都有專人統計匯總，各項數據均真實可靠，所以依據水量平衡原理計算作物的凈灌溉定額，再乘以實測區的灌溉面積來計算灌區內作物凈灌溉用水量。實測區總面積3.10萬hm2，斗口總引水量24141.87萬m3，見表4。

根據要求，采用首尾測算分析法對灌區灌溉水有效利用系數進行計算，前面已計算出2017年灌區斗口引水量及渠首引水總量，斗口引水量24141.87萬m3，渠首引水量為34874.15萬m3。即雙塔灌區斗口以上渠系水有效利用率為0.6923。

據資料顯示，斗口以上渠系水利用率2011—2017年分別為0.695、0.636、0.67、0.674、0.699、0.697、0.6923。

由渠道、渠系利用率復測灌溉水有效利用系數。雙塔灌區本年度總干渠渠首灌溉引水量為34874.15萬m3，總干渠利用率為91.23%，支干渠利用率為82.85%，支渠利用率為91.59%，斗渠利用率為91.44%，農渠利用率為92.04%，得出灌區渠系水利用率為58.26%，灌區田間水利用率為91%，灌區凈灌溉用水量為18490.27萬m3。

根據“首尾測算分析法”公式進行計算，W凈為18490.27萬m3，W毛為總干渠渠首引水量34874.15萬m3。最終得出雙塔灌區灌溉水有效利用系數為0.5302。

5 結論與建議

(1)以雙塔灌區為例，使用首尾公式計算雙塔灌區2017年灌溉水有效利用系數，準確計算不同類型農作物灌溉定額，并計算斗口以上渠道利用系數，結合樣本灌區進行實測分析，表明雙塔灌區灌溉水有效利用系數為0.5302，通過多年灌溉水利用系數對比可知，灌區渠道利用系數較為穩定。

(2)雙塔灌區灌溉水測算的主要問題為專業技術人員和測量設備缺乏、測算工作投入和重視程度不夠。在后期的水庫管理中可加大經費投入，重視測算工作從而提高灌溉水利用系數測算精度。

表4 樣點灌區灌溉水系數測算