河套灌區(qū)畦灌灌水方案優(yōu)化與敏感性分析

范雷雷 史海濱 李瑞平 苗慶豐 裴文武 華智敏

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院， 呼和浩特 010018； 2.內(nèi)蒙古河套灌區(qū)管理總局， 巴彥淖爾 015000；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計院， 呼和浩特 010020)

0 引言

20世紀(jì)80年代以來，隨著全球性水危機(jī)的加劇，節(jié)水灌溉受到高度重視[1-2]。2019年中國水資源公報指出全國農(nóng)業(yè)用水超3 682億m3，占全國總用水量的61.2%，節(jié)水潛力巨大。節(jié)水優(yōu)先考慮的是農(nóng)業(yè)節(jié)水，同時農(nóng)業(yè)節(jié)水也是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要抓手[3]，進(jìn)一步說，農(nóng)業(yè)節(jié)水也是山水林田湖草生命共同體健康發(fā)展的必要要求，農(nóng)業(yè)節(jié)水及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)應(yīng)得到全社會的關(guān)注[4]。

河套灌區(qū)是我國最大引黃灌區(qū)，同時也是北方重要的糧食基地之一[5-6]，隨著灌區(qū)的快速發(fā)展和非農(nóng)業(yè)用水的不斷增加，水資源需求量不斷上升[7]。但黃河上游來水日趨減少，灌區(qū)年引水量逐年下降，水資源供需矛盾日益突出[8]。灌區(qū)以畦灌為主要代表的田間灌水技術(shù)較發(fā)達(dá)國家有較大差距，灌溉水利用效率僅有0.41，水資源浪費(fèi)的同時嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[9-11]。隨著灌區(qū)續(xù)建配套、節(jié)水改造、水權(quán)轉(zhuǎn)換等一系列項目的實施[12-14]，灌區(qū)灌排渠道系統(tǒng)日益完善，畦田長度基本固定，但是寬畦田、大畦塊仍是該地區(qū)畦田的主要特點，影響了灌水效率的進(jìn)一步提高。由于灌區(qū)來水流量、來水時間及其持續(xù)時間的不確定性，對灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來諸多壓力，這使得已有相關(guān)農(nóng)業(yè)決策存在不足[15-18]，故需根據(jù)實際情況適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，以減輕不確定因素帶來的不利影響。

田間灌溉設(shè)計和優(yōu)化的研究，以往主要集中在固定供水流量的常規(guī)畦灌系統(tǒng)上[19-21]，而河套灌區(qū)引水流量不穩(wěn)定。對此，本研究在典型畦灌試驗基礎(chǔ)上，利用WinSRFR模型模擬計算大、中、小入畦流量下不同畦田規(guī)格和灌水時間下的灌水效率、灌水均勻度和儲水效率等指標(biāo)。進(jìn)而對不同方案畦田灌溉性能進(jìn)行評價優(yōu)選，確定灌區(qū)適宜的田塊布局和灌水設(shè)計方案，并在此基礎(chǔ)上分析不同參數(shù)對最佳方案灌水質(zhì)量的敏感性。以提高灌區(qū)黃河水分配效率，保證灌溉充足性，為灌區(qū)農(nóng)業(yè)水資源高效利用發(fā)展提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市磴口縣境內(nèi)，地處河套灌區(qū)沈烏灌域中游，屬典型的干旱溫帶大陸性季風(fēng)氣候；年均降雨量142.1 mm，蒸發(fā)量超2 300 mm，無霜期130 d左右。黃河水作為試驗區(qū)灌溉的主要水源，水中泥沙含量大，pH值約為7.8，耕作層土壤鹽分大多為氯化物-硫酸鹽，典型試驗區(qū)布設(shè)在沈烏灌域建設(shè)二分干渠管理所附近，土壤類型為砂土，平均容重為1.586 g/cm3。

2 材料與方法

2.1 試驗設(shè)計

本研究方案分析的目的是對實際農(nóng)田現(xiàn)場布局和灌溉參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以減少由于農(nóng)渠來水流量變化造成的水資源浪費(fèi)等問題。由內(nèi)蒙古自治區(qū)水利廳2018年“內(nèi)蒙古黃河干流水權(quán)盟市間轉(zhuǎn)讓河套灌區(qū)沈烏灌域試點現(xiàn)狀評估報告”可知，沈烏灌域現(xiàn)狀砂土2 001 m2及以上畦田面積的地塊占灌域砂土總灌溉面積的57%以上，結(jié)合灌域?qū)嶋H情況，本文選取當(dāng)?shù)氐湫蜕巴撂飰K(80 m×25 m)作為主要研究對象。并且在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，設(shè)計了3種灌溉方案：灌水時間設(shè)計方案；田塊規(guī)格+灌水時間設(shè)計方案；田塊規(guī)格+入畦流量設(shè)計方案。具體方案布置見圖1，其中W為畦田寬度，m；L為畦田長度，m；Q為入畦流量，L/s；Tco為灌水時間，min。入畦流量是影響灌溉性能的主要因素之一，并且其大小在很大程度上取決于毛渠流量和入田灌水閘門規(guī)格，根據(jù)灌區(qū)實際，灌溉期間入畦流量Q大多在10～30 L/s之間[11]，表1為模型模擬所需的5種不同入畦流量(30 L/s(極大)、26 L/s(大)、20 L/s(中)、16 L/s(小)、10 L/s(極小))和對應(yīng)的可能灌水時間Tco的參數(shù)組合。

表1 模型所需參數(shù)Tab.1 Parameters required for model

表2為典型田塊部分基本參數(shù)及灌水參數(shù)，玉米播種前對典型試驗田進(jìn)行了激光平地，沿畦長方向每隔10 m設(shè)置2～4個觀測點用以觀測水流推進(jìn)與消退。沿試驗田畦長方向設(shè)置5個取樣點，每隔10 d測定土壤含水率，灌水以及降雨前后加測。入畦水量通過梯形量水堰測得，畦首處水深通過水尺測定，灌水時間用秒表確定；入滲參數(shù)的估算采用Kostiakov方程進(jìn)行描述[22]。灌溉水量及其他田間管理措施與當(dāng)?shù)厮揭恢隆?/p>

表2 典型田塊基本參數(shù)及灌水參數(shù)Tab.2 Basic parameters and irrigation parameters of typical fields

2.1.1灌水時間設(shè)計方案

此方案設(shè)計主要是在當(dāng)前典型畦田規(guī)格(80 m×25 m)以及不同入畦流量(30、26、20、16、10 L/s，單寬流量q分別為1.20、1.04、0.80、0.64、0.40 L/(m·s))下通過改變灌水時間Tco(300、270、240、210、180、150、120 min)分析灌水質(zhì)量變化情況。

2.1.2田塊規(guī)格+灌水時間設(shè)計方案

該方案設(shè)計通過將現(xiàn)有畦田劃分為兩個相等尺寸的小畦田：垂直分割(80 m×12.5 m)或水平分割(40 m×25 m)。每個均分小畦田與典型大畦田均采用相同入畦流量，灌水時間Tco在兩個小畦田內(nèi)均分設(shè)計，即該灌溉方案灌水質(zhì)量指標(biāo)是在入畦流量Q為30、26、20、16、10 L/s，垂直分割(80 m×12.5 m)田塊單寬流量q分別為2.40、2.08、1.60、1.28、0.80 L/(m·s)，水平分割(40 m×25 m)田塊單寬流量q分別為1.20、1.04、0.80、0.64、0.40 L/(m·s)和0.5Tco(150、135、120、105、90、75、60 min)下獲得的。

2.1.3田塊規(guī)格+入畦流量設(shè)計方案

此方案設(shè)計在典型田塊中增加1個進(jìn)水口，保證入畦流量在兩個垂直分割或者水平分割小畦田內(nèi)均勻分配，且每個小田塊灌水時間均為Tco，即分析各個田塊在0.5Q為15、13、10、8、5 L/s，垂直分割(80 m×12.5 m)田塊單寬流量q分別為1.20、1.04、0.80、0.64、0.40 L/(m·s)，水平分割(40 m×25 m)田塊單寬流量q分別為0.60、0.52、0.40、0.32、0.20 L/(m·s)和Tco(300、270、240、210、180、150、120 min)組合下的灌水質(zhì)量變化情況。

2.2 研究方法

2.2.1灌水質(zhì)量評價指標(biāo)

采用灌水效率(AE)、灌水均勻度(DU)和儲水效率(AD)評價灌水質(zhì)量[23]。

2.2.2WinSRFR模型

采用零慣量(WinSRFR)模型對灌溉水水流運(yùn)動進(jìn)行模擬，基本方程表達(dá)式為

(1)

(2)

式中x——水流推進(jìn)距離，m

h——水深，m

t——關(guān)口時間，s

Z——累計入滲量，m

τ——凈入滲時間，s

y——水流深度，m

S1——田面坡度，m/m

Sf——田面阻力坡降，m/m

當(dāng)利用WinSRFR模型對試驗灌水過程進(jìn)行模擬時，需要輸入的參數(shù)有畦長、畦寬、畦尾開閉口情況、計劃需水水深、土壤入滲參數(shù)(k、α)、田面糙率系數(shù)n、灌溉水量、入畦流量以及灌水時間等[24-25]，進(jìn)而通過軟件計算得出灌水質(zhì)量模擬指標(biāo)。

3 結(jié)果與分析

3.1 模型精度

圖2為典型田塊(80 m×25 m)分別通過田間實測以及WinSRFR模型模擬兩種方法得到的3次灌水水流推進(jìn)與消退曲線，從圖中可以看出，兩種方法得到的3次灌水水流推進(jìn)時間的均方根誤差(RMSE)分別為8.11、13.89、7.73 min，水流消退時間的RMSE分別為15.03、20.51、11.30 min；盡管這些誤差對于其他畦田灌溉系統(tǒng)可能略有偏高，但是對于在本研究中的典型田塊(砂土規(guī)格2 000 m2左右，灌水時間210～300 min)中誤差是可以接受的。

表3為典型田塊3次灌水質(zhì)量指標(biāo)實測值與模擬值精度對比情況，從表中可以看出，兩種方法得到的灌水效率(AE)、灌水均勻度(DU)和儲水效率(AD)的相對誤差不大于4.84%、3.95%、5.00%，表明利用WinSRFR模型對灌水質(zhì)量進(jìn)行評價可行，結(jié)果可靠。并且在當(dāng)?shù)毓嗨畻l件下，由于畦田規(guī)格較大并且土壤入滲較快，使得水流推進(jìn)過程中深層滲漏損失增加，灌水時間延長，3次灌水AE分別為62%、52%、59%， DU分別為0.84、0.76、0.81，AD分別為1.26、1.40、1.34，灌水效果始終較差。

表3 典型田塊灌水指標(biāo)實測值與模擬值精度對比Tab.3 Accuracy comparison between measured and simulated values of irrigation indicators in typical fields

3.2 改進(jìn)方案評價與優(yōu)選

改進(jìn)方案的優(yōu)選是基于不同單寬流量水平下對不同灌溉設(shè)計方案灌水質(zhì)量評價分析基礎(chǔ)上進(jìn)行的，盡管灌水質(zhì)量評價時有多個指標(biāo)，但參照ARIF等[26]方法評價灌水質(zhì)量，將最大權(quán)重分配給灌水均勻度，灌水均勻度不低于0.7；其次盡可能控制儲水效率，避免超量灌溉的發(fā)生，灌水效率和水流推進(jìn)指標(biāo)所占權(quán)重最低，這是由于它們受深層滲漏損失、表面粗糙度以及田面坡度影響較大，但由于土壤特性及灌區(qū)農(nóng)田布置等現(xiàn)狀因素影響使得灌水損失無法避免。

3.2.1灌水時間設(shè)計方案

通過WinSRFR模型模擬典型田塊(80 m×25 m)在現(xiàn)有單寬流量水平下通過改變灌水時間Tco可能獲得的灌水質(zhì)量指標(biāo)，結(jié)果如表4所示。結(jié)果表明只有在較大單寬流量(Q為26～30 L/s、q為1.04～1.20 L/(m·s))情況下，采用適當(dāng)灌水時間(對應(yīng)Tco分別不低于210 min和150 min)，才能獲得適宜的灌水均勻度(DU大于等于0.7)，此時灌溉水能填滿整個田塊，但由于砂土入滲較大，水流推進(jìn)過程中滲漏損失偏大，并且農(nóng)民始終保持著 “大水漫灌”的灌水習(xí)慣，造成農(nóng)田過度灌溉(AD大于1.0)，灌水效率AE普遍不高，并且隨著蓄水時間的延長，畦尾聚集大量灌溉水，滲漏損失增多，灌水效率顯著下降。該方案顯示在中等和偏小單寬流量水平下，改變灌水時間得到的灌水質(zhì)量指標(biāo)均較差，并且可以看出，在現(xiàn)有中等單寬流量(Q=20 L/s、q=0.80 L/(m·s))水平下減少尾部25%的畦田面積(改水成數(shù)從1.0減少至0.75)可節(jié)省40%的灌水時間，使得水流推進(jìn)過程中的滲漏損失較典型較大田塊減少16%以上，節(jié)水效果顯著。

從表4可以看出，在q=1.04 L/(m·s)、Tco=210 min和q=1.20 L/(m·s)、Tco=150 min情況下可以獲得最佳灌水方案，該方案表明砂土較大田塊灌溉時只有保持較大單寬流量情況下才能獲得最佳灌水質(zhì)量，而在其他單寬流量水平下改變灌水時間難以獲得較優(yōu)的灌水效果。

表4 典型田塊灌水時間設(shè)計方案性能指標(biāo)Tab.4 Performance indicators of typical field irrigation time design schemes

3.2.2田塊規(guī)格+灌水時間設(shè)計方案

2種畦田分割方式(垂直(80 m×12.5 m)和水平(40 m×25 m))與不同灌水時間設(shè)計方案的畦田灌水質(zhì)量指標(biāo)結(jié)果在大、中、小不同入畦流量下具有相同的變化規(guī)律。由圖3可以看出，水平分割畦田灌水效果整體優(yōu)于垂直分割畦田，這是由于畦田長度的縮短，使得田面水流分布更加均勻。并且只有在較大單寬流量水平下灌水均勻度較大，這是由于在砂土土壤條件下，增大單寬流量會減小畦首灌溉入滲水深，使得入滲水深分布更加均勻，灌水均勻度得到改善。

對比不同入畦流量水平下灌水指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，較大流量(垂直和水平分割畦田q分別不低于2.08、1.04 L/(m·s))水平下隨著灌水時間的延長，滲漏損失增加，導(dǎo)致灌水效率逐漸降低，當(dāng)灌水時間大于135 min時， AE不超過50%，滲漏損失超過總灌水量的50%以上，但DU始終保持較高水平，有利于土壤鹽分淋洗及作物產(chǎn)量的形成。中等流量(垂直和水平分割畦田q分別為1.60、0.80 L/(m·s))水平下，當(dāng)灌水時間大于120 min時，AE不超過70%，滲漏損失占到總灌溉水的30%以上，并且灌水時間低于75 min時，灌溉水甚至不能充滿整個田塊。流量較小時(垂直和水平分割畦田q分別不超過1.28、0.64 L/(m·s))，縮短灌水時間會導(dǎo)致水流推進(jìn)提前結(jié)束，灌水深度達(dá)不到作物需水水深，此時灌水效率隨著灌水時間的縮短而增大，灌水均勻度和儲水效率等灌水質(zhì)量指標(biāo)整體較差。對于大流量和極大流量水平，灌水時間為60 min時，兩種畦田灌溉設(shè)計方案灌水質(zhì)量最優(yōu)；中等流量水平下，灌水時間為90 min時，灌水質(zhì)量最優(yōu)；對于小流量和極小流量，灌水時間不低于135 min。

3.2.3田塊規(guī)格+入畦流量設(shè)計方案

垂直(80 m×12.5 m)和水平(40 m×25 m)分割田塊在0.5Q和Tco灌溉設(shè)計方案的灌水質(zhì)量模擬結(jié)果具有相同的變化規(guī)律并且各處理之間差異變化不顯著，表5為不同田塊規(guī)格和入畦流量設(shè)計方案情形下的灌水指標(biāo)變化情況。對于每個小田塊而言，盡管畦田規(guī)格縮小1/2，但由于土壤入滲較快，流量較小時，造成水流推進(jìn)較慢，q低于0.40 L/(m·s)，灌溉水在有限時間內(nèi)均不能充滿整個田塊，并且造成滲漏損失較大，為獲得最佳灌水性能指標(biāo)，需適當(dāng)提高入畦單寬流量。并且從表中可以看出，極大流量(0.5Q=15 L/s，垂直和水平分割田塊q分別為1.20、0.60 L/(m·s))水平下灌水時間為150 min，以及大流量(0.5Q=13 L/s，垂直和水平分割田塊q分別為1.04、0.52 L/(m·s))水平下灌水時間為210 min時，灌水質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)，此時灌水均勻度大于0.7，有效避免農(nóng)田過度灌溉，節(jié)水效果顯著。

3.2.4最佳方案優(yōu)選

表6為3種設(shè)計方案在不同流量水平下獲得最佳灌水效果時的單寬流量和灌水時間的灌水組合推薦值及其對應(yīng)的灌水質(zhì)量指標(biāo)結(jié)果，從表中可以看出，田塊規(guī)格+灌水時間設(shè)計方案能產(chǎn)生更高的灌水質(zhì)量指標(biāo)值，結(jié)合毛渠來水流量實際大小，根據(jù)田塊規(guī)格選擇適宜的灌水時間可以獲得最佳灌水性能。圖4對比了在3種灌溉設(shè)計方案下入畦流量Q和灌水時間Tco最佳組合對應(yīng)的灌水質(zhì)量指標(biāo)變化情況。顯然，與其他灌溉設(shè)計方案相比，灌水效率、灌水均勻度以及儲水效率在田塊規(guī)格+灌水時間設(shè)計方案中得到了顯著改善。結(jié)合實際情況可知，水平分割田塊時為保證同時進(jìn)行灌溉需要開挖一條新的灌水渠道，但是新型毛渠的常年維修會造成農(nóng)民種植成本的增加，并且渠道輸水過程中的滲漏損失不可忽略不計，因此，綜合考慮灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉水平暫時不考慮水平分割畦田的灌溉設(shè)計方案，只分析垂直分割畦田相關(guān)內(nèi)容。

與典型較大田塊(80 m×25 m)灌水時間設(shè)計方案未能實現(xiàn)所有灌水質(zhì)量指標(biāo)的可接受組合不同，垂直分割田塊(80 m×12.5 m)的3個灌水質(zhì)量指標(biāo)在較大單寬流量水平(Q為26～30 L/s、q為2.08～2.40 L/(m·s))下具有良好表現(xiàn)，灌水效率從67%～80%提升至97%～99%，灌水均勻度從0.59～0.79提高至0.84～0.95，儲水效率從1.17降低至0.76，并且至少可以節(jié)省當(dāng)前灌水時間的20%以上，中等單寬流量(Q=20 L/s、q=1.60 L/(m·s))情況下在獲得更優(yōu)灌水質(zhì)量的同時可以節(jié)省40%的灌水時間，節(jié)水效果顯著。

3.3 敏感性分析

為確定不同流量水平下改變設(shè)計參數(shù)對最佳畦田布置方案(80 m×12.5 m)灌水指標(biāo)的敏感性變化情況，明確不同變量因素對灌水質(zhì)量的影響規(guī)律，通過WinSRFR模型模擬分析了計劃需水水深、田面坡度以及畦田長度等變量因素對灌水質(zhì)量指標(biāo)的影響。不同變量參數(shù)如下：計劃需水水深為60、70、80、90、100、110、120、130 mm，田面坡度為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%、0.40%、0.45%、0.50%，畦田長度為50、70、90、110、130、150 m。大、中、小單寬流量水平下不同參數(shù)對灌水質(zhì)量的敏感性分析如圖5所示。

表5 田塊規(guī)格+入畦流量設(shè)計方案灌水質(zhì)量指標(biāo)對比Tab.5 Comparison of irrigation performance indicators for field specifications and border flow design scheme

從圖5可以看出，不同參數(shù)對灌水質(zhì)量評價指標(biāo)具有相同的變化規(guī)律。計劃需水水深Dreq對灌水質(zhì)量具有明顯的變化規(guī)律，大、中型單寬流量期間，Dreq<80 mm時過度灌溉，而Dreq>90 mm時灌溉不足。小流量時期，Dreq<100 mm時發(fā)生過度灌溉，而Dreq>110 mm時灌溉不足。由于Dreq不是定義DU的主要參數(shù)，因此可以觀察到DU并未隨Dreq的變化而變化。大、中、小單寬流量期間，隨著田面坡度的增大，灌水效率、灌水均勻度和儲水效率均呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢，田面坡度分別超過0.15%、0.25%、0.35%時，灌溉水快速推進(jìn)至畦尾，造成畦尾灌溉水聚集，而畦首入滲水深減少，灌水效率、灌水均勻度和儲水效率均開始降低，但變化不顯著。畦田長度對灌水均勻度及儲水效率影響明顯，均隨畦田長度的增加而減少，灌水效率受畦田長度影響不大，并且當(dāng)單寬流量較小時，水流推進(jìn)減慢，造成滲漏損失增加，灌水效率較大、中型單寬流量時期顯著降低。當(dāng)畦田長度不變時，灌水均勻度隨著單寬流量的減小而減小，儲水效率隨著單寬流量的減小而增大。

表6 不同設(shè)計方案最佳灌水組合推薦值Tab.6 The best irrigation combination of different design schemes

4 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，單純提高灌水效率并不能改善灌溉的充分性和均勻性，這與XU等[27]研究結(jié)果一致。通過一系列模型模擬結(jié)果可以看出，在灌區(qū)現(xiàn)有灌溉方案中，畦灌灌溉水滲漏損失超過總灌水量的40%，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，這一方面與農(nóng)民灌水習(xí)慣有關(guān)，農(nóng)民節(jié)水意識較差；另一方面現(xiàn)有畦灌灌水方案未考慮灌區(qū)常見畦田規(guī)格、來水流量以及灌水時間等因素對灌水質(zhì)量的綜合影響，造成部分方案節(jié)水性能較差。并且史海濱等[28]提出由于灌溉水大量補(bǔ)給地下水，造成地下水水位上升，隨著土壤蒸發(fā)及作物蒸騰影響，鹽隨水走，造成地表鹽分聚集，造成灌區(qū)土壤鹽漬化加劇，對此必須對灌區(qū)現(xiàn)狀灌水方案進(jìn)行調(diào)整，以緩解由于過度灌溉帶來的土壤鹽漬化及水資源浪費(fèi)等問題。

本研究發(fā)現(xiàn)，田塊規(guī)格和灌水時間是影響灌水質(zhì)量的主要因素，這與GILLIES等[29]結(jié)果略有差異，其建議將較大入畦流量作為改善畦灌灌溉質(zhì)量的一種主要改進(jìn)手段。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)田面坡度超過一定值后，不同單寬流量水平下灌水質(zhì)量評價指標(biāo)基本不受田面坡度影響，這與GONZALEZ等[30]研究成果略有不同，其提出在極小單寬流量條件下灌水均勻度基本不受田面坡度影響。

結(jié)合上文可知，畦灌灌水質(zhì)量受諸多因素影響，同時各因素之間又具有明顯的變異性[31]，各個技術(shù)要素和參數(shù)變化直接影響了灌水質(zhì)量的形成，但完全消除這些影響是不現(xiàn)實的。因此，進(jìn)行灌水質(zhì)量評價及其敏感性分析是提高農(nóng)田灌溉管理水平、改善灌溉質(zhì)量的重要依據(jù)[32]。本文對灌水質(zhì)量評價指標(biāo)進(jìn)行敏感性分析時，只分析了計劃需水水深、田面坡度、畦田長度等因素對灌水質(zhì)量的影響，其他影響因素(糙率、單寬流量、田面精度等)需要進(jìn)一步研究。研究發(fā)現(xiàn)計劃需水水深會影響灌水質(zhì)量形成，本文僅考慮了砂土土壤情況下常見玉米作物灌溉時灌水質(zhì)量變化及相關(guān)灌水設(shè)計方案優(yōu)劣情況，存在一定局限性。河套灌區(qū)土壤類型復(fù)雜，種植作物多樣，由于種植方式或其他因素的變化而導(dǎo)致的Dreq的任何變化都需要建立新的灌溉設(shè)計方案，這與ISHAK等[33]研究結(jié)果一致。

本研究提出的最佳灌水方案可以認(rèn)為是針對不同流量水平下的后適應(yīng)措施，具體措施包括：縮寬縮塊、增加進(jìn)水口等。根據(jù)毛渠實際來水流量，通過縮小畦田規(guī)格、增加單寬流量等方式提高灌水質(zhì)量，減少灌溉過程中的滲漏損失，最終達(dá)到縮短灌水時間、降低農(nóng)民勞動成本的目的。研究結(jié)果對于改善農(nóng)民用水習(xí)慣、提高水資源利用效率具有重要意義。

5 結(jié)論

(1)在現(xiàn)狀研究基礎(chǔ)上研究了3種灌溉設(shè)計方案，即灌水時間設(shè)計方案、田塊規(guī)格+灌水時間設(shè)計方案以及田塊規(guī)格+入畦流量設(shè)計方案。與其他灌溉設(shè)計方案相比，第2種灌溉設(shè)計方案灌水效果更佳。垂直分割田塊(80 m×12.5 m)在較大單寬流量(Q為26～30 L/s、q為2.08～2.40 L/(m·s))情況下可以節(jié)省當(dāng)前灌水時間的20%以上，在中等流量(Q=20 L/s、q=1.60 L/(m·s))情況下在獲得更優(yōu)灌水質(zhì)量的同時可以節(jié)省40%的灌水時間，節(jié)水效果顯著。

(2)砂土畦田規(guī)格(80 m×25 m)較大時，中等單寬流量(Q=20 L/s、q=0.80 L/(m·s))水平下，減少尾部25%的田塊面積(改水成數(shù)從1.0降低至0.75)可節(jié)省40%的灌水時間，并可減少16%的灌溉水在水流推進(jìn)過程中的滲漏損失，節(jié)水效果顯著。單寬流量較小(Q為10～16 L/s、q為0.40～0.64 L/(m·s))時，減小田塊規(guī)格能顯著減少畦首灌溉入滲水深，但灌水性能指標(biāo)整體不佳，不建議采用。

(3)通過對灌域砂土典型田塊不同灌溉設(shè)計方案畦田灌水質(zhì)量結(jié)果對比分析得出，縮小田塊規(guī)格后灌水質(zhì)量得到顯著改善，考慮到當(dāng)前農(nóng)業(yè)耕作水平和現(xiàn)狀灌溉技術(shù)等限制因素影響，建議灌區(qū)采用的砂土畦田規(guī)格為80 m×12.5 m，并且根據(jù)實際來水流量選擇畦灌所需的最佳單寬流量和灌水時間組合。