農田灌溉水有效利用系數影響因素分析

喬 木，韓 城

（德州市水利局，山東 德州253000）

德州市自2013年起開始使用“首尾測算分析法”，在全市范圍內開展農田灌溉水有效利用系數測算分析工作，對跟蹤分析灌區灌溉水源利用率變化情況、制定灌區改造與節水灌溉發展規劃、評價節水潛力與節水灌溉發展成效、建設節約型社會及實行最嚴格的水資源管理制度等方面提供數據支撐和依據。

德州市灌溉水源主要為引黃水、地下水及部分客水。由于德州市農田灌溉多采用“以井保豐、以河補源”“井渠結合”的灌溉模式，為避免在測算過程中重復計算水量，在測算過程中將大型灌區有效灌溉面積范圍內的井灌區及部分小型灌區作為大型灌區的灌域考慮，統一列入大型灌區進行測算，以此將全市分為12個灌區，其中2個大型灌區、7個中型灌區及3個小型灌區，總有效灌溉面積為45.36萬hm2，水源工程類型主要為引水閘、灌溉泵站和機井，其中引水閘528處，灌溉泵站1 285處，灌溉機井72 426眼。

1 測算方法

德州市農田灌溉水有效利用系數完全采用《山東省灌溉水有效利用系數測算分析技術指導細則》（以下簡稱《技術導則》）中進行測算，即直接用進入田間可被作物吸收利用的水量(凈灌溉用水量)與灌區從水源取用的灌溉總水量(毛灌溉用水量)的比值來計算灌區灌溉水有效利用系數。首先選擇能代表大型灌區、中型灌區、小型灌區3種不同規模與類型、不同灌溉方式、不同工程狀況、不同水源條件與管理水平的樣點灌區，構建相對穩定的市級灌溉水有效利用系數測算分析網絡;其次選擇樣點灌區典型田塊，測算樣點灌區典型田塊年畝均凈灌溉用水量，計算樣點灌區凈灌溉用水量，同時采用直接量測法測算分析樣點灌區年毛灌溉用水量；然后通過“首尾測算分析法”計算分析樣點灌區灌溉水有效利用系；最后采用加權平均法計算全市農田灌溉水有效利用系數。

2 影響因素

2.1 地下水取水量統計困難

以德州市大型樣點灌區潘莊引黃灌區為例，根據灌區農田灌區水源實際情況，潘莊灌區農田灌溉水源主要為引黃水及地下水，以此根據《技術導則》“首尾測算分析法”潘莊灌區農田灌溉毛灌溉用水量由為渠首引黃河水水量和地下水取水量組成。而根據統計數據潘莊灌區有效灌溉面積范圍內共有灌溉機井38 000余眼，且灌溉機井大都由農戶自行管理使用，灌溉時機及畝次灌水量隨機性較大。以現有基層水利工程的管理水平，精確量測灌溉地下水取水量不僅任務量大，而且統計精度難以保證。

2.2 渠系水利用系數精度影響

德州市兩大引黃灌區是全德州市各縣（市、區）城鄉生活用水的主要水源，因此不僅僅承擔著農田灌溉用水輸水任務，更要承擔沿途各縣（市、區）水庫供水的重任，以保障城鄉居民飲水安全。同樣以潘莊灌區為例，沿途齊河、禹城、武城縣、夏津縣、陵城區、德城區、寧津縣等縣（市、區）均需取用潘莊灌區引黃水量用以城鄉生活。根據《技術導則》要求，農田灌溉水有效利用系數毛灌溉水量的計算需扣除城鄉生活用水，在測量過程中城鄉生活用水計量點取水量雖然容易取得，但是計算過程中需根據渠系水利用系數反推至渠首進行扣除。因此渠系水利用系數的估算精度直接影響整體農田灌溉水有效利用系數的測算精度。

2.3 凈灌溉用水量的獲取誤差

由于典型田塊的灌溉情況觀測及水量測量主要依靠基層水管單位，基層觀測員層次低直接影響測算分析數據的準確性。一是由于基層水管單位缺少具有一定專業技術水平的技術人員，基層觀測人員大都年齡偏大、學歷偏低、技術水平較差，而且觀測人員員常變動，缺乏持續性和穩定性；二是基層觀測人員觀測頻率也存在不同程度偏差，主要因素是觀測人員與種植戶并不是同一人，不能及時掌握灌水時機，從而影響到典型田塊觀測數據的真實性；三是由于觀測人員理論技術水平有限，對土壤取樣數量、作物不同生長期土壤取樣深度、灌前灌后的觀測時機、取樣后的記錄及處理都缺乏精度，造成基礎數據偏差過大。

3 解決措施

3.1 選取典型井灌區計算地下水取水量

德州市在估算地下水取水量的過程中，結合《技術導則》典型田塊的選取辦法，在樣點灌區的上、中、下游進一步選取一定數量的典型井灌區，用以計算地下水的取水量。通過實測典型井灌區的年畝均取水量，及充分調研樣點灌區的上、中、下游年度井灌面積，計算樣點灌區地下水取水量，計算公式如下：

1）計算同區域井灌區的年畝均取水量。

式中：W井i為樣點灌區同片區井灌區第i種作物的畝均地下水取水量，m3；W井毛為同片區第i種作物第l個典型井灌區畝均取水量，m3；A井i為同片區第i種作物第l個典型井灌區灌溉面積，畝；N為同片區第i種作物典型井灌區數量，個。

2）計算樣點灌區地下水取水總量。

式中：W井為樣點灌區地下水取水水總量，m3；W井ij為樣點灌區j個片區內第i種作物畝均地下水取水量，m3；A井ij為樣點灌區j個片區內第i種作物井灌面積，畝；m為樣點灌區j個片區內的作物種類，個；n為樣點灌區片區數量；大型灌區n=3，中型灌區n=2，小型灌區n=1。

3.2 連乘法估算渠系水有效利用系數

德州市大型灌區為典型的并聯渠道，即幾條下級渠道均由同一條上級渠道供水的方式為并聯渠系，干、支渠的聯接方式通常為非等效并聯渠系，也就是幾條支渠的引水流量和渠道水利用系數不相同，干渠渠段的流量和各段的渠道水利用系數也不相同，因此傳統“連乘法”計算灌區渠系水有效利用系數極為復雜。但是，在本次的計算中計算渠系水有效利用系數并不是為了獲取灌區整體的輸水效率，而僅僅是為了反推水庫的渠首取水量，所以只需計算取水點以上至渠首單條線路的渠系水利用系數，由此即將并聯渠道簡化為串聯渠道，計算簡單可靠。灌區居民生活用水計算公式如下：

1）計算各水庫取水點的渠系水有效利用系數。

式中：η渠i為第i處水庫取水點以上的渠系水有效利用系數；Q干凈，Q支凈，Q斗凈分別為第i處取水點以上干渠、支渠、斗渠的毛流量，m3；Q干毛，Q支毛，Q斗毛分別為第i處取水點以上干渠、支渠、斗渠的凈流量，m3。（德州市水庫取水計量點多在干渠、支渠，因此未出現斗渠的計算）。

2）計算水庫反推至渠首的取水量（城鄉生活用水在農田灌溉水有效利用系數毛灌溉水量計算中的扣除量）。

式中：為水庫反推至渠首的取水量，m3；為為第i處水庫取水計量點的取水量，m3；為為第i處水庫取水點以上的渠系水有效利用系數。

3.3 多舉措減小凈灌溉用水量數據誤差

一是加強資金保障，德州市市級每年列支20萬元作為農田灌溉水有效利用系數測算經費，用以列支技術支撐單位工作經費及量水設施器材費用，為基礎數據測取得做好基礎保障；二是在以各縣（市、區）為測算主體的測算工作模式基礎上，強化技術支持單位技術支持，各縣（市、區）基層水管單位僅負責典型田塊灌溉時機的觀察，灌前灌后的數據測量及處理由技術支持單位負責，為基礎數據測取得做好技術保障；三是雙倍選取典型田塊，在根據《技術導則》選取典型田塊的基礎上，另外選取備用典型田塊，兩組田塊同時觀測并取樣，以防錯過灌水時機造成的漏測，為基礎數據測取得做好雙保險。

4 結語

有效測算提高農田灌溉水有效利用系數是一項繁雜且長期的工作，而對農田灌溉水有效利用系數測算精度影響因素的研究是提高灌溉水利用系數測算分析成果準確性與可靠性的關鍵，通過對德州市農田灌溉水有效利用系數測算精度影響因素及解決措施的分析、研究，有效提高了德州市農田灌溉水有效利用系數的測算精度及可靠性，在一定程度上提高了測算工作的工作效率。