灌區田間水利用系數試驗研究

程 達

(江蘇省常熟市辛莊鎮農村工作局，江蘇 常熟 215500)

為提高田間水資源利用效率，優化田間管理，田間水利用系數成為當前研究的熱點話題。盛泰瑋[1]通過新型模型，測算田間水利用系數。侯裕生等人[2]研究某地區田間水利用系數，分析其受時間的影響趨勢，探究影響田間水利用系數的因素。趙鵬濤等人[3]基于水量平衡原理，提出一種新型測算田間水利用系數的方法。楊玫等人[4]對比分析不同類型管區的田間水利用系數，分析水源因素對系數的影響。高峰等人[5]提出計算田間水利用系數的方法，并將此方法用于實際工程中進行分析。周恒[6]對各因素對田間水利用系數的影響進行敏感性分析，探究影響田間水利用系數的關鍵因素。

本研究通過三種方法計算田間水利用系數，分析不同計算方法對于田間水利用系數的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

本研究試驗區位于江蘇省中部，與田間道距離較近。此地區年均降雨量為1023 mm，降雨主要集中于4—10月。此地區溫度情況如表1所示。

表1 該地區溫度情況

1.2 試驗方法

本研究田間水利用系數測定方法主要為平均法、實測法和對比實測法。

(1)平均法。依據相關理論計算田間水利用系數ηt，其計算公式如式(1)：

(1)

式中：m為凈灌水定額，m3/hm2；A為灌溉面積，hm2；W為灌溉總水量，m3。

(2)實測法。通過在田間測定的實際數據，得出田間水利用系數。首先，測定稻田平均深度，含水率、降雨量等相關數據得出凈灌水定額(M泡田)。通過測定稻田水位變化，得出生長期的凈灌水定額(M生長)。通過水表測量田區水量，分別得出泡田、生長灌水量W泡田、W生長。實測法計算公式如式(2)。

(2)

(3)對比實測法。通過測定原狀和封閉田塊面積(A原狀、A封閉)及其灌水量(W原狀、W封閉)，得出田間水利用系數，計算公式如式(3)。

(3)

式中：ω封閉為封閉田塊的單位面積灌水量，m3/m2；ω原狀為原狀田塊的單位面積灌水量，m3/m2。

ω封閉與ω原狀的計算見式(4)、式(5)：

(4)

(5)

式中：W封閉、W現狀為封閉田塊、現狀田塊的灌水量，m3；A封閉、A現狀為原狀和封閉田塊面積，m2。

1.3 試驗田間布設

本研究試驗區取水水位為102.3 m，總面積為0.96 hm2，分為10個田塊。對比分析三種測試方法得出的田間水利用系數。試驗區相關參數如表2所示。

表2 試驗區相關參數

2 結果與分析

2.1 平均法

根據上述試驗方案可得，編號為1的試驗田為平均法。收集相關數據，依據相關理論計算田間水利用系數ηt，其計算如式(1)。根據平均法得出ηt為0.903。

2.2 實測法

根據上述試驗方案可得，編號為2、3、4的試驗田為實測法。根據實測法試驗步驟，測得其田間水利用系數如表3所示。

表3 實測法田間水利用系數

由上述計算結果可得，由實測法得出的田間水利用系數為0.94。6月20日有田間水利用系數最小值，為0.90。7月29日和8月10日有田間水利用系數最大值，為0.98。當灌水定額減小時，土體中的水不易流失，留存于田內，以保持田內土體的水分。當灌水定額增大時，土體吸收大量水分，達到飽和狀態，此時土體難以吸收更多的水分，導致多余的水分向下層土體滲透，造成水分的流失。此時試驗區的田間水利用系數較小。

2.3 對比實測法

根據上述試驗方案可得，編號為5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6的試驗田為對比實測法。根據對比實測法試驗步驟，測得其田間水利用系數如表4所示。

表4 對比實測法田間水利用系數

續表4

由上述計算結果可得，由對比實測法得出的田間水利用系數為0.922，其值小于實測法得出的田間水利用系數，大于平均法得出的田間水利用系數。隨灌溉時間的增大，田間水利用系數逐漸增大，當灌溉時間為5月27日—6月1日時，有最小田間水利用系數為0.897，當灌溉時間為8月10日時，有最大田間水利用系數，為0.943。當試驗區田塊面積較大時，其田間水利用系數較大，當試驗區田塊面積較小時，其田間水利用系數較小。當灌水定額減小時，土體中的水不易流失，留存于田內，以保持田內土體的水分。當灌水定額增大時，土體吸收大量水分，達到飽和狀態，此時土體難以吸收更多的水分，導致多余的水分向下層土體滲透，造成水分的流失。

對比三種方法得出的田間水利用系數可得，當采用平均法時，有最小田間水利用系數，當采用實測法時，有最大田間水利用系數。三種方法測得的田間水利用系數大小差距在4%以內。由于平均法基于理論對田間水利用系數進行計算，缺少對實際情況的考慮，與實際情況有一定的偏差。實測法通過現場試驗，測得田塊間的相關數據，基于現場試驗的結果計算田間水利用系數。而試驗過程存在一定的試驗誤差，現場試驗各種因素對試驗結果的影響較大，且試驗過程較為煩瑣。實測法的誤差及不確定性較大。對比實測法得出的田間水利用系數為三種方案中的中間值。相較于實測法，對比實測法平衡了實測法試驗過程中產生的誤差，所以其田間水利用系數為三種方案中的中間值，誤差較小。

3 結 論

本研究通過三種方法計算田間水利用系數，結果表明：

(1)根據平均法計算公得出田間水利用系數為0.903。由實測法得出的田間水利用系數為0.94。6月20日有田間水利用系數最小值，為0.90。7月 29日和8月10有田間水利用系數最大值，為0.98。當灌水定額減小時，土體中的水不易流失，留存于田內，以保持田內土體的水分。

(2)由對比實測法得出的田間水利用系數小于實測法得出的田間水利用系數，大于平均法得出的田間水利用系數。田間水利用系數與試驗區田塊面積呈正相關關系。當灌水定額減小時，土體中的水不易流失，以有效水的形式留存于田內，此時試驗區的田間水利用系數較大。當灌水定額增大時，土體吸收大量水分，達到飽和狀態，導致多余的水分向下層土體滲透，造成深層滲漏，此時試驗區的田間水利用系數較小。

(3)對比三種方法得出的田間水利用系數可得，當采用平均法時，有最小田間水利用系數，當采用實測法時，有最大田間水利用系數。三種方法測得的田間水利用系數大小差距在4%以內。相較于實測法，對比實測法平衡了實測法試驗過程中產生的誤差，誤差較小。