雙牌灌區農田灌溉水有效利用系數實測與分析

劉思妍，唐梓豪

（湖南省水利水電科學研究院，長沙 410007）

近年， 全國對農田灌溉水有效利用系數實測工作日益重視，楊水才［1］對福建省武夷山楮樹下灌區進行測算分析；曹巖等［2］對云南高原山區系數測算工作進行研究；胡承超［3］對江蘇省洪澤地區進行測試，評價灌區工程節水效果；朱福民等［4］通過分析不同影響因素對系數的影響提出了對灌區優化的建議；鞠艷等［5］通過分析系數的變化趨勢和影響因素總結了江蘇省系數增長規律和提升系數的關鍵因子。與上述研究相比，湖南省灌區開展研究較少，水源條件復雜多樣， 都對農田灌溉水有效利用系數測算提出更高要求。

在此背景下，以雙牌灌區為研究區，選取播種面積超過灌區總播種面積10%的作物種類，共計27 個典型田塊，采用實測法計算凈灌溉定額，通過首尾測算分析法計算樣點灌區的農田灌溉水有效利用系數， 從而為評價節水灌溉發展成效與節水潛力提供科學依據。

1 研究區域與方法

1.1 研究區域概況

雙牌灌區地處湖南省南部， 位于東經111°～112°、北緯25°55′～26°35′之間，地貌屬于中切割低山丘與平緩區的過渡地帶，地勢南高北低。氣候為亞熱帶季風濕潤氣候區；多年平均降水1433.5 mm，年平均氣溫16.13 ℃，無霜期280 d，相對濕度81%，灌區內氣候溫和，土地肥沃，適宜種植雙季水稻、柑桔等。灌區引水水源為雙牌水庫，水庫控制流域面積10594 km2，渠首取水模式為自流取水。 灌區設計灌溉面積2.17 萬hm2，受益范圍為湖南省永州市的雙牌、零陵、冷水灘和祁陽四縣（區）的17 個鄉鎮、198 個村、3400余個村民小組。灌區現有干渠1 條，長95.628 km；支渠19 條（含分支渠），總長357.6 km；斗渠445 條，共長875 km；農渠725 條，共長2727 km。灌溉面積200 hm2以上斗渠7 條，設計總長度65.19 km，其中防滲襯砌長度僅14.4 km。

1.2 典型田塊選取

根據《全國農田灌溉水有效利用系數測算技術指導細則》要求， 對超過種植面積10%的主要作物選取典型田塊。雙牌灌區確定的主要作物為早稻、中稻與晚稻，因此分別對3 種作物在上、中、下游3 個片區每種作物選取3 塊典型田塊。 通過調研實地走訪雙牌灌區支渠選取符合要求的典型田塊， 共計27 塊典型田塊。

表1 雙牌灌區典型田塊主要作物統計信息

1.3 數據來源

1.4 研究方法

根據農田灌溉水有效利用系數的定義， 首尾測算分析法即直接用灌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）的比值來計算灌區農田灌溉水有效利用系數，計算公式如下：

式中η 為灌區農田灌溉水有效利用系數；W凈為灌區凈灌溉用水總量（m3）； W毛為灌區毛灌溉用水總量（m3）。

2 農田灌溉水有效利用系數實測

農田灌溉水有效利用系數的實測， 首先根據選取的典型田塊依照一定方法測算分析年平均凈灌溉用水量，進而分析計算雙牌灌區年凈灌溉用水量，最后，以雙牌灌區年凈灌溉用水量、年毛灌溉用水量為基礎，分析計算雙牌灌區農田灌溉水有效利用系數。具體測算流程如圖1。

圖1 雙牌灌區農田灌溉水有效利用系數測算流程

2.1 凈灌溉用水量

凈灌溉用水量的測算值是根據所選的典型田塊灌水水層的前后水層變化計算出典型田塊平均凈灌溉用水量， 再用典型田塊的平均凈灌溉用水量推算到該作物灌區平均用水量， 最后根據分析出的灌區作物平均凈灌溉用水量與其灌區范圍內實際灌溉面積的乘積得出全灌區凈灌溉用水量。 雙牌灌區平均凈水量均由直接量測法得出。

2.1.1 典型田塊平均凈灌溉用水量

每次灌溉的平均凈灌溉用水量計算公式如下：

式中h1為灌水前典型田塊田面水深（mm）；h2為灌水后典型田塊田面水深（mm）。根據每次灌溉的平均凈灌溉用水量數據相加得到平均凈灌溉用水量。

2.1.2 灌區平均凈灌溉用水量

氣控系統由氣源、操作控制系統、執行機構等組成。操作控制系統安裝在司鉆控制房內，控制壓力氣進入或排出氣胎離合器，實現離合器的嚙合和脫開。

根據實測記錄得到典型田塊的平均凈灌溉用水量，計算雙牌灌區水稻平均凈灌溉用水量，計算公式如下：

式中wi為樣點灌區同片區第i 種作物的平均凈灌溉用水量（m3/hm2）；w田凈i為同片區第i 種作物第l 個典型田塊平均凈灌溉用水量；A田l為同片區第i 種作物第l 個典型田塊灌溉面積（m3）。N 為同片區第i 中作物典型田塊數量（個）。

2.1.3 凈灌溉用水總量

根據雙牌灌區提供的實際灌溉面積統計表按照式（3）得出雙牌灌區凈灌溉用水總量：

式中W樣凈為雙牌灌區凈灌溉用水總量（m3）；wij為雙牌灌區j 個片區內第i 種作物平均凈灌溉用水量（m3/hm2）；Aij為雙牌灌區j 個片區內第i 種作物實際灌溉面積（hm2）；m 為雙牌灌區j 個片區內的作物種類（種）；n 為雙牌灌區片區數量（個）；大型灌區n=3。

具體計算步驟及結果如表2。 根據表2 計算后得， 早稻、 中稻、 晚稻的作物平均用水量分別為1644.75，3742.65，4279.65 m3/hm2；實際種植面積分別為：0.79，1.02，0.71 萬hm2； 凈灌溉用水量分別為：1294.95，3807.52，3052.82 萬m3，總計8155.30 萬m3。

表2 雙牌灌區主要作物凈灌溉用水量計算

2.2 毛灌溉用水量

雙牌灌區主水源毛灌溉用水量可通過查閱渠首電站臺賬計算得出。經計算并統計，雙牌灌區在實測期內出庫水量為15057.13 萬m3，全部為農田灌溉用水量。

2.3 農田灌溉水有效利用系數

根據首尾測算法式（1）計算雙牌灌區農田灌溉水有效利用系數分別為0.5416。

η=8155.30/15057.13=0.5416

3 合理性分析

3.1 實測過程合理性分析

本次實測采用的是首尾測算法， 作為 《指導細則》推薦方法，相比分段實測法操作更簡單，符合湖南省農村基層水利的實際情況。 其要點就是對于毛灌溉用水量和凈灌溉用水量的實測過程要規范、細致。 本次凈水量實測均由湖南省水利水電科學研究院指導完成，過程滿足規范要求；毛水量通過查詢臺賬記錄獲取，避免了人為因素影響。綜上，本次實測方法科學、過程規范合理。

3.2 農田灌溉水有效利用系數合理性分析

農田灌溉水有效利用系數的合理性取決于凈、毛灌溉用量的合理性。此次實測按照《指導細則》要求，采用日歷年（1 月1 日—12 月31 日）為測算時段。其中凈早稻、中稻、晚稻平均灌溉用水量分別為1644.75，3742.65，4279.65 m3/hm2， 與DB43/T 388—2020《湖南省用水定額》中雙牌灌區所在農業用水定額灌溉分區Ⅱ區的50%保證率下相關作物用水定額相比偏高，其原因是2022 年湖南省全省屬平水偏枯年份，2022 年降雨量1299 mm 比多年平均降雨量14 54 mm 偏小10.7%；毛水量出庫水量15057.13 萬m3相比往年17000 萬m3有所減少，其原因是永州市4—10月經歷有完整資料記錄以來最為嚴重的氣象水文干旱。綜上，影響雙牌灌區農田灌溉水有效利用系數的最關鍵數據合理，其系數測算成果也具備合理性。

4 結語

通過對雙牌灌區農田灌溉水有效利用系數實測，可對灌區決策提供理論參考。農田灌溉水有效利用系數實測工作量大、技術要求高，需要大量人力資源予以配合才能完成。 灌溉水利用系數實測工作離不開兩個關鍵因素： 灌溉水來水量及用水量臺賬清晰且具有相配套的計量設施， 和有足夠的技術人員參與開展調查、統計、測流等工作。典型田塊水位測量中，因田間土地并不平整，所以在觀測時需設立固定觀測點，以保障觀測前后測量水位的位置相同，減少誤差。