二峰電灌總站提水灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)測算

俞建河　吳永林

摘要 根據(jù)二峰總站提水灌區(qū)實際情況，利用干渠渠系配套齊全，進(jìn)出水量易于掌握，采用水量平衡法對干渠渠系水利用系數(shù)進(jìn)行測算，支渠及以下的渠系水利用系數(shù)選擇典型支渠采用首尾測算法進(jìn)行測定，田間水利用系數(shù)選擇典型田塊進(jìn)行測定，這樣簡化了測量工作，節(jié)省了大量人力、物力，方法簡單實用，易于操作，測得2014年灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)為0.526，基本上反映了灌區(qū)渠系實際用水情況、灌溉工程質(zhì)量及灌溉用水管理水平。該方法適合同類型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)的測定與評價。

關(guān)鍵詞 二峰灌區(qū)；灌溉水利用系數(shù)；水量平衡法；首尾測算法

中圖分類號 S274.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）11-387-04

灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)是衡量灌區(qū)從水源引水到田間作物吸收利用水的過程，是衡量灌溉水利用程度的一個重要指標(biāo)，也是集中反映灌溉工程質(zhì)量、灌溉技術(shù)水平和灌溉用水管理水平的一項綜合指標(biāo)[1-2]。由于灌區(qū)灌溉情況復(fù)雜，實測工作量大，成本高，目前大都采用經(jīng)驗數(shù)值，因此各地差異很大，有的僅有0.2，而有的高達(dá)0.78，難以指導(dǎo)地區(qū)發(fā)展規(guī)劃和節(jié)水灌溉。因此，進(jìn)行灌溉水利用系數(shù)的測算分析工作具有十分重要的意義[3-4]。

為加強農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)測算分析工作，國家要求各級水利部們在加快農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、加強農(nóng)田灌溉用水管理的同時，認(rèn)真做好各自管理區(qū)域內(nèi)灌溉水利用系數(shù)的量測、計算和分析工作，并由水利部農(nóng)村水利司對各省（區(qū)、市）上一年度農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)測算分析工作進(jìn)行綜合評價。安徽省農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)測算分析工作由省水利廳農(nóng)水處牽頭，省水科院負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)，在省內(nèi)選擇樣點灌區(qū)，測算樣點灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)，再以樣點灌區(qū)測算結(jié)果為基礎(chǔ)，逐級匯總分析，計算不同規(guī)模、不同類型灌區(qū)以及不同區(qū)域的灌溉水利用系數(shù)。天長二峰灌溉試驗重點站負(fù)責(zé)二峰電灌總站提水灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)測算工作，根據(jù)省水利廳的部署，按照水利部《全國灌溉水有效利用系數(shù)測算分析技術(shù)指南》（2012年）有關(guān)要求，結(jié)合實際情況，該站從2013年起開展了二峰電灌總站提水灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)測定工作，并將2014年灌溉水利用系數(shù)測算成果進(jìn)行分析總結(jié)。

1 材料與方法

1.1 灌區(qū)概況

二峰電灌總站提水灌區(qū)位于安徽省東部江淮丘陵區(qū)，始建于1968年，原設(shè)計灌溉面積1.08萬hm2，目前實際耕地面積0.873萬hm2，總灌溉面積0.667萬hm2，有效灌溉面積0.661萬hm2，以淮河水系高郵湖水為灌溉水源，代表江淮皖東丘陵區(qū)灌溉用水及環(huán)境特征。

灌區(qū)糧食作物種植面積較大，是安徽省主要產(chǎn)糧區(qū)之一。其主要糧食作物為水稻和小麥，各種農(nóng)作物的種植面積為：水稻0.661萬hm2、小麥0.463萬hm2、油菜0.041萬hm2，其他作物0.132萬hm2。灌區(qū)屬北亞熱帶氣候，其特點是陽光充足，氣候溫和，雨量適中，四季分明，雨熱同季。常年平均氣溫在14.8 ℃，年平均降雨量1 071 mm，多年平均徑流深292 mm，年平均蒸發(fā)量878 mm（E601），年平均日照2 198 h，無霜期約220 d，2014年全年降雨量1 054 mm，屬于平水年份。

項目區(qū)內(nèi)土壤性質(zhì)為中等偏酸，pH值在6.6～7.0之間，主要為淺藍(lán)色亞粘土，土壤有機質(zhì)中等偏下，主要缺磷、鉀、硼、鋅等，土壤容重在1.4～1.50 g/cm3之間，田間持水量（占干重的%）在28%～32%之間。

灌區(qū)內(nèi)有中小型水庫32座，興利庫容3 000萬m3；蓄水塘壩1 300座，興利庫容1 200萬m3。已形成以內(nèi)部蓄水為主，以提外水為輔，提蓄結(jié)合的中型提水灌區(qū)。

灌區(qū)內(nèi)建有總干渠（含1、2、3和4級站主干渠）1條共計長度25.2 km，其中砼護(hù)砌8.4 km，干渠防滲率為33.3%，渠首1級站干渠設(shè)計輸水流量8.9 m3/s，干渠于2010年剛進(jìn)行過更新改造，渠系配套齊全，各支渠分水口均配有鑄鐵閘門；支渠或越級斗渠75條計約150 km，其中砼護(hù)砌2.0 km，防滲率為1.3%，支渠或越級斗渠及以下渠系配套經(jīng)過多年運行，目前損壞嚴(yán)重。

1.2 組織與方法

1.2.1 高度重視、成立項目組。

灌溉用水利用系數(shù)是評價灌溉用水效率的重要指標(biāo)，也是該灌區(qū)管理水平好壞的重要標(biāo)志。天長市二峰電力灌溉總站作為灌區(qū)管理機構(gòu)，對灌溉用水利用系數(shù)測定工作高度重視，抽出精干力量，成立2014年度灌溉水利用系數(shù)測算工作項目組。

1.2.2 任務(wù)分解、明確分工。

項目組成立后，將測定工作任務(wù)進(jìn)行分工，安排試驗站人員，具體負(fù)責(zé)氣象觀測、灌區(qū)主要農(nóng)作物灌溉定額、典型田塊的土壤含水量、灌溉量的測定和典型支渠實際灌溉田畝等調(diào)查工作；安排灌區(qū)管水員具體負(fù)責(zé)干渠各分水口灌溉用水量測算；安排灌區(qū)機務(wù)人員具體負(fù)責(zé)提水機組的運行時間及進(jìn)出水位記錄。

1.3 思路與方法

1.3.1 干渠渠系水利用系數(shù)（η干）。采用水量平衡法進(jìn)行測算。

根據(jù)二峰主干渠渠系配套齊全，渠首提水量、各支渠放水量及區(qū)間來水都易于掌握的特點，因此利用水量平衡法得出干渠渠系水利用系數(shù)（η干）。

1.3.2 支渠及以下的渠系水利用系數(shù)（η支以下）。采用典型支渠利用“首尾測算分析法”進(jìn)行測算。

在灌區(qū)內(nèi)選擇有代表性支渠作為典型支渠，實測各用水村民組或種田大戶支渠渠首總用水量，灌溉結(jié)束后調(diào)查實際灌溉田畝和灌溉時建立水層深度，并在支渠中選擇典型田塊測算作物田間單位面積的平均毛灌溉用水定額，利用“首尾測算分析法”，計算出典型支渠及以下的渠系水利用系數(shù)（η典支下），并按支渠渠首放水量的大小進(jìn)行分類對系數(shù)進(jìn)行修正，修正后即為灌區(qū)支渠及以下的渠系水利用系數(shù)（η支以下）。

1.3.3 田間水利用系數(shù)（η田）。采用典型田塊田間水利用系數(shù)（η典田）。

在典型田塊灌溉之前后，測定作物計劃濕潤層深度之內(nèi)灌溉前后的土壤含水量，土壤容重和田間水層深度，通過公式計算出該田塊的凈灌溉需水量，其值與該田塊的實際灌水量之比，即為該田塊的田間水利用系數(shù)（η典田），各典型田塊的田間水利用系數(shù)（η典田）的加權(quán)平均即為灌區(qū)田間水利用系數(shù)（η田）。

1.3.4 灌溉水利用系數(shù)（η灌）。采用干渠（η干）、支渠及以下（η支以下）和田間水利用系數(shù)（η田）計算得出。

根據(jù)灌溉的干渠（η干）、支渠及以下（η支以下）和田間水利用系數(shù)（η田）計算得出每次灌溉水利用系數(shù)（η灌i），一年有多次灌溉的，根據(jù)每次灌溉的灌溉水利用系數(shù)（η灌i）和實灌面積，進(jìn)行加權(quán)平均即為灌區(qū)年灌溉水利用系數(shù)（η灌）。

2 實施過程

2.1 總干渠渠系水利用系數(shù)（η干）測算

2014年二峰灌區(qū)水稻本田期種植約從6月9日至9月21日共105 d，其中降雨35 d，降雨549.7 mm，雖屬于平水年，但降雨分布較均勻，降雨利用率高達(dá)95%以上，降雨基本上滿足水稻需水的要求，沒有進(jìn)行灌溉。全年只用渠道水灌溉1次，即為水稻泡田期灌溉，時間從6月7日～6月21日，歷時15 d，期間降雨34.6 mm，1～3級站開機提水，其中3級站用水只到小王節(jié)制閘，用水干渠1～3級站總長度為15.46 km，其中砼護(hù)砌7.29 km，防滲率為47.2%，共有24個分水口進(jìn)行灌溉，其中支渠12個，越級斗渠12個，用水支渠和越級斗渠總長度約為48.0 km，其中砼護(hù)砌2.0 km，防滲率為4.2%。干渠1級提水180.4萬m3，期間干渠降雨利用0.9萬m3，灌溉136.0萬m3。根據(jù)各級干渠的渠首提水量、各支渠或越級斗渠口放水量、區(qū)間來水量和向下一級渠道輸水量，得出各級干渠渠系水利用系數(shù)（ηi干）。根據(jù)一級站干渠首提水量、各支渠或越級斗渠口總放水量、區(qū)間總來水量，得出總干渠渠系水利用系數(shù)（η干），具體結(jié)果見表1。

2.2 支渠及以下渠系水利用系數(shù)（η支以下）測算

2.2.1 田間毛灌溉定額（m田毛）的測定。

由于二峰灌區(qū)2014年渠道水只進(jìn)行水稻泡田灌溉，故田間毛灌溉定額（m田毛）實際上即為水稻泡田定額。水稻泡田在6月8日左右（6月5日 ～6月14日），泡田定額測定安排在3級站3#支上游和6#支下游、2級站8#支上游等8塊典型田塊里進(jìn)行，泡田前先在每塊田3個不同位置分層取土（每層20 cm，取土深度100 cm）測土壤含水量，取土后用小型汽油噴灌機進(jìn)行提水泡田，外接內(nèi)徑50 mm的水表進(jìn)行計量，泡田結(jié)束后2 d，測量田塊面積，并取9個不同位置量測田間建立的水層深度，根據(jù)灌水量和田塊面積，計算出單位面積的灌水量，并折算出灌區(qū)內(nèi)泡田時實際田間保留水層深度的泡田定額，將8塊典型田塊泡田定額進(jìn)行加權(quán)平均即為灌區(qū)的田間毛灌溉定額（m田毛）（表2）。

由表2可知，2014年二峰電灌總站灌區(qū)泡田時土壤平均含水量21.11%，水稻田間毛灌溉定額（m田毛）為1 845.0 m3/hm2（田間建立水層77 mm）。

2.2.2 典型支渠及以下渠系水利用系數(shù)（η典支下）測算。把二峰二級站8#、15#支渠和三級站3#、6#支渠作為典型支渠，并在支渠口安排專人利用渠首分水涵閘進(jìn)行建筑物量水，每2個小時量測1次，實測每個村民組支渠口的放水量，同時調(diào)查該村民組實際灌溉田畝，灌溉時建立的平均水層深度，按典型田塊測算田間毛灌溉定額（m田毛），折算成田間實際保留水層深度的灌溉定額，從而測算出該村民組的灌溉支渠及以下的渠系水利用系數(shù)。將該支渠所有放水村民組的渠系水利用系數(shù)按實灌面積進(jìn)行加權(quán)平均即為該支渠及以下的渠系水利用系數(shù)，4個典型支渠及以下的渠系水利用系數(shù)按實灌面積的加權(quán)平均即為典型支渠及以下渠系水利用系數(shù)（η典支下）（表3）。

由表3可知，2014年二峰電灌總站灌區(qū)典型支渠及以下渠系水利用系數(shù)（η典支下）為0.707。

2.2.3 支渠及以下渠系水利用系數(shù)（η支以下）修正。

由于各支渠控制面積不同，故支渠首放水量也不相同， 各渠道水利用系數(shù)不相等，渠系水利用系數(shù)不宜用上述典型支渠加權(quán)平均，應(yīng)進(jìn)行修正，使計算結(jié)果更加符合[5-6]。根據(jù)支渠渠首放水量的大小，將支渠按渠首放水量分為大于等于10萬m3和小于10萬m3 2種類型，代表性支渠分別為2級站8#、15#和3級站3#、6#，2014年泡田灌溉時支渠渠首放水量大于等于10萬m3共有2級站的2#、8#、11#、12#、15#計5條支渠，渠首總放水量為92.6萬m3，占總放水量的68.1%，代表性支渠及以下渠系水利用系數(shù)為0.690，其余19條支渠或越級斗渠渠首放水量均小于10萬m3，渠首總放水量為43.3萬m3，占總放水量的31.9%，代表性支渠及以下渠系水利用系數(shù)為0.839，其支渠及以下渠系水利用系數(shù)（η支以下）應(yīng)按下式計算[7]：

η支以下=1/（f1/η1+f2/η2）

（1）式中：η1、η2為對應(yīng)于渠首放水量為大于等于10萬m3和小于10萬m3的灌溉水利用系數(shù)；f1，f2分別為渠首放水量為大于等于10萬m3和小于10萬m3占渠首總放水量的權(quán)重。

經(jīng)過修正，2014年二峰電灌總站灌區(qū)支渠及以下渠系水利用系數(shù)為η支以下=1/（0.681/0.69+0.319/0.837）=0.731

2.3 田間水利用系數(shù)測算

通過安排在3級站3#支上游、3級站6#支下游和2級站8#支上游等8塊典型田塊里進(jìn)行泡田定額測定時，根據(jù)泡田灌水前后計劃濕潤層土壤含水率的變化確定泡田凈灌溉用水量，計算公式如下：

m凈=102（β1-β2）γH+10（h-P0）

（2）

式中：m凈為凈灌水定額，m3/hm2；β1、β2分別為田間最大持水率和灌溉前計劃濕潤層的土壤含水率（以干土重的百分?jǐn)?shù)表示）；γ計劃濕潤層內(nèi)土壤干容重，t/m3；H為土壤計劃濕潤層深度，m； h為泡田時田間建立水層深度，mm；P0為泡田期間田間有效降雨量，mm。

根據(jù)典型田塊泡田的實際灌溉用水量和凈灌溉定額作物以及實灌面積，用下式計算田間水利用系數(shù)η田[7]。

η田=m凈A/W農(nóng)凈

（3）

式中：η田為田間水利用系數(shù)；A為實灌泡田面積；hm2，W農(nóng)凈為田塊實際灌溉用水量，m凈為凈灌水定額，m3/hm2。

各典型田塊的田間水利用系數(shù)（η典田）的加權(quán)平均即為田間水利用系數(shù)（η田）。測算具體結(jié)果見表4。

根據(jù)表4可知，2014年二峰電灌總站灌區(qū)田間水利用系數(shù)（η田）為0.961。

3 測算結(jié)果

根據(jù)灌溉時干渠渠系水利用系數(shù)測算、典型支渠及以下渠系水利用系數(shù)和典型田塊田間水利用系數(shù)測定，則可計算出灌溉水利用系數(shù)，2014年二峰電灌總站灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)（η灌）測算結(jié)果（表5）。

由表5可知，測得2014年二峰電灌總站灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)（η灌）為0.526。

4 結(jié)語

灌溉水利用系數(shù)是評價灌區(qū)灌溉工程質(zhì)量、灌溉技術(shù)水平和灌溉用水管理水平的一項綜合指標(biāo)，也是進(jìn)行灌區(qū)節(jié)水改造的重要依據(jù)。根據(jù)前人對灌溉水利用系數(shù)研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)灌溉的實際情況，采用水量平衡法、首尾測算法、典型田塊實測法分別對二峰總站提水灌區(qū)2014年的干渠渠系水利用系數(shù)、支渠及以下的渠系水利用系數(shù)及田間水利用系數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的測定和計算分析。這樣既簡化了測量工作量，且測得的灌溉水利用系數(shù)基本上能反映灌區(qū)渠系實際用水情況，適用于同類型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)的測定。

由于2014年雖屬于平水年，但由于降雨分布較均勻，降雨利用率高達(dá)95%以上，降雨基本上滿足作物需水的要求，灌水次數(shù)和總灌水量較往年偏低，所以也會對灌溉水利用系數(shù)的結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，通過對該灌區(qū)多年灌溉情況的調(diào)查分析，豐水年份的灌溉水利用系數(shù)一般較枯水年份高，但具體的變化幅度需進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究。今后應(yīng)把灌溉水利用系數(shù)作為一項日常工作，對灌區(qū)進(jìn)行長年系統(tǒng)的觀測，在長系列資料完整的情況下，對各水文年型灌溉水利用系數(shù)變化趨勢和幅度進(jìn)行研究，科學(xué)地指導(dǎo)灌區(qū)的發(fā)展與改造。

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責(zé)任編輯 夏靜 責(zé)任校對 李巖