雙塔灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)測算分析

姜冬梅，王 平

(甘肅省疏勒河流域水資源局，甘肅 蘭州 730000)

我國是一個(gè)水資源相對匱乏的國家，水資源分布較為不均。近些年來，我國水資源短缺現(xiàn)象日益嚴(yán)重，農(nóng)田灌溉水是水資源應(yīng)用的一個(gè)主要方向，因此，查明灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)有利于提升水資源的利用效率。蔣勇[1]、楊普義等[2]、肖雪等[3]分別以不同的灌區(qū)為例，對影響灌溉水有效利用系數(shù)的因素進(jìn)行分析，并提出了改善建議。同時(shí)，有大量的學(xué)者[4-10]對不同灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)進(jìn)行測算分析，本文以雙塔灌區(qū)為例進(jìn)行灌溉水有效利用系數(shù)測算，同時(shí)針對測算工程中所遇到的問題進(jìn)行總結(jié)并提出改善建議。

1 工程概況

雙塔灌區(qū)屬于疏勒河流域，位于甘肅省河西走廊。地勢上總體呈南高北低、東高西低?？h境東西長185km，南北寬220km，面積2.4×104km2，海拔1150～2000m，區(qū)域內(nèi)植被稀少。灌區(qū)范圍內(nèi)年降水量少且年蒸發(fā)量大，日照時(shí)間長，區(qū)域內(nèi)晝夜溫差大。雙塔灌區(qū)是我國典型的荒漠綠洲灌溉區(qū)。

雙塔灌區(qū)覆蓋南岔、瓜州、淵泉、西湖、廣至、梁湖6個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，3個(gè)國營農(nóng)場、4個(gè)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)、17個(gè)集體和個(gè)體農(nóng)林牧場(站)，有效灌溉面積3.10萬hm2，其中耕地2.91萬hm2，林草地1826.67hm2。

2 測算方法

2.1 首尾測算法

根據(jù)灌溉水有效利用系數(shù)概念，計(jì)算公式如下：

(1)

式中，ηw—灌溉水有效利用系數(shù)；Wj—灌區(qū)凈灌溉用水總量，m3；Wa—灌區(qū)毛灌溉用水總量，m3。

灌區(qū)畝均綜合凈灌溉定額M綜計(jì)算公式如下:

(2)

式中，Mi—灌區(qū)內(nèi)第i種農(nóng)作物的凈灌溉定額，m3/畝；Ai—灌區(qū)第i種作物實(shí)灌面積，畝；N—灌區(qū)作物種類總數(shù)；A—該灌區(qū)的實(shí)灌溉面積，畝

則灌溉用水有效利用系數(shù)為：

(3)

2.2 凈灌溉用水量確定

農(nóng)作物的凈灌溉定額是計(jì)算凈灌溉用水量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。針對不同的灌溉方式，提出不同的計(jì)算方法。當(dāng)所計(jì)算的灌區(qū)面積較大時(shí)，灌區(qū)內(nèi)的區(qū)域氣候條件存在較為明顯的差異，則需要根據(jù)灌區(qū)特點(diǎn)選取典型的灌區(qū)進(jìn)行分區(qū)測算，將各個(gè)典型分區(qū)的測算結(jié)果進(jìn)行匯總作為灌區(qū)總的凈灌溉用水量。

2.2.1旱作充分灌溉凈灌溉定額

(1)一般情況下可以直接使用田間觀測資料作為樣本灌區(qū)的主要農(nóng)作物的凈灌溉定額。

(2)當(dāng)樣本灌區(qū)的觀測資料較少時(shí)，則需要根據(jù)計(jì)算年份的氣象資料、水文資料利用水量平衡原理進(jìn)行農(nóng)作物凈灌溉定額的計(jì)算。計(jì)算公式如下：

Mi=ETci-Pei-Gei+ΔWi

(4)

式中，ETci—樣本灌區(qū)范圍內(nèi)第i種主要農(nóng)作物的蒸騰蒸發(fā)量，mm;Gei—樣本灌區(qū)范圍內(nèi)第i種主要農(nóng)作物的地下水利用量(生育期內(nèi))，mm;Pei—樣本灌區(qū)范圍內(nèi)第i種主要農(nóng)作物的有效降水量(生育期內(nèi))，mm;ΔWi—樣本灌區(qū)范圍內(nèi)第i種主要農(nóng)作物的土壤儲水量變化值(生育期始末)，mm。

2.2.2旱作非充分灌溉凈灌溉定額

當(dāng)灌區(qū)水資源較為匱乏時(shí)，農(nóng)戶通常需要使用非充分灌溉的方式進(jìn)行澆灌?？梢愿鶕?jù)灌區(qū)的實(shí)際情況直接進(jìn)行田間觀測和經(jīng)驗(yàn)判斷。

非充分灌溉的凈灌溉定額計(jì)算方法為：設(shè)灌區(qū)作物畝均毛灌溉用水量為n1，充分灌溉的凈灌溉定額為n2。若n1≤0.6n2時(shí)，則凈灌溉定額為n1；若0.6n2≤n1≤1.0n2時(shí)，則凈灌溉定額為(1.0～0.95)n1。

2.2.3凈灌溉用水量計(jì)算

灌區(qū)凈灌溉用水量計(jì)算如下：

(5)

式中，各變量含義同前。

3 雙塔灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)測算

3.1 不同農(nóng)作物灌溉定額計(jì)算

為合理確定和復(fù)核灌區(qū)實(shí)際灌溉情況、田間凈灌溉用水量等，綜合考慮土壤性質(zhì)、工程配套情況、地塊面積、灌溉管理及技術(shù)等因素，在雙塔灌區(qū)上、中、下游的4個(gè)管理所選擇了8個(gè)灌溉定額實(shí)測區(qū)，對灌區(qū)主要的4種作物進(jìn)行了灌溉定額實(shí)測。通過實(shí)測統(tǒng)計(jì)，一年來各類作物的平均灌溉定額見表1。

表1 不同作物的實(shí)測灌溉定額統(tǒng)計(jì)表 單位：mm

3.2 斗口以上各級渠道利用率的測算

傳統(tǒng)的測算方法一般為通過實(shí)測不同級別典型渠道的渠道水利用率，采用加權(quán)平均的方法，獲取干、支、斗、農(nóng)等不同級別渠道的渠道水利用率。首先獲取田間水利用率，再通過連乘系數(shù)法獲取灌溉水利用率。目前，傳統(tǒng)的測算方法存在以下問題：具有較大的測量工程量；在實(shí)際的測量工程中，難以滿足測量條件要求；需要大量的技術(shù)人員采用多種測量手段進(jìn)行測量，測量難度較大；只測量典型渠道難以獲取具有代表性的成果。

因此，基于傳統(tǒng)渠道水利用測量方法的不足，同時(shí)為了提升雙塔灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)的測算精度，在進(jìn)行該灌區(qū)系數(shù)測算時(shí)，采用“首尾測算法”進(jìn)行計(jì)算。在渠道水利用率計(jì)算方面，采用穩(wěn)定情況下的渠尾流量與渠首流量的比值作為渠道水利用率。使用“首尾測算法”獲取雙塔灌區(qū)各渠系水利用率見表2。

表2 雙塔灌區(qū)渠系利用率計(jì)算

以上各干、支渠的利用率由于西湖地區(qū)渠系距離長，輸水損失大，造成全灌區(qū)渠系利用率下降。

4 樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)分析

4.1 樣點(diǎn)灌區(qū)選擇

根據(jù)每個(gè)樣點(diǎn)實(shí)測區(qū)域內(nèi)的作物種植比例進(jìn)行選擇，將種植比例較高的作物作為實(shí)測對象，并從中選擇2～3個(gè)田塊作為最終的實(shí)測對象。根據(jù)水利部《全國灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析技術(shù)指南》和雙塔灌區(qū)實(shí)際情況，按照行政區(qū)域劃分6個(gè)樣點(diǎn)實(shí)測區(qū)，每個(gè)樣點(diǎn)實(shí)測區(qū)面積在百畝左右。其中總干所1個(gè)實(shí)測區(qū)，南干所1個(gè)實(shí)測區(qū)，廣至所1個(gè)實(shí)測區(qū)，西湖所1個(gè)實(shí)測區(qū)，北干所2個(gè)實(shí)測區(qū)。灌區(qū)現(xiàn)狀及近幾年引水量情況見表3。

表3 灌區(qū)現(xiàn)狀及近幾年引水量情況

對前4年灌溉情況加權(quán)平均，平均每年灌溉引水量33726.92萬m3，斗口引水量23214.42萬m3。2017年的灌溉引水量34874.15萬m3，斗口水量24141.87萬m3，近幾年的灌溉引水量可以代表灌區(qū)的需水量情況。

4.2 樣點(diǎn)灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算分析及成果檢驗(yàn)

從2011年開始，雙塔灌區(qū)已經(jīng)開始實(shí)施百畝實(shí)測區(qū)灌溉定額測定工作，經(jīng)過6年的工作經(jīng)驗(yàn)積累，目前百畝實(shí)測區(qū)灌溉定額測定工作從方法到技術(shù)日趨完善，各管理所在數(shù)據(jù)觀測方面都有專人負(fù)責(zé)，各實(shí)測區(qū)所在行政區(qū)域面積每年都有專人統(tǒng)計(jì)匯總，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均真實(shí)可靠，所以依據(jù)水量平衡原理計(jì)算作物的凈灌溉定額，再乘以實(shí)測區(qū)的灌溉面積來計(jì)算灌區(qū)內(nèi)作物凈灌溉用水量。實(shí)測區(qū)總面積3.10萬hm2，斗口總引水量24141.87萬m3，見表4。

根據(jù)要求，采用首尾測算分析法對灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，前面已計(jì)算出2017年灌區(qū)斗口引水量及渠首引水總量，斗口引水量24141.87萬m3，渠首引水量為34874.15萬m3。即雙塔灌區(qū)斗口以上渠系水有效利用率為0.6923。

據(jù)資料顯示，斗口以上渠系水利用率2011—2017年分別為0.695、0.636、0.67、0.674、0.699、0.697、0.6923。

由渠道、渠系利用率復(fù)測灌溉水有效利用系數(shù)。雙塔灌區(qū)本年度總干渠渠首灌溉引水量為34874.15萬m3，總干渠利用率為91.23%，支干渠利用率為82.85%，支渠利用率為91.59%，斗渠利用率為91.44%，農(nóng)渠利用率為92.04%，得出灌區(qū)渠系水利用率為58.26%，灌區(qū)田間水利用率為91%，灌區(qū)凈灌溉用水量為18490.27萬m3。

根據(jù)“首尾測算分析法”公式進(jìn)行計(jì)算，W凈為18490.27萬m3，W毛為總干渠渠首引水量34874.15萬m3。最終得出雙塔灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)為0.5302。

5 結(jié)論與建議

(1)以雙塔灌區(qū)為例，使用首尾公式計(jì)算雙塔灌區(qū)2017年灌溉水有效利用系數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算不同類型農(nóng)作物灌溉定額，并計(jì)算斗口以上渠道利用系數(shù)，結(jié)合樣本灌區(qū)進(jìn)行實(shí)測分析，表明雙塔灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)為0.5302，通過多年灌溉水利用系數(shù)對比可知，灌區(qū)渠道利用系數(shù)較為穩(wěn)定。

(2)雙塔灌區(qū)灌溉水測算的主要問題為專業(yè)技術(shù)人員和測量設(shè)備缺乏、測算工作投入和重視程度不夠。在后期的水庫管理中可加大經(jīng)費(fèi)投入，重視測算工作從而提高灌溉水利用系數(shù)測算精度。

表4 樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水系數(shù)測算