首尾測算法在青弋江灌區(qū)中的應(yīng)用

唐洪火

摘要?青弋江灌區(qū)采用首尾測算法測算農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)（以下簡稱農(nóng)水系數(shù)），通過選定典型樣點田塊，基于直接量測法與觀測分析法相耦合途徑確定灌區(qū)作物凈灌溉定額，測算出2019年農(nóng)水系數(shù)為0.460?6，并對測算過程和結(jié)果進行合理性分析。

關(guān)鍵詞?農(nóng)水系數(shù);首尾測算法;青弋江灌區(qū)

中圖分類號?S27?文獻標(biāo)識碼?A?文章編號?0517-6611（2021）03-0222-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.03.059

Abstract?The?effective?utilization?coefficient?of?farmland?irrigation?water?（hereinafter?referred?to?as?agricultural?water?coefficient）?of?Qingyi?River?Irrigation?District?was?calculated?by?the?headtail?measurement?method.?Through?the?selection?of?typical?sample?plots?and?the?coupling?approach?of?direct?measurement?method?and?observation?analysis?method，?the?net?irrigation?quota?of?crops?in?the?irrigation?district?was?determined，?and?the?agricultural?water?coefficient?in?2019?was?calculated?as?0.460?6，?and?the?rationality?analysis?of?the?calculation?process?and?results?was?carried?out.

Key?words?Agricultural?water?coefficient;Headtail?measurement;Qingyi?River?Irrigation?District

農(nóng)水系數(shù)是指某一時期灌入田間可被作物利用的水量與水源地灌溉取水總量的比值，其反映灌區(qū)從水源引進的灌溉水能被作物吸收利用程度，是實行最嚴格水資源管理制度、確立“三條紅線”控制目標(biāo)的主要指標(biāo)之一[1-2]。農(nóng)水系數(shù)測算具有重要意義，得到國內(nèi)眾多學(xué)者的關(guān)注。王洪斌等[3]對靜態(tài)和動態(tài)測定法測定灌溉水有效利用系數(shù)的方法進行了對照分析;高峰等[4]提出農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)綜合測定方法;蔡曉東等[5]開展了咸寧市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算的實踐應(yīng)用。青弋江灌區(qū)是宣城市境內(nèi)唯一大型灌區(qū)，其農(nóng)水系數(shù)測算在整個宣城市農(nóng)水系數(shù)測算工作中占據(jù)重要作用。青弋江灌區(qū)分別在涇縣和宣州選定典型樣點田塊，開展田間實測工作，并采用首尾測算法測定農(nóng)水系數(shù)。

1?基本概況

青弋江灌區(qū)地處安徽省長江南岸，跨漳河流域和青弋江、水陽江流域中下游地區(qū)，屬全國402個大型自流引水灌區(qū)之一?？偪刂泼娣e1?383?km2，設(shè)計灌溉面積7.13萬hm2，有效灌溉面積4.82萬hm2，總灌溉面積3.34萬hm2。共有5級渠系，干、支、斗、農(nóng)、毛，受益范圍涵蓋宣城市的涇縣、宣州區(qū)、寧國市和蕪湖市的南陵縣、繁昌縣。宣州區(qū)和涇縣是宣城市境內(nèi)主要受益地區(qū)，有效灌溉面積1.83萬hm2，選定為青弋江灌區(qū)宣城市代表性測算片區(qū)（簡稱測區(qū)）。

2?灌區(qū)農(nóng)水系數(shù)測算方法

過去青弋江灌區(qū)農(nóng)水系數(shù)測算值0.4，通過實測獲得不同級別典型渠道的渠道水利用系數(shù)，加權(quán)平均得到灌區(qū)干、支、斗、農(nóng)各級渠道的渠系水利用系數(shù);測量典型田塊的田間水利用系數(shù)，采用系數(shù)連乘的方法算得[6]，存在精度不高且合理性分析不足等缺點。為改進不足提高精度，2019年農(nóng)水系數(shù)測算采用首尾測算法。

首尾測算法是指直接測量統(tǒng)計灌區(qū)從水源引入（取用）的毛灌溉用水總量，通過分析測算得到田間實際凈灌溉用水總量，田間實際凈灌溉用水總量與毛灌溉用水總量的比值即為灌溉利用系數(shù)[7]，計算公式如下：

式中，ηw為農(nóng)水系數(shù);Wj為凈灌溉用水總量，單位為m3;Wa為毛灌溉用水總量，單位為m3。

2.1?凈灌溉用水量觀測方法

測區(qū)主要耗水作物需采用直接量測法測定田間凈灌溉用水量，對于種植比例不超過10%的作物則采用觀測分析法測定田間凈灌溉用水量。具體觀測方法如圖1所示。

2.1.1?直接量測法。

對于旱作物，根據(jù)典型田塊灌溉前后計劃濕潤層土壤含水率的變化確定某次平均凈灌溉用水量，計算公式如下：

式中，w田凈i為典型田塊某次平均凈灌溉用水量，單位為m3/hm2;H為灌水期內(nèi)典型田塊土壤計劃濕潤層深度，單位為mm;γ為典型田塊H土層內(nèi)土壤干容重，單位為g/cm3;γ水為水的容重，單位為g/cm3;θg1為灌水前典型田塊H土層內(nèi)土壤質(zhì)量含水率，單位為%;θg2為灌水后典型田塊H土層內(nèi)土壤質(zhì)量含水率，單位為%。

對于淹灌水稻，根據(jù)典型田塊灌溉前后田面水深的變化來確定某次平均凈灌溉用水量，計算公式如下：

式中，h1為灌水前典型田塊田面水深，單位為mm;h2為灌水后典型田塊田面水深，單位為mm。

2.1.2?觀測分析法。

對于旱作物，其生育期凈灌溉定額分析計算采用水量平衡原理確定，平衡方程式如下：

式中，Mi為第i種作物凈灌溉定額，單位為mm;ETci為第i種作物的蒸發(fā)蒸騰量，單位為mm;Pe為作物生育期內(nèi)的有效降雨量，單位為mm;Gei為第i種作物生育期內(nèi)地下水利用量，單位為mm;ΔW為生育期始末土壤儲水量的變化值，單位為mm[8]。

對于淹灌水稻，水稻的凈灌溉需水量包括泡田水量、蒸發(fā)蒸騰水量以及必要的滲漏水量三部分[9]。水稻全生育期凈灌溉定額計算公式如下：

式中，ETc為水稻的蒸發(fā)蒸騰量，單位為mm;Fd為水稻全生育期滲漏量，單位為mm;M0為泡田定額，單位為mm;Ge為水稻全生育期間地下水的利用量，單位為mm。

2.2?灌區(qū)毛灌溉用水總量測定方法

灌溉用水總量Wa是指灌區(qū)全年從水源地引入（取用）用于農(nóng)田灌溉的總水量，其等于從水源地取水總量扣除由于工程保護、防洪除險等需要的渠道（管路）棄水量。農(nóng)田灌溉輸水與城市、工業(yè)或農(nóng)村生活供水使用同一渠道或管路時，扣除相應(yīng)的城市、工業(yè)或農(nóng)村生活供水量[10]。年毛灌溉用水總量是根據(jù)灌區(qū)從水源地實際取水測量值統(tǒng)計取得，而非其他（如計收水費等）目的收費計算的水量數(shù)值。

測區(qū)存在大量的塘堰壩，這些塘堰壩與骨干灌溉水源聯(lián)合對灌區(qū)進行灌溉供水。塘堰壩的蓄水一部分來自攔蓄當(dāng)?shù)亟涤戤a(chǎn)生的地表徑流，同時還有一部分來自渠道的補水。因此，在統(tǒng)計灌區(qū)毛灌溉用水總量時，將塘堰壩攔蓄降雨徑流增加的供水量或其他水源灌溉供水量加進來。塘堰壩或其他供水水源灌溉供水量按以下要求測算：①對有實際塘堰壩或其他供水水源灌溉供水量統(tǒng)計資料，以統(tǒng)計資料為準(zhǔn)，供水量中不包括灌區(qū)渠系引水入塘堰壩的水量。②對統(tǒng)計資料缺乏的典型灌區(qū)，灌溉用水代表年塘堰壩或其他供水水源灌溉供水情況進行調(diào)查，并依據(jù)調(diào)查結(jié)果進行估算[11]。

3?農(nóng)水系數(shù)測算結(jié)果與分析

3.1?田間凈灌溉定額測定

在測區(qū)分別選定9塊樣點田塊開展田間凈灌溉用水量實測工作。其中，涇縣主要田間實測作物為中稻，4月底播種，9月下旬收割;宣州主要田間實測作物為雙季稻，雙季早稻4月底插秧，7月下旬收割，雙季晚稻7月下旬插秧，10月中旬至10月下旬收割。2019年典型樣點田塊田間實測過程具體如表1所示。

由表1可知，涇縣和宣州典型樣點田塊具體田間實測灌水過程，可得典型樣點田塊2019年度凈灌溉定額，具體如下：①涇縣上、中、下游全部樣點田塊中稻平均凈灌溉定額為525.1?mm;②加上水稻育秧折算345.0?mm/hm2，宣州上、中、下游全部樣點田塊雙季早稻平均凈灌溉定額為5?506.5?mm/hm2;③加上水稻育秧折算345.0?mm/hm2，宣州片上、中、下游全部樣點田塊雙季晚稻平均凈灌溉定額為7?501.5?mm/hm2。

對于播種面積少于灌區(qū)總播種面積10%的大宗灌溉作物，則采用觀測分析法來確定凈灌溉定額，由式（4）和式（5）求取。采用觀測分析法的主要是宣州片區(qū)的中稻，具體計算凈灌溉定額為465.5?mm。此外，根據(jù)實地調(diào)查，灌區(qū)內(nèi)旱作物2019年沒有進行取水灌溉，凈灌溉定額為0?mm。

3.2?毛灌溉用水量確定

青弋江灌區(qū)供水體系較為復(fù)雜，從渠首總干渠溪口閘取水，至紀村電站發(fā)電后尾水進入蕪湖，在此期間涇縣居民生活用水從總干渠取水，南瓜山電站發(fā)電要消耗總干部分取水量;此外，在黃村閘處有流域面積約1?338?km2的徽水河水系匯入總干渠，而黃村閘可泄洪至灌區(qū)范圍之外。據(jù)統(tǒng)計，宣城在2019年灌溉期間從渠首溪口閘取水14.81億m3，徽水河匯入降雨徑流3.75億m3，黃村閘泄洪2.59億m3，南瓜上電站發(fā)電用水0.66億m3，涇縣居民生活取水0.16億m3，紀村電站發(fā)電用水13.30億m3，則可計算宣城內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉渠首水量為1.85億m3。據(jù)水利普查數(shù)據(jù)，測區(qū)有塘壩及小水庫蓄水容量2?605.7萬m3，根據(jù)灌區(qū)內(nèi)典型塘壩2019年取用水記錄，灌區(qū)范圍內(nèi)塘壩及小水庫平均復(fù)蓄次數(shù)約為0.42，則可得測區(qū)塘壩及小水庫供水總量為0.11億m3。綜上可知，測區(qū)2019年毛灌溉用水量為1.96億m3。

3.3?測區(qū)2019年農(nóng)水系數(shù)測算結(jié)果

采用首尾測算法對測區(qū)農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)進行測算，具體計算結(jié)果見表2。

3.4?測算過程與結(jié)果合理性分析

在青弋江灌區(qū)農(nóng)水系數(shù)測算過程中，采用直接量測法和觀測分析法相結(jié)合、微觀模型研究與宏觀分析評價相結(jié)合的方法。對采用直接量測法測定凈灌溉定額的作物，運用觀測分析法測算了相應(yīng)作物凈灌溉定額，并進行對比分析，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，測區(qū)基于直接量測法測定的作物凈灌溉定額與基于觀測分析法測算的作物凈灌溉定額相差29.70～35.33?mm，換算百分比為6.0%～8.7%。由此可見，基于直接量測法的作物實測凈灌溉定額具有較強的可信度，實測結(jié)果合理。

4?結(jié)語

（1）青弋江灌區(qū)在宣城涇縣和宣州選定典型樣點田塊開展田間凈灌溉定額實測工作，測定了青弋江灌區(qū)內(nèi)主要作物的凈灌溉定額;根據(jù)灌區(qū)降雨和氣象數(shù)據(jù)，采用觀測分析法計算出作物凈灌溉定額，并與實測的作物凈灌溉定額進行對比，確定了灌區(qū)作物凈灌溉定額。

（2）青弋江灌區(qū)是一個集生活供水、農(nóng)業(yè)灌溉和水力發(fā)電等多功能的自流引水大型灌區(qū)，且在總干黃村閘處有區(qū)間匯流和泄洪閘，農(nóng)業(yè)灌溉渠首水量需扣除區(qū)間匯流、泄洪水量、生活供水和水力發(fā)電耗水等才能確定，由于影響因素眾多且難于精確測定，導(dǎo)致青弋江灌區(qū)宣城片農(nóng)業(yè)灌溉渠首水量測定會存在一定偏差。

（3）在科學(xué)、合理確定青弋江灌區(qū)測區(qū)各作物凈灌溉定額和毛灌溉用水總量的基礎(chǔ)上，采用首尾法測算了青弋江灌區(qū)宣城片2019年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)，并與2018年測算結(jié)果進行了對比，闡述了灌區(qū)系數(shù)變化的原因，進行了測算合理性分析。該測算成果可為青弋江灌區(qū)農(nóng)田灌溉管理和節(jié)水調(diào)水方案制定提供理論依據(jù)。

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