灌溉水有效利用系數(shù)的2種測算方法研究分析——以合浦水庫灌區(qū)為例

謝頌磊

(北海市灌溉試驗(yàn)中心站，廣西北海 536000)

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灌溉水有效利用系數(shù)的2種測算方法研究分析
——以合浦水庫灌區(qū)為例

謝頌磊

(北海市灌溉試驗(yàn)中心站，廣西北海 536000)

摘要運(yùn)用典型渠段測量和首尾測算分析2種方法對(duì)2014年合浦水庫灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。通過對(duì)計(jì)算過程和結(jié)果的對(duì)比分析，認(rèn)為首尾測算分析法計(jì)算過程相對(duì)簡單，且計(jì)算結(jié)果合理可信，可為以后灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)的測算提供一定參考。

關(guān)鍵詞合浦水庫灌區(qū)；灌溉水有效利用系數(shù)；典型渠段測量法；首尾測算分析法

灌溉水利用系數(shù)是衡量農(nóng)業(yè)節(jié)水效果的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)任何一種節(jié)水技術(shù)措施進(jìn)行分析、比較和評(píng)價(jià)時(shí)都不能離開灌溉水利用系數(shù)[1-2]。目前常用的灌溉水有效利用系數(shù)測算方法有2種：一種是傳統(tǒng)方法典型渠段測量法，即用各級(jí)渠道水利用系數(shù)和田間水利用系數(shù)的乘積來表示，能夠反映各級(jí)渠道輸水利用率狀況；另一種是首尾測算分析方法，即田間實(shí)際凈灌溉用水總量與灌區(qū)渠首引入的毛灌溉用水量之比，測定方法簡單。筆者采用上述2種方法，分別測算2014年合浦灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)并進(jìn)行比較分析研究，為灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)的測算及節(jié)水灌溉的發(fā)展提供重要參考。

1合浦水庫灌區(qū)概況

合浦水庫灌區(qū)為大型自流引水灌區(qū)，灌區(qū)地形以平原和丘陵為主，農(nóng)作物主要為水稻、花生、甘蔗等。合浦水庫灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積4.67萬hm2，有效灌溉面積3.23萬hm2，2014年實(shí)際灌溉面積2.65萬hm2。灌區(qū)灌溉水源以小江水庫、旺盛江水庫為龍頭，以石康水庫、清水江水庫為輔組成。灌區(qū)渠道總長1 071.0 km，骨干渠道總長701.1 km，現(xiàn)加固長度170.0 km。

2典型渠段測量法測算灌溉水有效利用系數(shù)

典型渠段測量法是通過測算典型渠道單位長度的輸水損失率計(jì)算渠道水利用系數(shù)，再與田間水利用系數(shù)相乘得出灌溉水利用系數(shù)[3]。

2.1典型渠道及測流渠段的選取在選取典型渠道時(shí)，要求從渠道流量、數(shù)量、渠床土質(zhì)、防滲類型等情況進(jìn)行綜合考慮，要求每級(jí)典型渠道的平均防滲率和完好率應(yīng)接近灌區(qū)該級(jí)渠道的防滲率和完好率。典型渠道選定后，其測流成果基本可以代表該灌區(qū)的現(xiàn)狀。根據(jù)典型渠道沿線的水文地質(zhì)條件，選擇有代表性的渠段(主要考慮防滲情況)，典型渠道的測流段選擇可根據(jù)實(shí)際水流平穩(wěn)情況選擇適宜長度，合浦水庫灌區(qū)典型渠道及測流段情況見表1。

表1　合浦水庫灌區(qū)典型渠道及測流段情況

2.2渠系水利用系數(shù)的計(jì)算

2.2.1損失水量的計(jì)算。用流速儀、量水堰觀測上、下游2個(gè)斷面相同時(shí)段的流量，并扣除下級(jí)渠道中途分水流量，其差值即為損失水量。測量時(shí)段內(nèi)的損失水量為：

W損失=W首-W尾-∑Wi±ΔW渠

(1)

式中，W首為測量時(shí)段內(nèi)典型渠道(渠段)首部測量斷面的流量(m3/s)；W尾為測量時(shí)段內(nèi)典型渠道(渠段)尾部測量斷面的流量(m3/s)；∑Wi為測量時(shí)段內(nèi)正常運(yùn)行的下級(jí)渠道測量斷面的分水流量之和(m3/s)；ΔW渠為測量始末典型渠道(渠段)蓄水量的變化，此次測量值為瞬間流量，故取值為0。

2.2.2渠道水利用系數(shù)的計(jì)算。首先計(jì)算測流段的輸水損失率δ渠段，計(jì)算公式如下，

δ渠段=W損失/W首

(2)

其次計(jì)算測流渠段單位長度的輸水損失率δ單渠段。實(shí)際中渠道不論是續(xù)灌方式還是輪灌方式運(yùn)行，都是在分水情況下運(yùn)行，流量自渠首至渠尾逐漸減小，單位長度的損失水量也相應(yīng)減小，故由δ渠段計(jì)算測流段單位長度輸水損失率δ單渠段時(shí)，必須進(jìn)行修正換算。測流渠段選定后，影響渠系水利用系數(shù)主要是流量變化情況、沿程分水情況及測流段在渠道的位置情況3個(gè)因素，因此，引入k1、k2、k33個(gè)修正系數(shù)。測流渠段單位長度的輸水損失率δ單渠段可由式(3)來計(jì)算：

δ單渠段=[k2+k3(k1-1)(1-k2)]δ渠段/L渠段

(3)

由δ單渠段可計(jì)算第j條典型渠道的輸水損失率γj，具體計(jì)算見公式(4)：

γj=δ單渠段×L渠道

(4)

式中，L渠道為該級(jí)渠道的平均長度，即該級(jí)渠道的總長度除以總條數(shù)。

因此，第j條典型渠道的渠道水利用系數(shù)ηj為：

ηj=1-γj

(5)

合浦水庫灌區(qū)各典型渠道的ηj計(jì)算過程中的參數(shù)及結(jié)果如表2所示。

表2　典型渠道各參數(shù)及渠道水利用系數(shù)結(jié)果

2.3同級(jí)典型渠道的渠道水利用系數(shù)計(jì)算同一級(jí)典型渠道往往有多條，各條典型渠道測算出的渠道水利用系數(shù)各不相同，故需要根據(jù)典型渠道的布置形式對(duì)各典型渠道的ηj進(jìn)行修正。同級(jí)渠道的渠道水利用系數(shù)η渠道為：

η渠道=Σ(dj×ηj) (j=1，2，……，m)

(6)

式中,dj為第j條渠道毛流量占該級(jí)典型渠道總毛流量的比例；合浦水庫灌區(qū)各級(jí)典型渠道的η渠道結(jié)果如表3所示。

表3合浦水庫灌區(qū)各級(jí)典型渠道η渠道結(jié)果

Table3TheηCanalresultsoftypicalcanalinHepureservoirirrigationarea

渠道類型Canaltype渠道名稱Canalnameηjdjηj×djη渠道ηCanal干渠總干渠0.720.6460.4680.733Main北海干渠0.710.1900.135canal南康西干渠0.820.1140.093南康分干渠0.750.0490.037支渠南康西干火甲支渠0.670.4550.3050.671Branch清水江北干周江支渠0.640.2730.173canal北海干渠旱沖支渠0.710.2730.193

2.4典型渠道測量法計(jì)算灌溉水利用系數(shù)灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)η水等于各級(jí)渠道水利用系數(shù)η渠道與田間水利用系數(shù)η田間的乘積，合浦灌區(qū)田間水利用系數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)值0.93，則：

η水=η干渠×η支渠×η田間=0.733×0.671×0.93=0.458

因此，通過典型渠道測量法測算得出的2014年合浦灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)結(jié)果為0.458。

3首尾測算法測算灌溉水有效利用系數(shù)

首尾測算法是指直接測試統(tǒng)計(jì)灌區(qū)從水源引入(取用)的毛灌溉用水總量，通過樣點(diǎn)田塊測算得到田間實(shí)際凈灌溉用水總量，田間實(shí)際凈灌溉用水總量與毛灌溉用水總量的比值即為灌溉水有效利用系數(shù)。

3.1樣點(diǎn)田塊凈灌溉用水量計(jì)算首尾測算法的關(guān)鍵是選擇樣點(diǎn)田塊和量算末級(jí)渠道進(jìn)出水口流量。通過量算末級(jí)渠道進(jìn)出水口流量，得出樣點(diǎn)田塊凈灌溉用水量。在合浦灌區(qū)上中下游分別選取一個(gè)樣點(diǎn)田塊：樣點(diǎn)田塊1位于合浦縣石康鎮(zhèn)夏佳塘村，作物為花生，實(shí)灌面積3.80 hm2；樣點(diǎn)田塊2位于鐵山港區(qū)南康鎮(zhèn)火甲村，作物為水稻，實(shí)灌面積3.93 hm2；樣點(diǎn)田塊3位于海城區(qū)高德辦西江農(nóng)場，作物為甘蔗，實(shí)灌面積5.53 hm2。

樣點(diǎn)田塊末級(jí)渠道進(jìn)水口、出水口均采用簡易量水檻量水，橫斷面為矩形，檻寬度為0.3 m，量水檻縱剖面見圖1。過檻流量計(jì)算公式如式(7)所示。

圖1　簡易量水檻縱剖面圖Fig.1　Longitudinal section of simple water threshold

簡易量水檻過檻流量計(jì)算的影響因素很多，是一個(gè)不確定值。從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，通過模型試驗(yàn)將流量計(jì)算簡化為冪指數(shù)形式的經(jīng)驗(yàn)公式：

(7)

式中，Q為過檻流量(m3/s)；h1為檻頂上游水深(m)；C為系數(shù)；n為冪指數(shù)。

經(jīng)驗(yàn)公式中系數(shù)和冪指數(shù)，反映了渠道不同寬度和檻高的影響。根據(jù)合浦水庫灌區(qū)末級(jí)渠道量水檻斷面尺寸和形式，選擇簡易量水檻A型，系數(shù)C為0.653，冪指數(shù)n=1.581[4]。樣點(diǎn)田塊凈灌溉用水量計(jì)算公式如下所示：

W凈i=W進(jìn)口i-W出口i=(Q進(jìn)口i-Q出口i)×Ti

(8)

式中，W凈i為第i個(gè)樣點(diǎn)田塊凈灌溉用水量(m3)；W進(jìn)口i為第i個(gè)樣點(diǎn)田塊末級(jí)渠道進(jìn)水口灌溉用水量(m3)；W出口i為第i個(gè)樣點(diǎn)田塊末級(jí)渠道出水口灌溉用水量(m3)；Q進(jìn)口i為第i個(gè)樣點(diǎn)田塊末級(jí)渠道進(jìn)水口測定的流量(m3/s)；Q出口i為第i個(gè)樣點(diǎn)田塊末級(jí)渠道出水口測定的流量(m3/s)；Ti為第i個(gè)樣點(diǎn)田塊灌溉時(shí)段(s)。

2014年量水檻過檻流量觀測時(shí)段為4～11月，通過公式(7)、(8)計(jì)算得出樣點(diǎn)田塊末級(jí)渠道進(jìn)出水口灌溉用水量及凈灌溉用水量，結(jié)果見表4。

表4　樣點(diǎn)田塊末級(jí)渠道進(jìn)出水口灌溉用水量及凈灌溉用水量

3.2作物單位面積平均凈灌溉用水量作物單位面積平均凈灌溉用水量(凈灌溉定額)計(jì)算見公式(9)：

(9)

式中，M凈i為灌區(qū)第i種作物單位面積平均凈灌溉用水量，即凈灌溉定額(m3/hm2)；W凈i為第i個(gè)樣點(diǎn)田塊的凈灌溉用水量(m3)；Ai為第i個(gè)樣點(diǎn)田塊第i種作物的面積(hm2)。

根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)和公式(9)計(jì)算得出，合浦灌區(qū)花生、水稻、甘蔗凈灌溉定額分別為：12.87、25.73、19.07m3/hm2。灌區(qū)種植的蔬菜等其他作物未設(shè)樣點(diǎn)田塊，根據(jù)廣西壯族自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)林牧漁業(yè)及農(nóng)村居民生活用水定額》(DB45/T804-2012)確定凈灌溉定額分別為蔬菜18.33m3/hm2、其他作物5.33m3/hm2。

3.3灌區(qū)凈灌溉用水量通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)得出，2014年合浦灌區(qū)的實(shí)際灌溉面積和作物組成為：實(shí)際灌溉面積為2.65萬hm2，其中水稻1.98萬hm2，甘蔗0.41萬hm2，花生0.17萬hm2，蔬菜0.05萬hm2，其他0.03萬hm2。根據(jù)公式(10)計(jì)算灌區(qū)凈灌溉用水量。

(10)

式中，W凈為灌區(qū)的凈灌溉用水量(m3)；N為灌區(qū)作物種類總數(shù)；i為第i種作物。根據(jù)公式(10)計(jì)算得出，2014年合浦水庫灌區(qū)凈灌溉用水總量為14 295萬m3。

3.4灌區(qū)毛灌溉用水總量灌區(qū)毛灌溉用水總量為灌區(qū)各水源渠首毛灌溉用水量加和。渠首毛灌溉用水量采用水庫放水量記錄統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，時(shí)段為4～11月，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，小江水庫、旺盛江水庫渠首毛灌溉用水量為28 585萬m3，清水江水庫渠首毛灌溉用水量為3 612萬m3，合計(jì)32 197萬m3，即2014年合浦水庫灌區(qū)毛灌溉用水總量為32 197萬m3。

3.5首尾測算法灌溉水利用系數(shù)的計(jì)算灌溉水有效利用系數(shù)的計(jì)算如下：

η水=W凈÷W毛=14 295(萬m3)÷32 197(萬m3)

=0.444

現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁地?fù)Q向[9]。該系統(tǒng)并聯(lián)油路的多位換向控制閥時(shí)，可控制執(zhí)行元件單動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)。

5結(jié)論

研究表明，液壓式紅棗采摘機(jī)相對(duì)其他大型采摘機(jī)具有操作靈活多變、采摘具有選擇性、對(duì)棗樹木本損傷小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。液壓式紅棗采摘機(jī)的應(yīng)用可以充分利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行采摘，使原本低效率的采收有了一定的提高，并且降低了采摘的人工成本，在采摘速度上比人工采摘有了顯著的提高。

該設(shè)計(jì)采用小型拖拉機(jī)為源動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡單不復(fù)雜，理論上達(dá)到了采摘要求及其他相應(yīng)工作條件，有一定的利用價(jià)值。

但同時(shí)，該項(xiàng)目可能出現(xiàn)以下問題：首先，由于紅棗采摘機(jī)的伸縮性能不能確定，所以適用范圍有一定的局限性。其次，采摘過程中振動(dòng)器振動(dòng)可能造成采摘器的轉(zhuǎn)動(dòng)而傷及操作者，所以增加了支架，一方面起到固定作用，另一方面，避免傷及操作者。對(duì)于項(xiàng)目可能出現(xiàn)的問題，需要在未來的工作中進(jìn)一步探討和研究。

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Analysis of the Two Calculation Methods of the Effective Utilization Coefficient of Irrigation Water

——Taking Hepu Reservoir Irrigation Area as an Example

XIE Song-lei(Irrigation Experiment Center Station of Beihai City, Beihai, Guangxi 536000)

AbstractBoth typical canal section measurement method and head-end measurement method were used to calculate the effective utilization coefficient of irrigation water in Hepu reservoir irrigation area in 2014. By comparing the calculation process and results, we found that the head-end measurement method was relatively simple. And its calculation results were reasonable and credible, which provided certain references for the calculation of effective utilization coefficient of irrigation water in Hepu reservoir irrigation area.

Key wordsHepu reservoir irrigation area; Effective utilization coefficient of irrigation water; Typical canal section measurement; Head-end measurement method

收稿日期2015-12-10

作者簡介謝頌磊(1985- )，男，山東菏澤人，助理工程師，碩士，從事農(nóng)田水利建設(shè)與管理工作。

中圖分類號(hào)S 277

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)02-310-03