灌溉水有效利用系數的計算與評價

劉印良，孫雪峰

（河北省水利技術試驗推廣中心，河北 石家莊　050061）

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灌溉水有效利用系數的計算與評價

劉印良，孫雪峰

（河北省水利技術試驗推廣中心，河北 石家莊050061）

摘 要：分析評價了灌溉水有效利用系數的3種主要計算方法，明確了3種計算方法的先決條件，并結合最嚴格水資源管理制度的考核要求，分析了3種方法在實踐中的適用范圍，提出面積加權法適用于考核指標的計算、首尾法適用于實際測算和典型代表地塊的計算、傳統(tǒng)方法適用于精度較高的實驗研究，為把灌溉水有效利用系數的研究成果正確地應用于生產提供了技術依據。

關鍵詞：灌溉水有效利用系數；首尾法；面積加權法；最嚴格水資源管理制度；考核指標

1　灌溉水有效利用系數的概念和組成

1.1概念

灌溉水有效利用系數，在實行最嚴格水資源管理制度之前并不統(tǒng)一，有的叫水利用系數、有的叫灌溉水利用系數，但是概念的內涵是一樣的，即灌入田間可被作物利用的水量與灌溉系統(tǒng)取用的灌溉總水量的比值［1］。從空間上看，就是把可利用的水源供水量輸送到需要灌溉的作物種植區(qū)域；從時間上看，包括每次灌溉的灌溉水有效利用系數、整個生育期的灌溉水有效利用系數、整個年度的灌溉水有效利用系數。

1.2組成

農田灌溉水從水源地取水口取出到田間被作物吸收利用，需要經過2個必然的過程：①經過渠道、管道等輸水工程輸送到田間；②田間的作物利用灌溉水進行生產。其對應的就有輸水過程中的水有效利用系數和進入田間的水有效利用系數。

輸水過程中水有效利用系數包括干渠、支渠、斗渠等水有效利用系數，田間水利用系數包括計劃濕潤層、土壤含水量、均勻度、漏失率、水的有效利用系數等。

2　灌溉水有效利用系數的計算方法

2.1傳統(tǒng)方法

灌溉水有效利用系數原本是一個技術層面的概念，用于學術交流和試驗研究，研究內容是測定特定條件下灌溉（1次）的水有效利用系數。其特定的條件是：①特定的地塊；②明確的水源；③具體的作物；④灌水方式；⑤土壤條件。計算方法是按照水流的方向分段計算，包括干渠、支渠、斗渠、農渠和田間水的有效利用系數，各系數相乘即得灌溉水有效利用系數。

其計算公式為：

式中：η為農田灌溉水有效利用系數；η干為干渠輸水有效利用系數；η支為支渠輸水有效利用系數；η斗為斗渠輸水有效利用系數；η農為農渠（機井）輸水有效利用系數；η田為田間水有效利用系數。

準確測定一次灌溉水利用系數是一個實踐性很強的工作，需要測定各不同輸水斷面始末穩(wěn)定的水量或流量，特別是田間作物灌溉水有效利用量的測定是一個復雜的過程，需要在特定條件下測量灌溉前后代表地塊的土壤含水量。測定土壤含水量的稱重法，既需要專業(yè)技術人員，又要求及時實測和數據準確。因此，實踐中不經常對灌溉水有效利用系數進行專門測定，而是借用灌溉制度和作物需水量試驗資料進行計算。

2.2首尾法

隨著形勢的發(fā)展，水資源管理越來越細，最嚴格水資源管理制度把行政區(qū)域的灌溉水有效利用系數納入考核范圍，因此灌溉水有效利用系數的測定變得很重要。但用傳統(tǒng)的方法無法完成沒有特定條件的區(qū)域灌溉水有效利用系數的測定工作。為了簡化，水利部灌排中心提出首尾法計算灌溉水有效利用系數，即計量區(qū)域內灌溉時所有需要測量的取水口的水量（即首值），再利用田間取土稱重法計算能夠被作物利用的水量（即尾值），尾值比首值就是準確的灌溉水有效利用系數，如果有多個首值和尾值，分別相加后再計算。

當然首尾法的尾值與首值也不是對每個取水口和田間進行測量的精確值，而是選定區(qū)域內不同規(guī)模的各類灌溉形式作為代表性地塊（樣點），有條件地進行實際測量，沒有條件的用需水量資料或定額［2］進行估算或者統(tǒng)計，計算出不同規(guī)模的平均灌溉水有效利用系數；再用統(tǒng)計或者推算的區(qū)域內不同灌溉規(guī)模的毛用水量即首值與對應的平均灌溉水有效利用系數計算整個區(qū)域的灌溉水有效利用系數。目前，國家考核各省的農田灌溉水有效利用系數就是首尾法。

其計算公式為：

式中：η為農田灌溉水有效利用系數；m為區(qū)域內灌溉地塊所有被作物利用水量之和（m3）；W為區(qū)域內所有灌溉取水口水量之和（m3）；i，j為按一定的標準對灌溉的分類，按水源類型分i個地上水和j個地下水灌區(qū)。

2.3面積加權法

河北省作為實行最嚴格水資源管理制度的試點省份，先行先試。在利用首尾法對農田灌溉水有效利用系數計算和分解過程中，由于河北省“樣點”少、灌溉計量設施不足，導致利用首尾法的數據難以取得，無法滿足考核數據易得到、易考核的要求。為了更好地實施最嚴格水資源管理制度，結合實際，探索了一種用各種灌溉面積及相應的規(guī)范中最低的水有效利用系數加權平均的方法，經過應用，效果良好。

該方法以《大型灌區(qū)技術改造規(guī)程》［3］和《節(jié)水灌溉技術規(guī)范》［4］中各種節(jié)水灌溉方式的水有效利用系數為標準，以《河北水利統(tǒng)計年鑒》［5］總的各類灌溉面積為權重，加權計算區(qū)域的灌溉水有效利用系數。數據可得性強，計算方法簡單。

其計算公式為：

式中：η為農田灌溉水利用系數；m為區(qū)域內分水源分節(jié)水灌溉形式的灌溉面積（萬畝）；i，j為按一定標準對灌溉的分類，可以是按水源類型分i個地上水和j個地下水灌區(qū)，也可以是按節(jié)水程度分為i個節(jié)水灌溉和j個非節(jié)水灌溉灌區(qū)。

《計算區(qū)域農田灌溉水有效利用系數的新方法》［6］中，利用2005、2010年的《河北省水利統(tǒng)計年鑒》［5］的數據計算了全省及各市區(qū)域農田灌溉水有效利用系數，結果見表1。

表1　利用加權法計算的區(qū)域農田灌溉水利用系數［6］

2013年河北省最嚴格水資源管理制度考核用面積加權法計算灌溉水有效利用系數，避免了在實行最嚴格水資源管理制度工作中最難的計量問題。

3　灌溉水有效利用系數計算方法的評價

通過實踐應用，目前的3種計算方法并不矛盾，而是從不同的角度、層次、范圍來反映灌溉水的利用效率情況。

3.1傳統(tǒng)方法

傳統(tǒng)方法是計算區(qū)域灌溉水有效利用系數的基礎，最能準確反映測定特定條件下灌溉水有效利用系數?？臻g上反映的是一個樣點的真實情況，代表的層次是實驗研究，在時間上可以是一次或多次觀測，一般是通過設立固定觀測點來完成的，但是需要耗費大量的人力物力。

3.2首尾法

首尾法是以傳統(tǒng)方法為基礎，建立大量的不同灌溉規(guī)模的樣點灌區(qū)，取得樣點當年實際或者測算的水有效利用系數，再求出不同灌溉規(guī)模灌區(qū)的平均水有效利用系數，再以不同規(guī)模灌區(qū)的毛灌溉水量為權重計算全區(qū)域的平均灌溉水利用系數?？臻g上反映的是點面結合的區(qū)域灌溉水有效利用系數，是一個平均值，代表的是當年灌溉用水管理水平。時間上是以年為周期，這個方法計算的灌溉水有效利用系數受降雨年份的影響比較大，因為降雨量直接影響著灌溉量，即影響著不同規(guī)模灌區(qū)的毛灌溉水量（權重），所以用首尾法計算的灌溉水有效利用系數是波動的，年際間沒有可比性。在具備長期資料和降雨年份修正系數時才有可比性。

3.3面積加權法

面積加權法是以區(qū)域內各類灌溉形式的面積為權重，以國家規(guī)范中規(guī)定的相應灌溉水有效利用系數（下限值，亦是傳統(tǒng)法測得，但有權威性）為基礎，加權平均得到全區(qū)域的灌溉水有效利用系數?？臻g反映的是區(qū)域內灌溉面積已經具有的用水水平（累計），代表的是區(qū)域內節(jié)水能力和灌溉水的利用能力。利用面積加權法計算的灌溉水有效利用系數不受降雨年份的影響，與節(jié)水灌溉面積的發(fā)展程度緊密結合，可以隨著高級別節(jié)水技術灌溉面積的增加而增加，適合于作為考核指標。

綜上所述，面積加權法計算的灌溉水有效利用系數是反映區(qū)域內灌溉水有效利用能力的指標，也是灌溉節(jié)水能力的一種體現(xiàn)，屬于發(fā)展型指標。首尾法計算的灌溉水有效利用系數屬于管理型指標，反映當年灌溉管理的實際水平，高于面積加權法的值時說明管理水平高，反之則說明管理水平低于規(guī)范要求，需要改進。兩者結合使用，可以全面地反映一個區(qū)域節(jié)水灌溉工程建設的發(fā)展程度和灌溉管理的實際水平，能夠滿足最嚴格水資源管理制度的考核需要。

參考文獻

［1］水利部.全國灌溉用水有效利用系數測算分析技術指南［R］.北京：水利部，2009.

［2］DB13/T1161-2009，河北省用水定額［S］.

［3］SL418-2008，大型灌區(qū)技術改造規(guī)程［S］.

［4］GB/T 50363-2006，節(jié)水灌溉技術規(guī)范［S］.

［5］河北省水利廳.河北水利統(tǒng)計年鑒［Z］.石家莊：河北省水利廳，2005-2010.

［6］孫雪峰，楊志娟.計算區(qū)域農田灌溉水有效利用系數的新方法［J］.水科學與工程技術，2012（S）：109-110.

中圖分類號：TV93；S274.4

文獻標識碼：A

文章編號：1004-7328（2016）01-0042-03

DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2016.01.015

收稿日期：2015—11—12

作者簡介：劉印良（1963—），男，教授級高級工程師，主要從事節(jié)水灌溉管理工作。