灌溉水有效利用系數(shù)測算分析中泡田入滲水量測量方法探討

路加明

一、概述

灌溉水利用系數(shù)是綜合反映灌區(qū)工程狀況、用水管理水平、灌溉技術(shù)水平的一個重要指標，也是作為水利改革發(fā)展的一個重要量化指標。是水利現(xiàn)代化考核指標體系中的重要組成部分。

目前江蘇省宿遷市灌溉水利用系數(shù)測算樣點灌區(qū)采用直接量測法，根據(jù)灌區(qū)的規(guī)模大小采用不同的方法，對于大型樣點灌區(qū)，支渠及以上的渠系采用渠系水利用系數(shù)法，支渠以下的采用首尾測算法；對于重點中型樣點灌區(qū)，分析骨干渠系構(gòu)成情況，大型樣點灌區(qū)的直接量測方法進行；對于一般中型樣點灌區(qū)，支渠以上渠系采用渠系水利用系數(shù)法，支渠及以下采用首尾測算法；對于小型樣點灌區(qū)，干渠就相當于大型灌區(qū)的支渠，因此有條件的灌區(qū)可以采用對干渠采用渠系水利用系數(shù)法，干渠以下采用首尾測算法。

二、測算分析原理

1.原理

灌溉水利用系數(shù)是指在一次灌水期間被農(nóng)作物利用的凈水量與水源渠首處總引進水量的比值。它是衡量灌區(qū)從水源引水到田間作用吸收利用水的過程中水利用程度的一個重要指標，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的一項綜合指標，是評價農(nóng)業(yè)水資源利用，指導節(jié)水灌溉和大中型灌區(qū)續(xù)建配套及節(jié)水改造健康發(fā)展的重要參考。

灌區(qū)灌溉用水除一部分被農(nóng)作物吸收利用外，其余部分在輸水、配水和灌水過程中損失掉。主要有：（1）滲水損失，包括各級輸水渠道通過渠底、邊坡土壤空隙滲漏的水量，以及田間深層滲漏的水量；（2）漏水損失，含由于地質(zhì)條件、生物作用或施工不良而導致裂縫所漏出灌區(qū)的水量；（3）蒸發(fā)損失。據(jù)河南省人民勝利渠的試驗資料，三者分別占總輸水損失的81%、17%、2%。

2.具體方法

（1）首尾測定法

首尾測定法指不必測定灌溉水、配水和灌水過程中的損失，而直接測定灌區(qū)渠首引進的水量和最終儲存到作物計劃濕潤層的水量（即凈灌水定額），從而求得灌溉水利用系數(shù)。這樣，可繞開測定渠系水利用系數(shù)這個難點，減少了許多測定工作量。

首尾測定法是建立在灌區(qū)進行灌溉試驗的基礎(chǔ)上，因此也可稱灌溉試驗法或凈灌水定額法。該方法克服了傳統(tǒng)測定方法工作量大等缺點，適用于各種布置形式的渠系，但只是單純?yōu)榱舜_定灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù),不能分別反映渠系輸水損失和田間水利用的情況。如在任何一級渠道上防滲，降低渠道透水性，提高渠道水利用系數(shù)，都會收到同樣的效果。

（2）典型渠段測量法

典型渠段測量法，首先選擇具有代表性的典型渠道及測流斷面，測流段應(yīng)基本具有穩(wěn)定規(guī)則的斷面；其次選擇測量方法，測定時盡量采用流速儀表、量水建筑物測流，采用其他方法時，要用流速儀來率定。

（3）綜合測定法

綜合測定法就是將首尾測定法、典型渠道測量法及對灌溉水利用系數(shù)的修正等綜合考慮的一種方法，它克服了傳統(tǒng)測量方法中工作量大，需要大量人力、物力才能完成的缺點，又彌補了只測量典型渠段而引起較大誤差的不足，本文主要討論首尾測定法。

三、測算方法

1.灌區(qū)毛灌水總量的確定

首尾測算法是從定義出發(fā)，抓住“首”“尾”兩個關(guān)鍵點?！笆住奔辞椎囊偭浚喾Q毛灌溉用水總量；“尾”即流入農(nóng)田內(nèi)被作物吸收利用的水量，亦稱凈灌溉用水總量。通過計算凈灌溉用水總量占毛灌溉用水總量的比值，從而得出農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)。計算公式如下：

式中：

ηw—灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(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。

2.灌區(qū)凈灌溉用水總量的確定

凈灌溉用水量采用水位變化法測定（水田）即:

hi=he-hs

式中：hi—灌水深度，m；

he—灌水結(jié)束后田面水深，m；

hs—灌水開始時的田面水深，m。

具體測定方法如下：

（1）灌水前有水層田塊的測定方法

在每個田塊適當?shù)臏y量位置，灌水前打入木樁（或水尺,下同），其上端與起始水位相平，灌水結(jié)束20min后，以此木樁上端作為起點，測定水深H1，忽略灌水過程中的入滲水量，該水深即為灌水深度。為便于尋找木樁位置，在木樁附近插入樹枝、旗幟作為標識。

（2）灌水前無水層田塊的測定方法

在每個田塊的適當位置，灌水前打入木樁，其上端與地面相平。灌水結(jié)束20min后，以此木樁上端作為起點，測定水深，該水深即為不考慮入滲損失的灌水深度H1。

灌水前另外固定某點，采用無底的鐵筒或者塑料筒（上下直徑必須相同），埋于地面以下20cm以上，以防止側(cè)滲（筒壁與土壤緊密結(jié)合）。灌水前桶內(nèi)須預鋪設(shè)塑料布等起到防沖作用，灌水前還需在桶內(nèi)預先打入木樁，其上端水平，高出地面H（H一般可取大田設(shè)計灌水深度）。迅速加水與木樁頂端齊平，灌水結(jié)束20min后，以此木樁上端作為標準，測定筒內(nèi)水位，此水位與木樁頂端的差值即為灌水過程中的入滲水量H2。此次灌溉的實際灌水深度 H=H1+H2。

（3）每個灌區(qū)綜合凈水深的測定方法

由于灌區(qū)田塊分布分散，各田塊灌水不同步，且不能每個田塊都監(jiān)測水深。因此，根據(jù)灌溉習慣及田塊的分布情況，將整個灌區(qū)劃分為若干部分，作為代表田塊。在每次灌水時，監(jiān)測每個代表性田塊灌溉范圍和田間水深，凈灌溉水量即為各個灌溉面積與田間水深的乘積之和。計算公式如下：

式中：Ai—田塊灌溉面積，m2；

hi—田塊凈水深，m；

n—田塊數(shù)。

四、測算方式改進

根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料分析，宿遷地區(qū)水田泡田期大約2～4d，在水稻生長期的4%左右，泡田水量占水稻生長期總水量的30%～40%，提高泡田水量監(jiān)測精度對整個測算分析成果的精度起到一定作用。

1.原測算方法分析

原泡田入滲水量測算方法存在以下幾個方面問題：（1）Φ200鍍鋅鐵皮無底筒如何埋于地下不擾動原土；（2）埋于地下不少于20cm太淺，絕大部分土壤入滲深度不止20cm；（3）筒內(nèi)打入木樁的做法嚴重擾動原土，Φ200的圓筒內(nèi)打入40mm×60mm的木樁對土壤產(chǎn)生較大的擠密作用，減少入滲水量；（4）灌后20min，測量筒內(nèi)下降的水層深度，得到入滲水量，20min入滲時間太短，農(nóng)民泡田一般24h左右。

2.泡田入滲水量測量改進

（1）工具制作：采用Φ200長度1200mm的鍍鋅鋼管，鋼管下口制作成內(nèi)直外坡的刀口，距離上口350mm處對稱焊一對把手，再制作一只內(nèi)徑略大于前述鍍鋅鋼管外徑的深度為150mm、厚度不小于100mm的鋼帽，并焊一對把手，便于套上、取下，另制作Φ10長度為1000mm的鋼釬一根。

（2）購買2m鋼卷尺一把或者1m的直尺一把，內(nèi)徑大于250mm長度大于800mm的塑料袋若干只，12磅大錘一把，容積10L的水壺一只。

（3）將Φ200mm長度1200mm的鍍鋅鋼管垂直直立于地面（帶刀刃口一端向下），套上鋼帽，用大錘把鋼管打入土壤500～700mm（根據(jù)土壤特性決定，如沙土打入300mm即可），取下鋼帽，將塑料袋放入鋼管內(nèi)，口向上，袋口翻出鋼管上口，用水壺將清水緩慢注入鋼管中塑料袋內(nèi)，至不漫出為止（約距管口20～50mm），用尺子測量水面至管口深度Ha并記錄，再用鋼釬把塑料袋底捅破，緩慢上提塑料袋，讓塑料袋中水全部漏在鋼管內(nèi)，從捅破塑料袋底開始計時 10min、30min、1h、2h、6h、12h時段測量水面至管口深度Hb并記錄,這樣就測量到不同時長的泡田入滲水量H2=Hb-Ha，根據(jù)對不同土壤的大量實驗，一般2h后入滲水量增加很小，不超過2%,故取2h時測量的泡田入滲水量為計算用的泡田入滲水量H2。

五、結(jié)論建議

對于灌溉水有效利用系數(shù)測算分析中誤差的控制，測量過程中做到精確減少測算中的誤差