首尾測算法在灌溉水利用系數(shù)測算中的應(yīng)用

黃夢(mèng)婷，李建國

(安徽省(水利部淮河水利委員會(huì))水利科學(xué)研究院，安徽 合肥 230088)

灌溉水利用系數(shù)是指作物生長周期內(nèi)凈灌溉需水量與水源渠首處總灌溉引水量的比值，是衡量作物田間灌溉用水利用率的一個(gè)重要指標(biāo)，能直觀反映出灌溉工程實(shí)際運(yùn)行情況、灌溉技術(shù)水平及灌溉管理水平，對(duì)地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)有效利用具有重要意義。灌溉水利用系數(shù)測算為提高灌溉水利用效率、合理指定節(jié)水灌溉目標(biāo)提供依據(jù)。目前，灌溉水利用效率的計(jì)算主要采用首尾測算法，可減少測量過程中的不確定因素，準(zhǔn)確性較為可靠，該方法適用于基層灌溉管理單位運(yùn)用。

1 區(qū)域概況

鳳臺(tái)縣地處淮河中游沿岸，淮南市西部。鳳臺(tái)縣屬暖溫帶和亞熱帶的過渡氣候帶、半濕潤地區(qū)，距海洋近，季風(fēng)明顯，四季分明，氣候溫和，降水適中，日照充足，無霜期長。境內(nèi)過境河流有淮河、永幸河、茨淮新河、西淝河4條，主要種植作物以小麥、水稻、蔬菜為主。

至2017年底全縣現(xiàn)有大型灌區(qū)1個(gè)，為提水灌區(qū)，有效灌溉面積55.87萬畝；中型灌區(qū)2個(gè)，均為提水灌區(qū)，總有效灌溉面積10.2萬畝；100畝以上小型灌區(qū)1個(gè)，為自流引水灌區(qū)，有效灌溉面積0.4萬畝；灌區(qū)總有效灌溉面積66.47萬畝。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，鳳臺(tái)縣2017年農(nóng)田灌溉用水3.31億m3，經(jīng)調(diào)查計(jì)算全縣不同規(guī)模和水源類型灌區(qū)灌溉用水量詳見表1。

表1 全縣不同規(guī)模與類型灌區(qū)灌溉面積與灌溉用水情況

2 首尾測算法

2.1 技術(shù)路線

采用首尾測算法對(duì)典型樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)進(jìn)行測算，測算結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均算出整個(gè)縣區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)。其中對(duì)于典型樣點(diǎn)灌區(qū)選取，結(jié)合灌區(qū)規(guī)模、管理水平、供水量等多方面影響因素進(jìn)行綜合選取。

2.2 樣點(diǎn)灌區(qū)基本情況與代表性分析

大型灌區(qū)：根據(jù)水利部相關(guān)文件要求，所有大型灌區(qū)均作為樣點(diǎn)灌區(qū)進(jìn)行測算。中、小型樣點(diǎn)灌區(qū)的選取主要依據(jù)鳳臺(tái)縣具體地形、氣象等自然條件，結(jié)合該縣中、小型數(shù)量、灌區(qū)分布及引水方式等特征，來綜合確定中、小型的樣點(diǎn)數(shù)量。典型樣點(diǎn)灌區(qū)選取情況見表2。

表2 鳳臺(tái)縣不同規(guī)模灌區(qū)樣點(diǎn)選擇統(tǒng)計(jì)表

2.3 樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)測算及成果檢驗(yàn)

2.3.1樣點(diǎn)灌區(qū)測算分析方法

首尾測算分析法是指灌區(qū)水源地取用總水量即毛灌溉用水總量，灌溉用水總量及各種作物的實(shí)灌面積分析測算得到田間實(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利用系數(shù)：

(1)

式中，ηw—灌溉水利用系數(shù)；Wj—凈灌溉水總量，m3；Wa—毛灌溉用水總量，m3。

2.3.2毛灌溉用水量計(jì)算分析

毛灌溉用水總量Wa是指灌區(qū)全年用于農(nóng)田灌溉水源地取用總水量，其等于從水源地取水總量扣除由于工程保護(hù)、防洪除險(xiǎn)等需要的渠道(管路)棄水量。

2.3.3凈灌溉用水量計(jì)算分析

通過統(tǒng)計(jì)灌區(qū)年灌溉用水總量及各種作物的實(shí)灌面積，進(jìn)行計(jì)算分析、確定實(shí)際凈灌溉定額，以作物凈灌溉定額近似替代畝均凈灌溉用水量，通過下列公式計(jì)算灌區(qū)年度的灌溉水利用系數(shù)：

(2)

式中，Mi—灌區(qū)第i種作物凈灌溉用水量，mm；Ai—灌區(qū)第i種作物實(shí)灌溉面積，畝；N—灌區(qū)作物種類總數(shù)。

2.4 樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)測算

2.4.1大型提水灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)測算

鳳臺(tái)縣大型提水灌區(qū)為永幸河灌區(qū)，灌區(qū)主要灌溉作物為單晚稻及旱作物(主要為小麥、油菜)，水稻灌溉模式為常規(guī)充分灌溉，旱作物基本沒有灌溉習(xí)慣。灌區(qū)的灌溉系統(tǒng)除骨干渠系系統(tǒng)外，存在一定數(shù)量的塘壩系統(tǒng)輔助農(nóng)田灌溉。采用首尾測算分析法對(duì)鳳臺(tái)縣永幸河灌區(qū)2017年度灌溉水利用系數(shù)進(jìn)行測算分析，灌溉水利用系數(shù)計(jì)算詳見表3。

2.4.2中型提水灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)測算

鳳臺(tái)縣中型提水樣點(diǎn)灌區(qū)為新集灌區(qū)、岳張新集灌區(qū)。灌區(qū)主要灌溉作物為單晚稻及旱作物(主要為小麥、油菜)，水稻灌溉模式為常規(guī)充分灌溉，旱作物基本沒有灌溉習(xí)慣。采用首尾測算分析法對(duì)鳳臺(tái)縣各中型提水樣點(diǎn)灌區(qū)2017年度灌溉水利用系數(shù)進(jìn)行測算分析，灌溉水利用系數(shù)計(jì)算詳見表4。

表3 鳳臺(tái)縣大型提水灌區(qū)2017年灌溉水利用系數(shù)計(jì)算表

表4 鳳臺(tái)縣中型提水灌區(qū)2017年灌溉水利用系數(shù)計(jì)算表

表5 鳳臺(tái)縣小型自流引水灌區(qū)2017年灌溉水利用系數(shù)計(jì)算表

2.4.3小型自流灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)測算

鳳臺(tái)縣小型自流引水樣點(diǎn)灌區(qū)為龍毛灌區(qū)。灌區(qū)主要灌溉作物為單晚稻及旱作物(主要為小麥、油菜)，水稻灌溉模式為常規(guī)充分灌溉，旱作物基本沒有灌溉習(xí)慣。采用首尾測算分析法對(duì)鳳臺(tái)縣各小型自流樣點(diǎn)灌區(qū)2017年度灌溉水利用系數(shù)進(jìn)行測算分析，灌溉水利用系數(shù)計(jì)算詳見表5。

3 縣級(jí)灌溉水利用系數(shù)測算分析

由于條件限制鳳臺(tái)縣調(diào)查的典型灌區(qū)全部為一般中等工程狀況與管理水平，因此不同規(guī)模與水源類型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)平均值即為各類型灌區(qū)計(jì)算灌溉水利用系數(shù)的灌溉總供水量加權(quán)平均值。鳳臺(tái)縣不同規(guī)模與水源類型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)平均值見表6，進(jìn)一步計(jì)算大、中、小型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)見表7。

表6 鳳臺(tái)縣2017年不同規(guī)模灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)平均值

表7 鳳臺(tái)縣2017年不同規(guī)模灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)平均值

全縣灌溉水利用系數(shù)平均值是運(yùn)用加權(quán)平均值計(jì)算大、中、小型灌區(qū)灌溉用水量得出，計(jì)算公式如下：

(3)

式中，Wa大型、Wa中型、Wa小型—分別為大、中、小型灌區(qū)灌溉用水量，萬m3。

綜上測算分析，鳳臺(tái)縣2017年度大型灌區(qū)農(nóng)田灌溉用水有效利用系數(shù)為0.5596，中型灌區(qū)農(nóng)田灌溉用水有效利用系數(shù)為0.5698，小型灌區(qū)農(nóng)田灌溉用水有效利用系數(shù)為0.5708，2017年度全縣農(nóng)田灌溉用水有效利用系數(shù)為0.561。

4 結(jié)語

通過首尾測算法計(jì)算確定灌溉水利用系數(shù)，測算結(jié)果與該灌溉區(qū)域?qū)嶋H灌溉水利用情況基本相符，說明首尾測算法測算結(jié)果較為可靠，可作為今后灌溉水利用系數(shù)的主要測算方法。首尾測算法在測算方法上有優(yōu)勢(shì)但也存在不足：優(yōu)勢(shì)在于減少了許多測量工作和不確定因素，缺點(diǎn)在于不能反映渠系輸水過程中渠道滲漏、農(nóng)民灌水不合理等原因造成水量損失情況，如果想使該方法得到更廣泛的應(yīng)用還需增強(qiáng)觀測手段及相應(yīng)的技術(shù)支撐。