銅官灌區(qū)水稻灌溉制度設(shè)計(jì)

馬 奪，張瑞剛

(1.湖南中天水利水電勘察設(shè)計(jì)有限公司，長沙 410200； 2．水利部長江水利委員會(huì) 河湖保護(hù)與建設(shè)運(yùn)行安全中心，武漢 430010)

作物灌溉制度是灌區(qū)規(guī)劃和設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，是根據(jù)作物需水特性和當(dāng)?shù)貧夂颉⑼寥?、農(nóng)業(yè)技術(shù)及灌水技術(shù)等因素而制定的整套方案[1]。合理可行的灌溉制度，對(duì)優(yōu)化灌溉規(guī)模、優(yōu)化水資源調(diào)度方案及提高水資源利用率都十分重要[2]。本文結(jié)合湖南省長沙市望城區(qū)1951-2015年長系列降雨資料，選擇不利降雨頻率，綜合水量平衡法，進(jìn)行銅官灌區(qū)水稻灌溉制度設(shè)計(jì)，可為同類項(xiàng)目科學(xué)灌溉提供理論參考。

1 灌區(qū)概況

銅官電灌站是湖南省長沙市望城區(qū)最大的電灌站灌區(qū)，位于湘江望城段東岸銅官鎮(zhèn)，距長沙市區(qū)32 km，水陸交通條件良好。該電灌站始建于1964年，是望城區(qū)重要的產(chǎn)糧基地，灌區(qū)水源為湘江，依靠銅官電灌站提水灌溉。灌區(qū)建成以來，每遇干旱季節(jié)，均發(fā)揮了重要的作用，有力地緩和灌區(qū)的干旱，是灌區(qū)約0.36×104hm2農(nóng)田抗旱的核心，確保了糧食生產(chǎn)安全。

2 灌溉保證率及設(shè)計(jì)代表年

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)及計(jì)算方法

根據(jù)《節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50363-2006)和《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50288-1999)的有關(guān)要求[3-4]，并參照湘潭市灌溉試驗(yàn)站資料，采用時(shí)歷年法進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)望城區(qū)1951-2015年(64年)降雨資料及選定的灌水方式、作物耗水時(shí)等按水量平衡法計(jì)算歷年灌溉定額，并對(duì)歷年灌溉定額進(jìn)行頻率分析，選出2～3個(gè)符合設(shè)計(jì)保證率的年份，以其中灌水分配過程不利的一年為典型年，以該年的灌溉制度作為設(shè)計(jì)灌溉制度。

2.2 灌溉保證率選擇

項(xiàng)目區(qū)的水源主要來自區(qū)域內(nèi)水庫、山塘和河壩蓄水，灌溉用水不足時(shí)由銅官電排補(bǔ)水。項(xiàng)目區(qū)種植作物全部為水稻。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50288-2018)表3.1.2[5]，并結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)種植的實(shí)際情況,本次灌溉保證率取90%。

2.3 設(shè)計(jì)代表年的選擇

灌溉保證率取90%，與灌溉保證率同頻率有： 4-10月排頻同頻率的年份為2007年(89.83%)和2011年(90.91%)。再比較最不利年份，最終選定2011年作為設(shè)計(jì)代表年。

3 灌溉制度

水稻灌溉制度是指水稻播種前及全生育期內(nèi)的灌水次數(shù)、每次灌水日期和灌水定額以及灌溉定額，水稻的灌溉定額即為泡田定額與生育期定額之和。銅官灌區(qū)水稻灌溉制度設(shè)計(jì)本次按照水量平衡原理，利用降雨與蒸發(fā)資料進(jìn)行長系列操作計(jì)算，計(jì)算出歷年灌溉制度成果表。

3.1 灌水方法及泡田期、生育期階段劃分

銅官灌區(qū)水稻灌水方式采用“薄、淺、濕、曬”的控制灌溉模式，即薄水插秧、淺水返青、薄濕分蘗 、曬田蹲苗、回水攻胎、淺薄楊花、濕潤灌漿、落干黃熟；田間水量平衡時(shí)，采用“淺水勤灌”法，田間適宜水深根據(jù)湘潭市灌溉試驗(yàn)站資料確定其水層上下限，超則排，少則蓄，灌水方式根據(jù)水稻不同生育階段對(duì)水分的要求控制田間水分，保持對(duì)禾苗的最佳供水，協(xié)調(diào)好禾苗對(duì)水、肥、氣熱的關(guān)系，發(fā)揮省水、增產(chǎn)的效果。生育階段適宜水深見表1。

表1 灌區(qū)水稻灌溉定額不同生育期田間適宜水深表[6]

3.2 灌溉定額

3.2.1 泡田定額

泡田期的灌溉用水量(泡田定額)可用下式計(jì)算[7]：

M1=6.67h0+0.667(S1+e1t1-P1)

式中：M1為泡田期灌溉用水量，m3/畝；h0為插秧時(shí)田面所需的水層深度，mm；S1為泡田期的滲漏量，mm；t1為泡田期的天數(shù)，d；e1為t1時(shí)期內(nèi)水田田面平均蒸發(fā)強(qiáng)度，mm；P1為t1時(shí)期內(nèi)的降水量，mm。

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)土壤、氣象條件和灌水經(jīng)驗(yàn)，查閱長沙市望城區(qū)劃資料，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，早稻泡田期為4月20-27日，中稻泡田期為5月5-14日，晚稻泡田期為7月22-31日,確定雙季早稻泡田定額為825 m3/hm2；雙季晚稻泡田定額為900 m3/hm2；中稻泡田定額為975 m3/hm2。

3.2.2 水稻生育期灌溉定額

水稻各生育期內(nèi)的灌溉定額計(jì)算采用水量平衡原理分析計(jì)算法，計(jì)算時(shí)段為日，即根據(jù)每年的逐日降水、作物逐日需水、滲漏量等在生育期內(nèi)逐日進(jìn)行田間水量平衡確定。

水量平衡方程式：

H1+P+m-E=h2

式中：H1為時(shí)段初田面水層深度，mm；h2為時(shí)段未田面水層深度，mm；P為時(shí)段內(nèi)的降雨量，mm；m為時(shí)段內(nèi)的灌水量,mm；E為時(shí)段內(nèi)田間耗水量,mm；C為時(shí)段內(nèi)排水量,mm。

計(jì)算方法：如果時(shí)段初(日)的農(nóng)田水分處于適宜水層上限(hmax)經(jīng)過一個(gè)時(shí)段的消耗，田面水層降至適宜水層下限(hmin)便需進(jìn)行灌溉，灌至適宜水層上限，如時(shí)段內(nèi)有降雨，時(shí)段灌消耗后的田面水層大于適宜水層上限，則需排水，排到適宜水層上限。項(xiàng)目區(qū)雙季稻灌溉定額分配值見表2。設(shè)計(jì)代表年單季稻灌溉定額分配值見表3。

表2 灌區(qū)雙季稻灌溉定額分配值表

表3 灌區(qū)單季稻灌溉定額分配值表

項(xiàng)目區(qū)水稻灌溉定額成果見表4。

表4 灌區(qū)水稻灌溉定額 /m3·(畝)-1

3.2.3 綜合灌溉定額

根據(jù)灌區(qū)實(shí)際情況，灌區(qū)內(nèi)水稻種植結(jié)構(gòu)見表5。

表5 灌區(qū)水稻種植比例表

現(xiàn)狀灌區(qū)內(nèi)雙季稻、單季稻的種植比為76.5∶13.5，因此,綜合定額=雙季稻灌溉定額×76.5%+單季稻灌溉定額×13.5%。灌區(qū)綜合灌溉定額分配值表見表6。

表6 灌區(qū)綜合灌溉定額分配值表

3.3 設(shè)計(jì)灌溉制度

通過對(duì)銅官灌區(qū)進(jìn)行長系列供需平衡分析，在64年長系列灌溉制度中選出設(shè)計(jì)保證率為P=90%，水稻灌溉定額選2011年為設(shè)計(jì)代表年。灌區(qū)早稻灌溉定額為3 525.0 m3/hm2，晚稻灌溉定額為5 250.0 m3/hm2，單季稻灌溉定額為4 875.0 m3/hm2，綜合灌溉定額為7 371.0 m3/hm2。

4 成果分析

灌溉制度的成果是灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，將銅官灌區(qū)的灌溉定額與鄰近灌區(qū)試驗(yàn)站成果進(jìn)行比較分析，兩者結(jié)果基本一致。對(duì)比《湖南省用水定額》(DB43/T 388-2014)，銅官灌區(qū)屬于Ⅲ區(qū)，在保證率為P=90%情況下，早稻灌溉定額為3 675 m3/hm2，晚稻灌溉定額為6 300 m3/hm2，單季稻灌溉定額為6 000 m3/hm2，綜合灌溉定額為8 440.95 m3/hm2。因此，本次設(shè)計(jì)成果滿足規(guī)范要求。

5 結(jié) 語

對(duì)銅官灌區(qū)這樣采用電灌站長距離輸水的灌區(qū)而言，研究和確定灌溉制度具有非常重大的科學(xué)意義?；谒科胶夥?，研究銅官灌區(qū)水稻灌溉制度設(shè)計(jì)，并將計(jì)算成果與鄰近灌區(qū)試驗(yàn)站成果、湖南省用水定額進(jìn)行比較，計(jì)算結(jié)果滿足要求，方法可靠。計(jì)算成果可以作為灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，對(duì)同類項(xiàng)目灌溉制度設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。