界首市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算與分析

郭思怡，劉 懿

（1.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；2.南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇 南京 210000）

我國農(nóng)業(yè)用水供需矛盾突出[1]，主要存在著資源性、水質(zhì)性、工程性和用水結(jié)構(gòu)性缺水問題，因此農(nóng)業(yè)用水效率極為重要。農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)是衡量工程運(yùn)行狀況、工程管理水平、農(nóng)田灌溉技術(shù)水平的一種技術(shù)指標(biāo)[2]，同時(shí)也是評(píng)估農(nóng)田灌溉水利用效率、灌溉節(jié)水潛力的重要因素[3]。某次或某一時(shí)間內(nèi)被農(nóng)作物利用的凈灌溉水量與水源渠首處總灌溉引水量的比值被稱為農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。

1 界首市農(nóng)田基本情況

1.1 農(nóng)田灌溉情況概述

界首市位于安徽省的西北邊陲，地理坐標(biāo)為東經(jīng)115°15′～115°32′，北緯33°00′～33°30′。市境屬沉積平原，地勢平坦，地面高程為西北高東南低，沿泉河一帶較為低洼，地表多為沙質(zhì)土壤，為新生代第四紀(jì)沉積層。全市自然比降約為1/7000～1/10000海拔高程在33.00～37.00m，總面積667.3km2。界首市水陸交通便利，潁河穿城而過，常年通航；漯阜鐵路、省道308線、204線、界阜蚌高速公路、臨界鄲公路縱橫市境。

全市供水水源分為地表水、淺層地下水、中深層地下水。地表水指由攔蓄河川徑流工程控制的水量，主要為農(nóng)業(yè)灌溉用水，近年來由于受上游大量工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水直接排放的影響，部分河段基本喪失了水體使用功能，內(nèi)河地表水污染近年來也有逐年加重的趨勢。淺層地下水主要作為農(nóng)業(yè)灌溉用水和農(nóng)村人畜飲水，受灌溉工程設(shè)施建設(shè)不平衡的限制，水資源的開發(fā)利用也具有不均衡性，且總體開發(fā)利用率較低。中深層地下水主要作為城市生活和工業(yè)用水源。全市水資源總量為2.36億m3，其中地表水資源1.27億m3，水資源可利用量為1.13億m3。

截至2019年底，界首市共有各類灌區(qū)3988處，總有效灌溉面積35.53萬畝。其中小型灌區(qū)6處，有效灌溉面積0.77萬畝；井灌區(qū)3982處，有效灌溉面積34.76萬畝。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，界首市2019年農(nóng)田灌溉用水5440.4萬m3，全市農(nóng)田灌溉用水情況詳見表1。

表1 全市灌區(qū)年毛灌溉用水情況

1.2 樣點(diǎn)灌區(qū)選擇

界首市灌區(qū)總量為3988處，數(shù)量較多，無法測算所有灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)，因此本文選擇一部分樣點(diǎn)灌區(qū)測算系數(shù)，后經(jīng)綜合分析計(jì)算全縣灌溉水利用系數(shù)。

截至2019年底，界首市共有各類灌區(qū)3988處，總有效灌溉面積35.53萬畝。其中小型灌區(qū)6處，有效灌溉面積0.77萬畝；井灌區(qū)3982處，有效灌溉面積34.76萬畝。

為了能夠使典型樣點(diǎn)灌區(qū)具有較好的代表性、典型性，我市在樣點(diǎn)灌區(qū)的選擇上考慮了灌溉方式、地形地貌、水源條件等多種因素。

小型灌區(qū)選擇應(yīng)包括提水灌溉和自流灌溉，且每種類型最少不少于4個(gè)，界首市現(xiàn)狀小型灌區(qū)一共6處，且全部為提水灌溉，考慮數(shù)量不多，全部選為樣點(diǎn)灌區(qū)。

井灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)選擇應(yīng)按照不同灌水方式，包括：軟管輸水灌、管道輸水地面灌、噴灌、微灌等4種灌溉類型。每種灌溉類型中，同種土壤類型、同種作物至少選擇2個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)，根據(jù)現(xiàn)狀界首市井灌區(qū)不同灌溉類型數(shù)量及主要作物種類，選擇軟管輸水灌溉、噴灌、微灌分別為8、2、2處作為樣點(diǎn)灌區(qū)，如表2所示。

1.3 典型田塊的選擇

需要選擇田塊邊界條件清楚、形狀比較規(guī)則、面積大小合適、有固定的進(jìn)水、排水設(shè)施，可測量用水量的田塊。小型樣點(diǎn)灌區(qū)典型田塊選擇主要考慮作物種類、灌溉制度與方法、田面平整程度等，每種作物需選取2個(gè)田塊。井灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)典型田塊的選擇應(yīng)按照不同灌溉類型選取，每種灌溉類型每種作物需選擇2個(gè)田塊作為典型田塊。

表3 界首市2019年灌溉水有效利用系數(shù)計(jì)算成果

表2 界首市樣點(diǎn)灌區(qū)選擇方案

1.4 農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)計(jì)算

本文采用首尾測算分析法通過田間實(shí)驗(yàn)測量法和彭曼公式、作物系數(shù)法計(jì)算作物凈灌溉定額，從而計(jì)算作物實(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)，計(jì)算如式（1）：

式中：ηw-灌溉水有效利用系數(shù)；Wj－凈灌溉用水總量，m3；Wa－毛灌溉用水總量，m3。

為使計(jì)算結(jié)果能反映灌區(qū)灌溉的總體情況，本次測算計(jì)算時(shí)段為1個(gè)日歷年。

根據(jù)調(diào)查灌區(qū)灌溉用水代表年灌溉用水情況、作物的實(shí)際灌溉面積，根據(jù)計(jì)算分析、田間實(shí)驗(yàn)確定實(shí)際凈灌溉定額，從而推算作物每畝平均凈灌溉用水總量，后用下士計(jì)算每個(gè)灌區(qū)改年的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)ηw：

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)灌面積，畝；N－灌區(qū)作物種類總數(shù)；Wa－灌區(qū)全年毛灌溉用水總量，m3。

測算計(jì)算時(shí)段為1個(gè)日歷年，0.667為單位換算系數(shù)。

具體計(jì)算步驟為利用典型田塊的代表性，采用直接量測法和計(jì)算分析法來確定典型田塊某種作物的年畝均凈灌溉用水量，然后計(jì)算樣點(diǎn)灌區(qū)同區(qū)域或者同種灌溉類型某種作物的年凈灌溉用水量，根據(jù)灌區(qū)不同分區(qū)不同作物種類灌溉面積，結(jié)合不同作物在不同分區(qū)的年畝均凈灌溉用水量，計(jì)算得出樣點(diǎn)灌區(qū)年凈灌溉用水總量，年凈灌溉用水總量除以年毛用水總量得出樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)。然后以測算分析得出的各個(gè)小型灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)為基礎(chǔ)，采用算數(shù)平均法計(jì)算區(qū)域小型灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)；以測算分析得出的各類型純井灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)為基礎(chǔ)，采用算數(shù)平均法分別計(jì)算軟管輸水、噴灌、微灌等各種類型樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)，然后按不同類型灌區(qū)年毛灌溉用水量加權(quán)平均，計(jì)算得出區(qū)域純井灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)。

全市灌溉水利用系數(shù)按照下士加權(quán)平均進(jìn)行計(jì)算：

式中：W大、W中、W小、W井-分別為區(qū)域大、中、小型灌區(qū)和純井灌區(qū)的年毛灌溉用水量，萬m3；η大、η中、η小、η井-分別為區(qū)域大、中、小型灌區(qū)和純井灌區(qū)的灌溉用水有效利用系數(shù)。

計(jì)算結(jié)果見表3。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，界首市2019年農(nóng)田灌溉總用水量5440.4萬m3，全市灌溉水有效利用系數(shù)為0.6092，其中小型灌區(qū)為0.5586、井灌區(qū)為0.7420。

2 成果合理性分析

界首市2019年度農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算按照要求進(jìn)行，無論是樣點(diǎn)灌區(qū)選擇、還是計(jì)算方法，均依照《全國農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算分析技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則》逐步完成。

本次樣點(diǎn)灌區(qū)農(nóng)田灌溉用水有效利用系數(shù)測算采取觀測實(shí)驗(yàn)法法與計(jì)算分析法相結(jié)合，相互驗(yàn)證，并與界首市灌溉試驗(yàn)站歷年歷史資料、觀測實(shí)驗(yàn)資料相對(duì)比，結(jié)果合理。對(duì)各樣點(diǎn)灌區(qū)采用直接量測法計(jì)算凈灌溉定額與計(jì)算分析法計(jì)算凈灌溉定額相互校驗(yàn)，實(shí)測數(shù)據(jù)結(jié)果合理、可信。