農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)影響因素分析

喬 木，韓 城

（德州市水利局，山東 德州253000）

德州市自2013年起開始使用“首尾測(cè)算分析法”，在全市范圍內(nèi)開展農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析工作，對(duì)跟蹤分析灌區(qū)灌溉水源利用率變化情況、制定灌區(qū)改造與節(jié)水灌溉發(fā)展規(guī)劃、評(píng)價(jià)節(jié)水潛力與節(jié)水灌溉發(fā)展成效、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)及實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度等方面提供數(shù)據(jù)支撐和依據(jù)。

德州市灌溉水源主要為引黃水、地下水及部分客水。由于德州市農(nóng)田灌溉多采用“以井保豐、以河補(bǔ)源”“井渠結(jié)合”的灌溉模式，為避免在測(cè)算過程中重復(fù)計(jì)算水量，在測(cè)算過程中將大型灌區(qū)有效灌溉面積范圍內(nèi)的井灌區(qū)及部分小型灌區(qū)作為大型灌區(qū)的灌域考慮，統(tǒng)一列入大型灌區(qū)進(jìn)行測(cè)算，以此將全市分為12個(gè)灌區(qū)，其中2個(gè)大型灌區(qū)、7個(gè)中型灌區(qū)及3個(gè)小型灌區(qū)，總有效灌溉面積為45.36萬hm2，水源工程類型主要為引水閘、灌溉泵站和機(jī)井，其中引水閘528處，灌溉泵站1 285處，灌溉機(jī)井72 426眼。

1 測(cè)算方法

德州市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)完全采用《山東省灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則》（以下簡(jiǎn)稱《技術(shù)導(dǎo)則》）中進(jìn)行測(cè)算，即直接用進(jìn)入田間可被作物吸收利用的水量(凈灌溉用水量)與灌區(qū)從水源取用的灌溉總水量(毛灌溉用水量)的比值來計(jì)算灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)。首先選擇能代表大型灌區(qū)、中型灌區(qū)、小型灌區(qū)3種不同規(guī)模與類型、不同灌溉方式、不同工程狀況、不同水源條件與管理水平的樣點(diǎn)灌區(qū)，構(gòu)建相對(duì)穩(wěn)定的市級(jí)灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析網(wǎng)絡(luò);其次選擇樣點(diǎn)灌區(qū)典型田塊，測(cè)算樣點(diǎn)灌區(qū)典型田塊年畝均凈灌溉用水量，計(jì)算樣點(diǎn)灌區(qū)凈灌溉用水量，同時(shí)采用直接量測(cè)法測(cè)算分析樣點(diǎn)灌區(qū)年毛灌溉用水量；然后通過“首尾測(cè)算分析法”計(jì)算分析樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系；最后采用加權(quán)平均法計(jì)算全市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。

2 影響因素

2.1 地下水取水量統(tǒng)計(jì)困難

以德州市大型樣點(diǎn)灌區(qū)潘莊引黃灌區(qū)為例，根據(jù)灌區(qū)農(nóng)田灌區(qū)水源實(shí)際情況，潘莊灌區(qū)農(nóng)田灌溉水源主要為引黃水及地下水，以此根據(jù)《技術(shù)導(dǎo)則》“首尾測(cè)算分析法”潘莊灌區(qū)農(nóng)田灌溉毛灌溉用水量由為渠首引黃河水水量和地下水取水量組成。而根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)潘莊灌區(qū)有效灌溉面積范圍內(nèi)共有灌溉機(jī)井38 000余眼，且灌溉機(jī)井大都由農(nóng)戶自行管理使用，灌溉時(shí)機(jī)及畝次灌水量隨機(jī)性較大。以現(xiàn)有基層水利工程的管理水平，精確量測(cè)灌溉地下水取水量不僅任務(wù)量大，而且統(tǒng)計(jì)精度難以保證。

2.2 渠系水利用系數(shù)精度影響

德州市兩大引黃灌區(qū)是全德州市各縣（市、區(qū)）城鄉(xiāng)生活用水的主要水源，因此不僅僅承擔(dān)著農(nóng)田灌溉用水輸水任務(wù)，更要承擔(dān)沿途各縣（市、區(qū)）水庫(kù)供水的重任，以保障城鄉(xiāng)居民飲水安全。同樣以潘莊灌區(qū)為例，沿途齊河、禹城、武城縣、夏津縣、陵城區(qū)、德城區(qū)、寧津縣等縣（市、區(qū)）均需取用潘莊灌區(qū)引黃水量用以城鄉(xiāng)生活。根據(jù)《技術(shù)導(dǎo)則》要求，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)毛灌溉水量的計(jì)算需扣除城鄉(xiāng)生活用水，在測(cè)量過程中城鄉(xiāng)生活用水計(jì)量點(diǎn)取水量雖然容易取得，但是計(jì)算過程中需根據(jù)渠系水利用系數(shù)反推至渠首進(jìn)行扣除。因此渠系水利用系數(shù)的估算精度直接影響整體農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的測(cè)算精度。

2.3 凈灌溉用水量的獲取誤差

由于典型田塊的灌溉情況觀測(cè)及水量測(cè)量主要依靠基層水管單位，基層觀測(cè)員層次低直接影響測(cè)算分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。一是由于基層水管單位缺少具有一定專業(yè)技術(shù)水平的技術(shù)人員，基層觀測(cè)人員大都年齡偏大、學(xué)歷偏低、技術(shù)水平較差，而且觀測(cè)人員員常變動(dòng)，缺乏持續(xù)性和穩(wěn)定性；二是基層觀測(cè)人員觀測(cè)頻率也存在不同程度偏差，主要因素是觀測(cè)人員與種植戶并不是同一人，不能及時(shí)掌握灌水時(shí)機(jī)，從而影響到典型田塊觀測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性；三是由于觀測(cè)人員理論技術(shù)水平有限，對(duì)土壤取樣數(shù)量、作物不同生長(zhǎng)期土壤取樣深度、灌前灌后的觀測(cè)時(shí)機(jī)、取樣后的記錄及處理都缺乏精度，造成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)偏差過大。

3 解決措施

3.1 選取典型井灌區(qū)計(jì)算地下水取水量

德州市在估算地下水取水量的過程中，結(jié)合《技術(shù)導(dǎo)則》典型田塊的選取辦法，在樣點(diǎn)灌區(qū)的上、中、下游進(jìn)一步選取一定數(shù)量的典型井灌區(qū)，用以計(jì)算地下水的取水量。通過實(shí)測(cè)典型井灌區(qū)的年畝均取水量，及充分調(diào)研樣點(diǎn)灌區(qū)的上、中、下游年度井灌面積，計(jì)算樣點(diǎn)灌區(qū)地下水取水量，計(jì)算公式如下：

1）計(jì)算同區(qū)域井灌區(qū)的年畝均取水量。

式中：W井i為樣點(diǎn)灌區(qū)同片區(qū)井灌區(qū)第i種作物的畝均地下水取水量，m3；W井毛為同片區(qū)第i種作物第l個(gè)典型井灌區(qū)畝均取水量，m3；A井i為同片區(qū)第i種作物第l個(gè)典型井灌區(qū)灌溉面積，畝；N為同片區(qū)第i種作物典型井灌區(qū)數(shù)量，個(gè)。

2）計(jì)算樣點(diǎn)灌區(qū)地下水取水總量。

式中：W井為樣點(diǎn)灌區(qū)地下水取水水總量，m3；W井ij為樣點(diǎn)灌區(qū)j個(gè)片區(qū)內(nèi)第i種作物畝均地下水取水量，m3；A井ij為樣點(diǎn)灌區(qū)j個(gè)片區(qū)內(nèi)第i種作物井灌面積，畝；m為樣點(diǎn)灌區(qū)j個(gè)片區(qū)內(nèi)的作物種類，個(gè)；n為樣點(diǎn)灌區(qū)片區(qū)數(shù)量；大型灌區(qū)n=3，中型灌區(qū)n=2，小型灌區(qū)n=1。

3.2 連乘法估算渠系水有效利用系數(shù)

德州市大型灌區(qū)為典型的并聯(lián)渠道，即幾條下級(jí)渠道均由同一條上級(jí)渠道供水的方式為并聯(lián)渠系，干、支渠的聯(lián)接方式通常為非等效并聯(lián)渠系，也就是幾條支渠的引水流量和渠道水利用系數(shù)不相同，干渠渠段的流量和各段的渠道水利用系數(shù)也不相同，因此傳統(tǒng)“連乘法”計(jì)算灌區(qū)渠系水有效利用系數(shù)極為復(fù)雜。但是，在本次的計(jì)算中計(jì)算渠系水有效利用系數(shù)并不是為了獲取灌區(qū)整體的輸水效率，而僅僅是為了反推水庫(kù)的渠首取水量，所以只需計(jì)算取水點(diǎn)以上至渠首單條線路的渠系水利用系數(shù)，由此即將并聯(lián)渠道簡(jiǎn)化為串聯(lián)渠道，計(jì)算簡(jiǎn)單可靠。灌區(qū)居民生活用水計(jì)算公式如下：

1）計(jì)算各水庫(kù)取水點(diǎn)的渠系水有效利用系數(shù)。

式中：η渠i為第i處水庫(kù)取水點(diǎn)以上的渠系水有效利用系數(shù)；Q干凈，Q支凈，Q斗凈分別為第i處取水點(diǎn)以上干渠、支渠、斗渠的毛流量，m3；Q干毛，Q支毛，Q斗毛分別為第i處取水點(diǎn)以上干渠、支渠、斗渠的凈流量，m3。（德州市水庫(kù)取水計(jì)量點(diǎn)多在干渠、支渠，因此未出現(xiàn)斗渠的計(jì)算）。

2）計(jì)算水庫(kù)反推至渠首的取水量（城鄉(xiāng)生活用水在農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)毛灌溉水量計(jì)算中的扣除量）。

式中：為水庫(kù)反推至渠首的取水量，m3；為為第i處水庫(kù)取水計(jì)量點(diǎn)的取水量，m3；為為第i處水庫(kù)取水點(diǎn)以上的渠系水有效利用系數(shù)。

3.3 多舉措減小凈灌溉用水量數(shù)據(jù)誤差

一是加強(qiáng)資金保障，德州市市級(jí)每年列支20萬元作為農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算經(jīng)費(fèi)，用以列支技術(shù)支撐單位工作經(jīng)費(fèi)及量水設(shè)施器材費(fèi)用，為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)取得做好基礎(chǔ)保障；二是在以各縣（市、區(qū)）為測(cè)算主體的測(cè)算工作模式基礎(chǔ)上，強(qiáng)化技術(shù)支持單位技術(shù)支持，各縣（市、區(qū)）基層水管單位僅負(fù)責(zé)典型田塊灌溉時(shí)機(jī)的觀察，灌前灌后的數(shù)據(jù)測(cè)量及處理由技術(shù)支持單位負(fù)責(zé)，為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)取得做好技術(shù)保障；三是雙倍選取典型田塊，在根據(jù)《技術(shù)導(dǎo)則》選取典型田塊的基礎(chǔ)上，另外選取備用典型田塊，兩組田塊同時(shí)觀測(cè)并取樣，以防錯(cuò)過灌水時(shí)機(jī)造成的漏測(cè)，為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)取得做好雙保險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

有效測(cè)算提高農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)是一項(xiàng)繁雜且長(zhǎng)期的工作，而對(duì)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算精度影響因素的研究是提高灌溉水利用系數(shù)測(cè)算分析成果準(zhǔn)確性與可靠性的關(guān)鍵，通過對(duì)德州市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算精度影響因素及解決措施的分析、研究，有效提高了德州市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的測(cè)算精度及可靠性，在一定程度上提高了測(cè)算工作的工作效率。