大滿灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算方法探討

謝麗娟

(甘州區(qū)大滿水利電力管理處,甘肅 張掖 734000)

0 引言

農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)是指在某次或某一時(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,它反映了灌區(qū)渠系輸水和田間用水狀況,是衡量灌溉工程狀況、節(jié)水灌溉技術(shù)普及程度和用水管理水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)[1]。通過(guò)進(jìn)行灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析,對(duì)摸清各大灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水利用現(xiàn)狀、掌握灌區(qū)灌溉用水效率動(dòng)態(tài)變化與節(jié)水潛力,科學(xué)制定灌區(qū)節(jié)水灌溉措施提供基礎(chǔ)依據(jù)[2]。本次研究以甘肅張掖市甘州區(qū)大滿灌區(qū)作為典型樣點(diǎn)灌區(qū),參照《全國(guó)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算技術(shù)分析技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則》,進(jìn)行了大滿灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用率測(cè)算工作,選擇規(guī)模、類型、工程狀況及管理水平均不相同的灌區(qū)片區(qū)和典型田塊,通過(guò)開(kāi)展2022年灌區(qū)片區(qū)和典型田塊灌溉用水量的觀測(cè)、分析、調(diào)查實(shí)踐工作,收集整理灌溉供需用水、作物種類、土壤類型、氣象等基礎(chǔ)信息資料,運(yùn)用直接量測(cè)法推算出灌區(qū)2022年農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù),掌握了灌區(qū)的節(jié)水潛力,較為準(zhǔn)確地反映出大滿灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水現(xiàn)狀水平[3]。

1 大滿灌區(qū)概況

大滿灌區(qū)地處甘肅省張掖市甘州區(qū)城南16 km處,地理位置在東徑100°24′～04°75′,北緯38°47′～33°76′之間。總土地面積552.3 km2,灌區(qū)多年平均氣溫14.5℃～18℃,最低氣溫～28℃,最高氣溫38.5℃,多年平均降水量124.9 mm,多年平均蒸發(fā)量1 291 mm,蒸發(fā)量大于降水量,屬典型內(nèi)陸干旱氣候。多年平均凍土深度123 cm,具有日照時(shí)間長(zhǎng),太陽(yáng)輻射高,晝夜溫差大,降雨稀少,蒸發(fā)強(qiáng)烈,光熱資源豐富等特點(diǎn),適宜種植玉米、制種玉米、蔬菜等作物。

大滿灌區(qū)以引黑河水灌溉為主、井灌為輔,隸屬甘州區(qū)水務(wù)局,轄小滿、大滿、黨寨、堿灘、三閘、上秦6個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))的48個(gè)行政村和11個(gè)國(guó)營(yíng)機(jī)關(guān)農(nóng)、林場(chǎng),總?cè)丝?.65萬(wàn)人。同時(shí)承擔(dān)7處78 km的防汛堤壩和二壩水庫(kù)的防汛及10個(gè)村、1個(gè)集鎮(zhèn)2.5萬(wàn)人的人畜安全飲水任務(wù)。設(shè)計(jì)灌溉面積56.755 5萬(wàn)畝,有效灌溉面積56.755 5萬(wàn)畝,2022年實(shí)際灌溉面積51.865 6萬(wàn)畝。灌區(qū)建成干渠3條86.1 km,其中襯砌86.1 km,支渠99條248.1 km,其中襯砌237.1 km,斗渠419條424.6 km,其中襯砌307 km,農(nóng)渠1 688條798.4 km,其中襯砌77 km。修建各類建筑物11 414座。

2 灌區(qū)灌溉用水代表年選取分析

本次研究收集張掖水文局長(zhǎng)系列水文基礎(chǔ)資料,對(duì)灌區(qū)水情進(jìn)行了分析預(yù)測(cè)。2022年預(yù)測(cè)水情采用1958-2015年序列水情資料,按中等干旱年頻率P=75%進(jìn)行分析計(jì)算,典型年份為1998年,扣除河道輸水損失后,按照灌區(qū)全年許可水資源總量27 354萬(wàn) m3進(jìn)行本次測(cè)算分析[4]。

3 測(cè)算過(guò)程分析

3.1 測(cè)算原則

大滿灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析,按照具有代表性、可行性和穩(wěn)定性的原則,劃定樣點(diǎn)灌區(qū)并選取典型田塊。并依據(jù)樣點(diǎn)灌區(qū)多年的灌溉用水管理資料,通過(guò)直接量測(cè)法,計(jì)算分析典型田塊的土壤含水率,準(zhǔn)確的核算出畝均凈灌溉用水量,進(jìn)而推算出每輪次灌區(qū)凈灌溉用水量。同時(shí)利用灌區(qū)干、支渠測(cè)流記載,獲取各輪次干渠流量、水量,在灌溉結(jié)束后,匯總灌區(qū)取水口水量。根據(jù)取水口毛灌溉用水量、測(cè)定的凈灌溉用水量以及畝均凈灌溉用水量和灌溉面積,通過(guò)直接量測(cè)法計(jì)算出灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)。

3.2 測(cè)算過(guò)程分析

3.2.1 樣點(diǎn)片區(qū)的劃分

灌區(qū)樣點(diǎn)片區(qū)綜合考慮灌區(qū)不同的地形地貌、地質(zhì)條件、土壤類型、管理范圍、工程設(shè)施、水源條件、灌水方式等因素,按照干渠上、中、下游在灌區(qū)內(nèi)劃分了小滿、大滿、黨寨站為上片區(qū),堿灘、廿里堡站為中片區(qū),下段站為下片區(qū)。

3.2.2 典型田塊的選擇

灌區(qū)在典型田塊的選擇上,按照邊界清楚、形狀規(guī)則、面積適中的要求,同時(shí)綜合考慮了地形、土地平整度、土壤類型、灌溉方式等因素,選擇了更具代表性和合理性在灌區(qū)作物面積超過(guò)10%的制種玉米作為典型田塊。在上中下游共選擇典型田塊34塊,選擇河水漫灌12塊,河水滴灌3塊,井水漫灌3塊,井水滴灌14塊,井水管灌2塊,每個(gè)片區(qū)均有大小地塊,共計(jì)490.54畝。

3.2.3 凈灌溉用水量及毛灌溉用水量的獲取

灌區(qū)在每次灌水前后按照《灌溉實(shí)驗(yàn)規(guī)范SL13-2004》有關(guān)規(guī)定,觀測(cè)典型田塊內(nèi)不同作物年內(nèi)生育期內(nèi)計(jì)劃濕潤(rùn)層的土壤含水率,應(yīng)用灌前、灌后土壤含水率的差值,計(jì)算出該次畝均凈灌溉用水量,核算出該典型田塊年畝均灌溉用水量。同時(shí)對(duì)地塊采觀測(cè)分析法,利用梯形量水堰對(duì)典型田塊的每輪引水量進(jìn)行觀測(cè),通過(guò)兩種方法對(duì)比分析,準(zhǔn)確計(jì)算分析灌區(qū)凈灌溉用水量。在灌水過(guò)程中,灌區(qū)合理配置專業(yè)技術(shù)人員,嚴(yán)格計(jì)算渠首取水量。春灌前對(duì)灌區(qū)干、支、斗渠水尺進(jìn)行校核,并在每一個(gè)測(cè)點(diǎn)安排一名認(rèn)真負(fù)責(zé)的觀測(cè)人員,定時(shí)觀測(cè)水量變化,利用測(cè)流記載詳細(xì)記錄每天不同時(shí)段的水位、流量、水量,每輪灌溉結(jié)束后,匯總?cè)∷诳偭?獲得毛灌溉用水量。

3.2.4 灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算

基于前述三個(gè)步驟成果,根據(jù)取水口毛水量、田間測(cè)算取得的凈灌溉用水量,采用首尾相接量測(cè)法,測(cè)算灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)。

3.2.5 測(cè)算工作注意要點(diǎn)

測(cè)算工作在作物需水時(shí)才能進(jìn)行,實(shí)際灌溉過(guò)程中的降水、蒸騰、灌水習(xí)慣等因素不好把控,造成實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。同時(shí),由于測(cè)算灌區(qū)面積很大,工作量大,存在人員和經(jīng)費(fèi)不容易造成不能及時(shí)取土、烘土,從而影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這些在測(cè)算過(guò)程中要尤為注意。

4 測(cè)算成果評(píng)價(jià)

(1)灌區(qū)地處平原地帶,屬于井、河混灌區(qū),灌溉流量比較穩(wěn)定,正常情況下干渠流量控制在6.0～16.1 m3/s。因干渠因渠道長(zhǎng),渠道建成年份不同和完好程度不同,我們采用上、中、下段分別進(jìn)行測(cè)流計(jì)算。支渠測(cè)算工作是把灌河水的渠道全部列入測(cè)算范圍進(jìn)行測(cè)算。斗、農(nóng)渠由于渠道較多,分布較廣,所以采用有一定代表性的斗、農(nóng)渠進(jìn)行測(cè)算,分別選取已襯砌渠道、已襯砌但老化失修、土渠等三種類型的渠道和不同襯砌斷面的渠道作為典型渠道進(jìn)行測(cè)定,整理渠道控制面積,輪次灌溉水量,灌前灌后取土測(cè)定土壤含水率進(jìn)而測(cè)定地塊定額,積累資料,科學(xué)分析田間水量,準(zhǔn)確核算灌溉水量。

(2)抽樣測(cè)算不同地塊定額,綜合測(cè)算田間水量。在灌溉期間,在選擇不同作物地塊進(jìn)行測(cè)算灌水定額,推算田間灌水量和年灌溉水量,計(jì)算灌溉水利用率。

(3)濾定斷面水尺,嚴(yán)格計(jì)算供水量。從夏灌開(kāi)始,首先測(cè)定干渠渠首流量,再測(cè)定斗口測(cè)水?dāng)嗝媪髁?并詳細(xì)記載渠道各輪次水量,灌溉結(jié)束后最終匯總水量,計(jì)算灌溉水利用率。

(4)通過(guò)對(duì)2022年灌區(qū)各種觀測(cè)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行整理分析及匯總,計(jì)算分析各類作物凈灌溉定額。經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)查統(tǒng)計(jì)播種面積與實(shí)際灌溉面積,采用實(shí)際面積參與水量計(jì)算。最終推算可知,2022年田間凈水量12 778.1517萬(wàn) m3,干渠渠首毛水量為11 719.6536萬(wàn) m3,機(jī)井提水量8 467.0萬(wàn) m3,田間水量與渠首毛水量之比即灌溉水有效利用系數(shù)0.633。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

(1)大滿灌區(qū)在灌溉水有效利用系數(shù)的測(cè)算工作中,對(duì)測(cè)算過(guò)程中的各類實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和收集,及時(shí)推進(jìn)了測(cè)算工作的實(shí)施。尤其對(duì)制種玉米、大田玉米、小麥、瓜菜等作物夏二輪至秋二輪灌前、灌后土壤含水率分別進(jìn)行比對(duì)測(cè)算,從而較為準(zhǔn)確地核算確定了凈灌溉用水定額和凈灌溉用水量。

(2)通過(guò)開(kāi)展灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)測(cè)算工作,積累了大量實(shí)測(cè)資料,測(cè)算得到了灌溉水有效利用系數(shù)為0.633。從測(cè)算結(jié)果看,2022年實(shí)測(cè)灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)同近幾年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比呈穩(wěn)步提高趨勢(shì),灌溉水利用系數(shù)數(shù)據(jù)比較合理、可靠性較高,符合灌區(qū)實(shí)際。

(3)在測(cè)算工作進(jìn)行過(guò)程中,定期檢查測(cè)算分析工作的進(jìn)展情況,分析存在的問(wèn)題和薄弱環(huán)節(jié),針對(duì)本次測(cè)算工作實(shí)際,研究制定了加強(qiáng)和改進(jìn)工作措施。使之更好的為制定灌區(qū)配水計(jì)劃和為農(nóng)業(yè)灌溉提供服務(wù),為水資源合理配置提供可靠依據(jù)。

5.2 建議

(1)建議上級(jí)管理部門(mén)將灌溉水利用系數(shù)測(cè)算工作列入科研課題,專門(mén)開(kāi)展測(cè)算研究。

(2)要積極搭建學(xué)習(xí)平臺(tái),積極組織測(cè)算人員進(jìn)行異地學(xué)習(xí)交流或?qū)W習(xí)觀摩,提高測(cè)算成效。

(3)灌區(qū)斗、農(nóng)渠等田間工程配套率較低,輸水損失較大,加之斗渠以下水利工程維修資金無(wú)來(lái)源,末級(jí)渠系不能發(fā)揮應(yīng)有的功能,建議加大對(duì)小型水利工程的建設(shè)投入。

(4)末級(jí)渠系缺乏控制性工程和量測(cè)水設(shè)施,建議測(cè)流改造列入信息化建設(shè)項(xiàng)目,全面建設(shè),提高量末級(jí)渠系測(cè)水精度。