贛東北丘陵地區(qū)長序列中稻灌溉定額研究

吳英超，虞 慧，開 麗，劉富奎，龔江偉

(1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017；2.中山市水利水電勘測設(shè)計(jì)咨詢有限公司，江蘇 南京 210017；3.江西省水利科學(xué)研究院，江西 南昌 330029；4.江西省水工程安全工程技術(shù)中心，江西 南昌 330029；5.南京市氣象局，江蘇 南京 210019)

贛東北地區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，水熱條件較好；總體地勢由東北向西南傾斜，東部為山地，中部為河谷盆地及中山丘陵，西部為湖濱平原。贛東北丘陵地帶由于地勢相對較高，坡多路陡彎多，田塊小，又多為冷漿田，不適宜種植雙季稻，以種植單季稻為主。因此，針對單季稻的灌溉定額研究尤為重要。

灌溉制度[1-3]是規(guī)劃、設(shè)計(jì)灌溉工程和進(jìn)行灌區(qū)運(yùn)行管理的基本資料，是編制和執(zhí)行灌區(qū)用水計(jì)劃的重要依據(jù)。合理可行的灌溉制度，對優(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[4]。馬奪等[5]采用典型年法確定了銅官灌區(qū)的水稻灌溉制度，林榕杰等[6]對龍巖市早稻進(jìn)行了長序列灌溉定額計(jì)算，詹同濤等[7]以冬小麥、夏玉米、春棉花、大豆和水稻為代表作物進(jìn)行了長序列農(nóng)田灌溉定額測算。在前人的研究[5-10]中，主要針對早稻、晚稻等其他作物的灌溉制度進(jìn)行分析研究，針對中稻灌溉定額分析成果較少；在江西省灌溉定額的研究中，鮮有對中稻的計(jì)算方法進(jìn)行深入分析論證。因?yàn)榈赜虻牟町愋裕喔榷~不適宜他省方法。因此，為進(jìn)一步理清贛東北地區(qū)長序列中稻灌溉定額，本文以龍井水庫下游灌區(qū)為例，通過水量平衡原理，對研究區(qū)域進(jìn)行長序列中稻灌溉定額的分析計(jì)算，以期為水資源的高效利用、灌區(qū)工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考借鑒。

1 灌溉方式及設(shè)計(jì)參數(shù)的分析

1.1 灌溉方式

水稻灌溉方式一般分為常規(guī)灌溉和間歇灌溉。間歇灌溉即為節(jié)水灌溉，可分為淺水勤灌、蓄水灌溉、控制灌溉等多種灌溉方法。研究[11-17]表明，確定合理的灌溉方式，對提高稻田降雨利用率、降低灌溉定額和排水次數(shù)均能起到較好的作用。

(1)常規(guī)灌溉和間歇灌溉[17]。①常規(guī)灌溉是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民日常耕作習(xí)慣下的生產(chǎn)灌溉模式；②間歇灌溉是每灌一次水，待其自然消耗后，田面呈濕潤狀態(tài)，再灌下次水，做到后水不見前水，形成幾天有水層，幾天無水層，構(gòu)成淺水與濕潤反復(fù)交替，淺、濕、干靈活調(diào)動(dòng)的灌溉模式。

(2)水稻是農(nóng)業(yè)的用水大戶，龍井水庫下游沿線的葛仙源、項(xiàng)源村以種植中稻為主，需進(jìn)行中稻灌溉制度設(shè)計(jì)分析。鄧海龍等[18]對江西省水稻蓄雨間歇灌溉模式進(jìn)行了探討，研究表明水稻采取間歇灌溉和蓄雨間歇灌溉模式具有節(jié)水效果。為更合理地利用大氣降水，節(jié)約灌溉水量，設(shè)計(jì)采用淺水間歇灌溉。

1.2 灌溉設(shè)計(jì)參數(shù)

蒸發(fā)量、降水量是進(jìn)行中稻灌溉定額計(jì)算的基本數(shù)據(jù)，一般采用計(jì)算區(qū)域附近且建站時(shí)間較長、實(shí)測資料較為完整的水文或氣象測站資料。同時(shí)，收集到贛撫平原灌區(qū)灌溉試驗(yàn)站的灌溉實(shí)驗(yàn)資料、《江西省高效節(jié)水灌溉低壓管道輸水技術(shù)導(dǎo)則(試行)》等資料，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研情況，確定水庫下游灌區(qū)中稻各生長期的起訖時(shí)間、蒸散發(fā)量、土層下滲量和曬田時(shí)間，以及灌溉的上下限水深等項(xiàng)目，綜合確定本灌區(qū)中稻灌溉定額，設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 中稻灌溉設(shè)計(jì)參數(shù)表

2 灌溉定額測算

2.1 研究區(qū)概況

江西省鉛山縣龍井水庫位于信江鉛山河楊村水葛仙溪上，壩址位于葛仙山景區(qū)服務(wù)區(qū)上游0.4km，是一座具有供水、灌溉任務(wù)，兼顧減災(zāi)等綜合利用的小型水庫。水庫主要解決江西省特色小鎮(zhèn)葛仙村規(guī)劃常住人口1300人、葛仙山景區(qū)服務(wù)區(qū)規(guī)劃常住人口500人、規(guī)劃旅游人口5000人以及葛仙源、項(xiàng)源等村莊20hm2的農(nóng)田灌溉任務(wù)。水庫下游灌區(qū)農(nóng)田零星分布于葛仙溪河谷或兩岸坡地上，田塊均較小，以種植單季稻為主。

2.2 中稻定額計(jì)算

基于水量平衡原理，通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集與處理、設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化調(diào)整、基本公式運(yùn)用、計(jì)算程序的編制、定額測算等過程，綜合確定了龍井水庫下游灌區(qū)中稻灌溉定額。計(jì)算過程如圖1所示。

圖1 長序列中稻灌溉定額測算流程圖

2.在黃熟期后期落干，最后7d保持田面無水。

2.2.1基本資料

灌溉定額分析計(jì)算的基本資料是鉛山縣氣象站1964—1994年和鐵路坪水文站1995—2014年的逐日蒸發(fā)資料，鐵路坪水文站1964—2014年的逐日降雨資料。

2.2.2中稻灌溉定額計(jì)算

(1)泡田期用水

在水稻插秧之前，需要進(jìn)行泡田，目的是在于使土壤含水量達(dá)到飽和，在一定滲漏和蒸發(fā)的前提下，維持水稻所需的水層。泡田定額按下列公式[19]計(jì)算：

M=10(h0+S1+e1t1-P1)

(1)

式中，M—泡田定額，m3/hm2；h0—插秧時(shí)田面所需的水層深度，mm；S1—泡田期的滲漏量，即開始泡田到插秧期間的總滲漏量，mm；e1—t1時(shí)期內(nèi)水面田面平均蒸發(fā)強(qiáng)度，mm/d，可用水面蒸發(fā)強(qiáng)度代替；t1—泡田期的日數(shù)；P1—t1時(shí)期內(nèi)的降雨量，mm。

(2)生長期用水

通過水量平衡原理計(jì)算水稻各生長期內(nèi)的灌溉定額，以日為計(jì)算時(shí)段，即根據(jù)歷年的逐日降水量、蒸發(fā)量、作物需水量、滲漏量以及排水量等，在生長期內(nèi)逐日進(jìn)行田間水量平衡確定。

田間水量平衡法計(jì)算公式為：

h2=h1+P+m-E-C

(2)

式中，h2—時(shí)段末田面水層深度，mm；h1—時(shí)段初田面水層深度，mm；P—時(shí)段內(nèi)降雨量，mm；m—時(shí)段內(nèi)的灌水量，mm；C—時(shí)段內(nèi)排水量，mm；E—時(shí)段內(nèi)水稻耗水量，mm，計(jì)算公式如下。

E=αE0+S

(3)

式中，α—水稻蒸騰系數(shù)；E0—時(shí)段內(nèi)水面蒸發(fā)量[20](相應(yīng)于E601型蒸發(fā)皿的蒸發(fā)量)，mm；S—下滲量，mm。

(3)將收集的降雨和蒸發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并處理成日序列，同時(shí)根據(jù)調(diào)整的灌溉制度參數(shù)，對歷年灌溉用水量進(jìn)行逐日水量平衡計(jì)算，得到的中稻灌溉制度的多年平均情況統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 中稻灌溉制度

(4)采用長序列灌溉定額方法推求得中稻灌溉定額過程，計(jì)算的中稻多年平均灌溉定額為4427.1m3/hm2，各頻率的中稻凈定額成果見表3，1964—2014年的中稻凈灌溉定額頻率曲線和年際變化如圖2—3所示。

圖2 中稻凈灌溉定額頻率曲線圖

表3 各保證率下中稻灌溉定額成果表

由圖3可知，1964—2014年龍井水庫下游灌區(qū)中稻灌溉定額年際變化較大，序列峰谷交替頻繁，大致在4500m3/hm2上下浮動(dòng)。

圖3 1964—2014年中稻凈灌溉定額過程

(5)成果分析

根據(jù)DB36/T 619—2017《江西省農(nóng)業(yè)用水定額》，龍井水庫下游灌區(qū)屬于贛北地區(qū)，在保證率P=90%情況下，中稻基本用水定額為7065m3/hm2；本次設(shè)計(jì)中稻凈灌溉定額6606m3/hm2，成果滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)語

(1)中稻灌溉用水主要受蒸發(fā)、降雨等因素的影響，長序列的中稻灌溉定額成果能夠反映多年的蒸發(fā)和降雨等氣象特點(diǎn)，同時(shí)降雨和蒸發(fā)序列也為灌溉定額的確定提供更詳細(xì)的參考依據(jù)。

(2)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取往往制約著灌溉定額計(jì)算的精度。本文蒸發(fā)和降雨量系列優(yōu)先采用鄰近的鐵路坪水文站的資料系列。

(3)本文計(jì)算了研究區(qū)的中稻灌溉定額，而在計(jì)算其他農(nóng)作物灌溉定額時(shí)，應(yīng)充分考慮作物種植特點(diǎn)，梳理農(nóng)民的耕作習(xí)慣、不同作物需耕作深度、土壤特性、作物習(xí)性等參數(shù)，從而制定適合于不同作物的灌溉制度。

(4)研究區(qū)為典型的丘陵地區(qū)，坡多路陡彎多，以種植單季稻為主。本文根據(jù)灌區(qū)的實(shí)際情況對中稻的灌溉制度進(jìn)行分析計(jì)算，對丘陵地帶的贛東北地區(qū)的灌溉定額分析計(jì)算具有很好的參考借鑒作用。