灌溉水利用系數(shù)傳統(tǒng)測定方法存在問題及影響因素分析

1、灌溉水利用系數(shù)傳統(tǒng)測定方法存在問題及影響因素分析口 許建中 趙競成 高峰 黃修橋 李英能摘 要 灌溉水利用系數(shù)包括渠系水利用系數(shù)和田間水利用系數(shù)。由于灌區(qū)渠系復(fù)雜、級數(shù)多，不同地區(qū)有不同的地貌、水文及土壤條件，采用傳統(tǒng)的動水測定法或靜水測定法所獲得的灌溉水利用系數(shù)均不能反映灌區(qū)一段時期甚至當(dāng)年的實(shí)際灌溉水利用情況。加強(qiáng)對灌溉水利用系數(shù)測量工作，才能真實(shí)了解灌溉水利用程度，科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)灌溉。關(guān)鍵詞 灌溉水利用系數(shù) 測定方法 影響因素灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)是衡量灌區(qū)從水源引水到田間作物吸收利用水的過程，灌溉水利用程度的一個重要指標(biāo)，也是集中反映灌溉工程質(zhì)量、灌溉技術(shù)水平和灌溉用水管理水平的一項綜合指

2、標(biāo)。目前統(tǒng)計出的灌溉水利用系數(shù)差異很大，有的僅有0.2，而有的高達(dá)0.78，很多數(shù)據(jù)明顯地存在錯誤，難以正確制定地區(qū)發(fā)展規(guī)劃，也難以有針對性地指導(dǎo)全國節(jié)水灌溉的發(fā)展。一、灌溉水利用系數(shù)的傳統(tǒng)測定方法灌溉水利用系數(shù)是指從水庫、河流引來或提取的地表水，或用水泵從井內(nèi)提取的地下水，通過采用必要的工程技術(shù)措施，引水到田間被作物吸收利用的程度。亦指在一次灌水期間被農(nóng)作物利用的凈水量與水源渠首處總引進(jìn)水量的比值。灌溉水從水源引入到田間作物吸收利用，在這個過程中的水量損失，可分解成渠系輸水損失和田間灌水損失兩部分。相應(yīng)地灌溉水利用系數(shù)可分解為渠系水利用系數(shù)和田間水利用系數(shù)兩部分。渠系水利用系數(shù)反映了從渠首到

3、末級渠道的各級輸、配水渠道的輸水損失，表示了整個渠系的水的利用率，其值等于各級渠道水利用系數(shù)的乘積。渠道水利用系數(shù)等于該渠道同時期放人下一級渠道的流量(水量)之和與該級渠道首端進(jìn)入的流量(水量)的比值?？煞謩e用下式計算：=Wj/W0=qt(1)q=gzdn(2)S=QX/QS=WX/WS(3)式中：為灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)；Wj為灌溉時能夠被農(nóng)作物利用的凈水量；W0為渠首引入的總水量；q為渠系水利用系數(shù)；t為田間水利用系數(shù)；g、z、d、n分別為干、支、斗、農(nóng)渠的加權(quán)平均渠道水利用系數(shù)；S為渠道水利用系數(shù)；QX、WX分別為該級渠道同時期放人下一級渠道的流量、水量；QS、WS分別為該級渠道首端進(jìn)入的流

4、量、水量。對于井渠結(jié)合灌區(qū)應(yīng)分別算出井灌水利用系數(shù)和渠灌水利用系數(shù)，然后根據(jù)井灌的地下水利用量與渠灌的渠首引水量進(jìn)行加權(quán)平均：=(W11+W0q)/(W1+W0)(4)式中：W1為灌溉時井灌的地下水利用量；1為井灌灌溉水利用系數(shù)。計算某級渠道的加權(quán)平均渠道水利用系數(shù)時，應(yīng)用同級各條渠道實(shí)測的正常流量值與相應(yīng)的渠道水利用系數(shù)的乘積求得，即：S=(Qii)/Qi(i=1，2，n)()式中：Qi為某級渠道的第i條渠道實(shí)際流量；i為某級渠道的第i條渠道的水利用系數(shù)。田間水利用系數(shù)為灌溉水貯存到作物計劃濕潤層中的凈水量與從渠系末端進(jìn)入田間水量的比值。即：t=Wj/Wt=mjAj/Wt(6)式中：mj為設(shè)

5、計凈灌水定額(m3/hm2)；Aj為末級固定渠道控制的實(shí)灌面積(hm2)；Wt為末級固定渠道放出進(jìn)入田間的總水量(m3)。渠道損失水量測定方法分為動水測定法及靜水測定法。1.動水測定法根據(jù)渠道沿線的水文地質(zhì)條件，選擇有代表性的渠段，中間無支流，其長度應(yīng)滿足以下要求：流量小于lm3/s時，渠道長不小于lkm；流量為1l0m3/s時，渠道長不小于3km；流量為1030m3/s時，渠道長不小于5km；流量大于30m3/s時，渠道長不小于l0km。觀測上、下游兩個斷面相同時段的流量，其差值即為損失水量。2.靜水測定法選擇一段具有代表性的渠段，長度50l00m，兩端堵死，渠道中間設(shè)置水位標(biāo)志，然后向渠中

6、充水，觀測該渠段內(nèi)水位下降過程，根據(jù)水位變化即可計算出損失水量和渠系水利用系數(shù)。渠段的水量損失測出后，換算成單位長度水量損失率，即可計算出渠道水利用系數(shù)：S=1-L(7)式中：L為渠道長度(km)。田間水利用系數(shù)的測定法。在灌區(qū)中選擇有代表性的灌溉地塊，通過實(shí)測灌水前后1-3天內(nèi)土壤含水量的變化，計算凈灌水定額，用下式算出田間水利用系數(shù)：t=102(2-1)HAj/Wt(8)式中：1、2分別為灌水前后作物計劃濕潤層的土壤含水率(以干土重的百分?jǐn)?shù)表示)；為土的干容重(t/m3)；H為作物計劃濕潤層深度(m)；其余符號意義同前。水稻如采用旱作栽培，則田間水利用系數(shù)的計算和測定方法同上；如采用淹灌，

7、則凈灌水定額為灌后達(dá)到田面設(shè)計水層深度增加的水量與穩(wěn)定滲漏量之和。二、傳統(tǒng)測定方法存在的問題1.測定工作量很大一個灌區(qū)的固定渠道一般都有干、支、斗、農(nóng)4級，大型灌區(qū)級數(shù)更多，而每一個級別的渠道又有多條，特別是斗、農(nóng)渠數(shù)量更多，計算某級渠道的加權(quán)平均渠道水利用系數(shù)時，測定工作量很大。灌溉地塊自然條件和田間工程情況也存在差異，要取得較準(zhǔn)確的田間水利用系數(shù)，需要選擇眾多的典型區(qū)進(jìn)行測定?？梢姡瑹o論是渠系水利用系數(shù)，還是田間水利用系數(shù)，測定工作量都很大。如廣西壯族自治區(qū)為了摸清渠系水利用系數(shù)，為農(nóng)田水利管理與建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，曾在20世紀(jì)80年代初期采用傳統(tǒng)的動水測試法對全區(qū)22個重點(diǎn)灌區(qū)進(jìn)行了渠系水

8、利用系數(shù)測試，當(dāng)時投資了88萬元，累計實(shí)測灌區(qū)各級渠道長5923.2km，實(shí)測渠段2640段，參加測試人員達(dá)3850人。2.測試條件要求嚴(yán)格，難以保證對于灌區(qū)來講，要在面廣渠多的灌溉用水情況下停止供水來進(jìn)行靜水測試是難以做到的，一般采用動水測試法進(jìn)行全面測試。采用動水測試法測定渠道水利用系數(shù)時，需要有穩(wěn)定的流量，測渠段中間無支流，下一級渠首分水點(diǎn)的觀測時間必須和水的流程時間相適應(yīng)，這些必要條件難以做到。3.要求掌握測試技術(shù)的人員較多大多數(shù)灌區(qū)不常進(jìn)行灌溉水利用系數(shù)的測算，測流設(shè)備較少，掌握測流技術(shù)的人員也較少。對于灌區(qū)來講，進(jìn)行一次全面的灌溉水利用系數(shù)測量，需要大量的人員掌握測試技術(shù)，這對于許

9、多灌區(qū)是難以達(dá)到的。如廣西壯族自治區(qū)在對22個灌區(qū)進(jìn)行灌溉水利用系數(shù)測量時，舉辦了14期測流培訓(xùn)班，參加學(xué)習(xí)人員達(dá)560人次。4.灌溉水利用系數(shù)的代表性較差灌區(qū)不同的水文年或不同時期的來水和用水情況不同，渠首引進(jìn)的流量或水量亦不相同，灌區(qū)的實(shí)灌面積也不相同，因此灌溉水利用系數(shù)每次灌水都不相同。目前灌區(qū)只用某次測定計算得出的灌溉水利用系數(shù)來代替所有的情況，不能反映灌區(qū)一段時期、甚至當(dāng)年的實(shí)際灌溉水利用情況。目前我國灌區(qū)正在實(shí)施以節(jié)水為目標(biāo)的技術(shù)改造，渠道防滲、田間節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用使灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)也隨之改變，以往測定的灌溉水利用系數(shù)就更缺乏代表性，而隨著不斷改造的渠道狀況的變化，利用傳統(tǒng)測

10、定方法，進(jìn)行一次次地測定又難以做到。三、灌溉水利用系數(shù)的影響因素灌溉水的水量損失主要有：滲水損失。包括各級輸水渠道通過渠底、邊坡土壤空隙滲漏的水量和田間深層滲漏的水量。漏水損失。包括由于地質(zhì)條件、生物作用或施工不良而形成漏縫或裂隙損失的水量，或因管理不善引起的田面流失及泄水損失，工程失修引起的建筑物漏水等原因造成的水量損失，這是應(yīng)該在施工、管理中加以避免的。蒸發(fā)損失。沿渠道水面蒸發(fā)的水量，可根據(jù)水面蒸發(fā)資料及渠道總水面積近似求得，其量很小，可以忽略不計。在這三種輸水損失中，滲水損失最大，漏水損失次之，水面蒸發(fā)損失最小。據(jù)河南省人民勝利渠的試驗(yàn)資料，三者分別占總輸水損失的81%、17%和2%。灌

11、溉水的水量損失，直接影響著灌溉水的利用程度，因此，灌溉水利用系數(shù)的影響因素從灌溉水量損失方面來考慮主要有防滲措施、土壤質(zhì)地及地下水埋深、灌區(qū)類型、灌區(qū)地理位置、灌區(qū)規(guī)模、渠道級別及灌溉技術(shù)等。1.灌區(qū)規(guī)模的影響灌區(qū)規(guī)模也就是灌區(qū)各級渠道的數(shù)量、長度以及渠道的輸水流量。一般來講，大型灌區(qū)灌溉面積大，各級渠道的數(shù)量和長度必然增多，在輸配水的過程中滲漏損失大，其有效利用系數(shù)就小。反之，灌區(qū)小，渠道數(shù)量少，長度短，輸水損失小，其利用系數(shù)就大。如南方某地區(qū)實(shí)測不同規(guī)模灌區(qū)渠系水利用系數(shù)情況見表1。表1南方某地區(qū)實(shí)測不同規(guī)模灌區(qū)渠系水利用系數(shù)情況灌區(qū)規(guī)模干渠支渠斗渠渠系13333hm2(20萬畝)以上0.

12、8150.6750.7410.4093333-13333hm2(5萬-20萬畝)0.7770.7260.7790.439667-3333hm2(1萬-5萬畝)0.7360.7580.8070.4502.渠道級別的影響灌區(qū)的干、支、斗等各級渠道由于斷面大小、長度、斗閘門完好率、土壤、地形、水文地質(zhì)、防滲襯砌長度以及管理養(yǎng)護(hù)水平的不同，直接影響到滲漏損失的大小，渠道有效利用系數(shù)也就不同。從表1中可以看出，南方某地區(qū)斗渠的渠道水利用系數(shù)較高。其原因是該地區(qū)絕大部分的斗渠比干、支渠都短，有的出水口直接灌水到田間，輸水損失較小，其有效利用系數(shù)就高。而該地區(qū)干、支渠都是盤桓于山丘坡地間，未進(jìn)入田間，渠道滲

13、漏損失較大，而干渠防滲率較支渠高，多數(shù)支渠未作防滲襯砌，滲漏損失比干渠大，同時在管理工作上也往往比較重視干渠的管理養(yǎng)護(hù)及用水管理，這就造成了該地區(qū)支渠的渠道水利用系數(shù)比干渠和斗渠低的情況。3.不同地區(qū)的影響不同地區(qū)的地形地貌不同、水文地質(zhì)條件不同，對灌溉水利用系數(shù)的影響也不同。土層瘠薄、砂質(zhì)土壤多、透水性強(qiáng)、不易蓄水的地區(qū)，渠道滲漏損失較大，灌溉水利用系數(shù)就較低。而土層覆蓋較厚、黏性土壤多、地下水位比較淺、地勢較平坦的地區(qū)，渠道滲漏損失較小，灌溉水的利用系數(shù)也就較高。同時，不同地區(qū)或同一地區(qū)不同年份的水文氣象條件不同，其對灌溉水利用系數(shù)的影響也不同。因此，較大范圍地區(qū)的灌溉水利用系數(shù)應(yīng)由該范圍

14、內(nèi)不同灌區(qū)、不同代表年的灌溉水利用系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均求得，否則，其代表性就較差。4.不同防滲措施的影響渠道不同的防滲標(biāo)準(zhǔn)直接影響著渠系水利用系數(shù)。南方某地區(qū)兩個灌區(qū)對不同防滲措施進(jìn)行了渠道水利用系數(shù)的測定，結(jié)果表明，在同一渠段，渠道的水文地質(zhì)及管理水平等都相同的情況下，防滲前后每公里渠道水利用率具有明顯的變化，而且，不同防滲措施的渠道水利用系數(shù)相差也較大，見表2。表2南方某地區(qū)兩個灌區(qū)不同防滲措施的渠道水利用系數(shù)渠道名稱防滲前每公里渠道水利用率(%)防滲措施防滲后每公里渠道水利用率(%)A灌區(qū)一干渠66.12漿砌料石，勾縫95.0A灌區(qū)二干渠90.91漿砌料石，勾縫95.82B灌區(qū)一干一支81.

15、50現(xiàn)澆混凝土99.25B灌區(qū)一干二支91.70現(xiàn)澆混凝土99.425.不同灌區(qū)類型的影響灌溉工程一般有蓄水工程、引水工程以及提水工程等類型。一般情況下，引水工程的管理條件比蓄水工程差，工程質(zhì)量也較差，而提水工程渠道防滲襯砌較好，用水管理制度也較健全，管理也比蓄水及引水灌區(qū)好，所以提水工程的渠系水利用系數(shù)普遍比蓄水工程及引水工程灌區(qū)高。另外，輸水渠道中填方渠道比挖方渠道的渠道水利用系數(shù)要小，這是因?yàn)樘罘角辣仍孛娓?，土壤顆粒松散，向渠外自然形成較大的水力坡降，滲漏排水快，造成輸水損失大。灌區(qū)面積越集中，灌溉水利用系數(shù)越大；灌區(qū)面積分散，成長條狀的，輸水渠道必然較長，沿途輸水損失也就加大，渠系水利用系數(shù)相應(yīng)就小。6.不同灌溉技術(shù)的影響技術(shù)因素包括工程節(jié)水技術(shù)和非工程節(jié)水技術(shù)