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)年的實際灌溉水利用情況。加強對灌溉水利用系數(shù)測量工作，才能真實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標(biāo)。目前統(tǒng)

2、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 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)反映了從渠首到末

3、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入的流量( 水量 ) 的比值?？煞謩e用下式計算：=Wj/W0= qt(1) = (2)qgz d nS=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)；Q X、WX 分別為該級渠道同時期放人下一級渠

4、道的流量、水量；QS、 WS 分別為該級渠道首端進入的流量、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行加權(quán)平均：=(W11+W0 q)/(W 1+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=(Qi i )/ Qi (i=1 ， 2， ， n)( )式中： Qi 為某級渠道的第 i 條渠道實際流量； 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

5、濕潤層中的凈水量與從渠系末端進入田間水量的比值。即： =W/W =mA /W(6)tjtj jt式中： mj 為設(shè)計凈灌水定額 (m3/hm2) ；Aj為末級固定渠道控制的實灌面積(hm2) ；t3W為末級固定渠道放出進入田間的總水量(m ) 。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3時，渠道長不小于5km；流量大于3時，道長不小于 3km；流量為 1030m/s30m/s渠道長不小于 l0km。觀測上、下游兩個斷面

6、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

7、 ( 以干土重的百分數(shù)表示 ) ； 為土的干容重 (t/m 3) ；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，則凈灌水定額為灌后達到田面設(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，要取得較準確的田間水利用系數(shù)，需要選擇眾多的典型區(qū)進行測定。可見，無論是渠系水利用

8、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 80年代初期采用傳統(tǒng)的動水測試法對全區(qū) 22 個重點灌區(qū)進行了渠系水利用系數(shù)測試，當(dāng)時投資了 88 萬元，累計實測灌區(qū)各級渠道長 5923.2km，實測渠段 2640 段，參加測試人員達 3850 人。2.測試條件要求嚴格，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行靜水測試是難以做到的，一般采用動水測試法進行全面測試。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，下一級渠首分水點的觀測時間必須和水的流程時間相適應(yīng)，這

9、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)，這對于許多灌區(qū)是難以達到的。如廣西壯族自治區(qū)在對 22 個灌區(qū)進行灌溉水利用系數(shù)測量時，舉辦了 14 期測流培訓(xùn)班，參加學(xué)習(xí)人員達 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，渠首引進的流量或水量亦不相同，灌區(qū)的實灌面積也不相同，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

10、時期、甚至當(dāng)年的實際灌溉水利用情況。目前我國灌區(qū)正在實施以節(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)測定方法，進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

11、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資料，三者分別占總輸水損失的 81%、 17%和 2%。灌溉水的水量損失，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

12、系數(shù)就小。表 1 南方某地區(qū)實測不同規(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2萬畝 )0.6 7410.40913333hm(20.8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)實測不同規(guī)模灌區(qū)渠系水利用系數(shù)情況見表 1。以上3333-13333hm2(50.77790.4390萬-20 萬畝 ).667-3333hm2(1 萬00.78070.450-5 萬畝).2.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

13、。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，未進入田間，渠道滲漏損失較大，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、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

14、、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)由該范圍內(nèi)不同灌區(qū)、不同代表年的灌溉水利用系數(shù)進行加權(quán)平均求得，否則，其代表性就較差。表 2南方某地區(qū)兩個灌區(qū)不同防滲措施4.不同防滲措施的影響渠道不同的防滲標(biāo)準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)

15、相差也較大，見表 2。的渠道水利用系數(shù)防滲前每公防滲后每公渠道名稱里渠道水利防滲措施里渠道水利用率 (%)用率 (%)A 灌區(qū)一干漿砌料石，勾66.1295.0渠縫A 灌區(qū)二干90.91漿砌料石，勾95.82渠縫B 灌區(qū)一干81.50現(xiàn)澆混凝土99.25一支B 灌區(qū)一干91.70現(xiàn)澆混凝土99.42二支5.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，這是因為填方渠道比原地面高，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