灌溉水利用系數(shù)傳統(tǒng)測(cè)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(cè)定方法存在問題及影響因素分析口 許建中 趙競(jìng)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(jí)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(dòng)水測(cè)定法或靜水測(cè)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(shí)期甚至當(dāng)年的實(shí)際灌溉水利用情況。加強(qiáng)對(duì)灌溉水利用系數(shù)測(cè)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(cè)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(guò)程，灌溉水利用程度的一個(gè)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(xiàng)綜合指

2、標(biāo)。目前統(tǒng)計(jì)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(cuò)誤，難以正確制定地區(qū)發(fā)展規(guī)劃，也難以有針對(duì)性地指導(dǎo)全國(guó)節(jié)水灌溉的發(fā)展。一、灌溉水利用系數(shù)的傳統(tǒng)測(cè)定方法灌溉水利用系數(shù)是指從水庫(kù)、河流引來(lái)或提取的地表水，或用水泵從井內(nèi)提取的地下水，通過(guò)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(gè)過(guò)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(jí)渠道的各級(jí)輸、配水渠道的輸水損失，表示了整個(gè)渠系的水的利用率，其值等于各級(jí)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(shí)期放人下一級(jí)渠道的流量(水量)之和與該級(jí)渠道首端進(jìn)入的流量(水量)的比值?？煞謩e用下式計(jì)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(shí)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(jí)渠道同時(shí)期放人下一級(jí)渠道的流量、水量；QS、WS分別為該級(jí)渠道首端進(jìn)入的流

4、量、水量。對(duì)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(shí)井灌的地下水利用量；1為井灌灌溉水利用系數(shù)。計(jì)算某級(jí)渠道的加權(quán)平均渠道水利用系數(shù)時(shí)，應(yīng)用同級(jí)各條渠道實(shí)測(cè)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(jí)渠道的第i條渠道實(shí)際流量；i為某級(jí)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(jì)劃濕潤(rùn)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(jì)凈灌水定額(m3/hm2)；Aj為末級(jí)固定渠道控制的實(shí)灌面積(hm2)；Wt為末級(jí)固定渠道放出進(jìn)入田間的總水量(m3)。渠道損失水量測(cè)定方法分為動(dòng)水測(cè)定法及靜水測(cè)定法。1.動(dòng)水測(cè)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(wú)支流，其長(zhǎng)度應(yīng)滿足以下要求：流量小于lm3/s時(shí)，渠道長(zhǎng)不小于lkm；流量為1l0m3/s時(shí)，渠道長(zhǎng)不小于3km；流量為1030m3/s時(shí)，渠道長(zhǎng)不小于5km；流量大于30m3/s時(shí)，渠道長(zhǎng)不小于l0km。觀測(cè)上、下游兩個(gè)斷面相同時(shí)段的流量，其差值即為損失水量。2.靜水測(cè)定法選擇一段具有代表性的渠段，長(zhǎng)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(cè)該渠段內(nèi)水位下降過(guò)程，根據(jù)水位變化即可計(jì)算出損失水量和渠系水利用系數(shù)。渠段的水量損失測(cè)出后，換算成單位長(zhǎng)度水量損失率，即可計(jì)算出渠道水利用系數(shù)：S=1-L(7)式中：L為渠道長(zhǎng)度(km)。田間水利用系數(shù)的測(cè)定法。在灌區(qū)中選擇有代表性的灌溉地塊，通過(guò)實(shí)測(cè)灌水前后1-3天內(nèi)土壤含水量的變化，計(jì)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(jì)劃濕潤(rùn)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(jì)劃濕潤(rùn)層深度(m)；其余符號(hào)意義同前。水稻如采用旱作栽培，則田間水利用系數(shù)的計(jì)算和測(cè)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(jì)水層深度增加的水量與穩(wěn)定滲漏量之和。二、傳統(tǒng)測(cè)定方法存在的問題1.測(cè)定工作量很大一個(gè)灌區(qū)的固定渠道一般都有干、支、斗、農(nóng)4級(jí)，大型灌區(qū)級(jí)數(shù)更多，而每一個(gè)級(jí)別的渠道又有多條，特別是斗、農(nóng)渠數(shù)量更多，計(jì)算某級(jí)渠道的加權(quán)平均渠道水利用系數(shù)時(shí)，測(cè)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(cè)定。可見，無(wú)論是渠系水利用系數(shù)，還是田間水利用系數(shù)，測(cè)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(dòng)水測(cè)試法對(duì)全區(qū)22個(gè)重點(diǎn)灌區(qū)進(jìn)行了渠系水

8、利用系數(shù)測(cè)試，當(dāng)時(shí)投資了88萬(wàn)元，累計(jì)實(shí)測(cè)灌區(qū)各級(jí)渠道長(zhǎng)5923.2km，實(shí)測(cè)渠段2640段，參加測(cè)試人員達(dá)3850人。2.測(cè)試條件要求嚴(yán)格，難以保證對(duì)于灌區(qū)來(lái)講，要在面廣渠多的灌溉用水情況下停止供水來(lái)進(jìn)行靜水測(cè)試是難以做到的，一般采用動(dòng)水測(cè)試法進(jìn)行全面測(cè)試。采用動(dòng)水測(cè)試法測(cè)定渠道水利用系數(shù)時(shí)，需要有穩(wěn)定的流量，測(cè)渠段中間無(wú)支流，下一級(jí)渠首分水點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)間必須和水的流程時(shí)間相適應(yīng)，這些必要條件難以做到。3.要求掌握測(cè)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(cè)算，測(cè)流設(shè)備較少，掌握測(cè)流技術(shù)的人員也較少。對(duì)于灌區(qū)來(lái)講，進(jìn)行一次全面的灌溉水利用系數(shù)測(cè)量，需要大量的人員掌握測(cè)試技術(shù)，這對(duì)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(duì)22個(gè)灌區(qū)進(jìn)行灌溉水利用系數(shù)測(cè)量時(shí)，舉辦了14期測(cè)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(shí)期的來(lái)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(cè)定計(jì)算得出的灌溉水利用系數(shù)來(lái)代替所有的情況，不能反映灌區(qū)一段時(shí)期、甚至當(dāng)年的實(shí)際灌溉水利用情況。目前我國(guó)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(cè)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(cè)

10、定方法，進(jìn)行一次次地測(cè)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(jí)輸水渠道通過(guò)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(jì)。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(lái)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(jí)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(jí)渠道的數(shù)量、長(zhǎng)度以及渠道的輸水流量。一般來(lái)講，大型灌區(qū)灌溉面積大，各級(jí)渠道的數(shù)量和長(zhǎng)度必然增多，在輸配水的過(guò)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(zhǎng)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(cè)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(cè)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(wàn)畝)以上0.

12、8150.6750.7410.4093333-13333hm2(5萬(wàn)-20萬(wàn)畝)0.7770.7260.7790.439667-3333hm2(1萬(wàn)-5萬(wàn)畝)0.7360.7580.8070.4502.渠道級(jí)別的影響灌區(qū)的干、支、斗等各級(jí)渠道由于斷面大小、長(zhǎng)度、斗閘門完好率、土壤、地形、水文地質(zhì)、防滲襯砌長(zhǎng)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(shí)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(duì)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(shì)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(shí)，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(duì)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(gè)灌區(qū)對(duì)不同防滲措施進(jìn)行了渠道水利用系數(shù)的測(cè)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(gè)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?xiàng)l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(zhǎng)條狀的，輸水渠道必然較長(zhǎng)，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)