灌溉水利用系数

2024-10-21

灌溉水利用系数（精选6篇）

灌溉水利用系数篇1

不断提高农业灌溉用水效率和用水效益是发展节水灌溉的最终目标, 目前灌溉用水效率已广泛通过灌溉水有效利用系数来表征。灌溉水有效利用系数是指灌区田间净灌溉用水量与灌溉系统从水源取用的毛灌溉用水量的比值。它是反映灌区从水源引进的灌溉水能被作物吸收利用程度的重要指标, 也是反映灌区水利工程设施质量、输配水和田间灌水工程质量、工程技术和管理水平高低的综合指标[1]。因此, 本文以尚志市为研究对象, 分析了2013年全市平均农田灌溉水有效利用系数, 以科学指导当地节水灌溉发展及水资源优化利用与管理。

1测算分析方法与样点灌区选择

根据灌溉水有效利用系数的定义, 《全国灌溉水有效利用系数测算分析技术指导细则》采用“首尾测算分析法”[1,2,3], 计算公式如下:

式中, η为灌区灌溉水有效利用系数;W净、W毛分别为灌区净、毛灌溉用水总量 (m3) 。

根据《细则》中对于样点灌区选择与数量确定的相关要求, 结合尚志市实际情况, 共选择了6个样点灌区, 分别为中型灌区:马延灌区和河东灌区;小型灌区:沙沟子灌区和周山灌区;井灌区:长寿乡万发村和长寿乡一曼村。

2农田灌溉水有效利用系数测算

参考王景山等[2]的研究, 测算过程主要有典型田块选择、典型田块单位面积均净灌溉用水量量测、样点灌区年毛灌溉用水总量计算、样点灌区年净灌溉用水总量测算、样点灌区灌溉水有效利用系数计算、各类型灌区灌溉水有效利用系数计算、全市灌溉水有效利用系数计算等步骤与过程。

经过计算, 尚志市中型灌区、小型灌区、井灌区的农田灌溉水有效利用系数分别为0.43、0.48、0.58, 全市2013年农田灌溉水有效利用系数为0.48。

3结果与分析

通过上述测算分析可知, 2013年尚志市农田灌溉水有效利用系数为0.48, 接近全国平均水平0.52。从灌溉水的损失途径进行分析, 影响农田灌溉水有效利用系数的主要因素有工程措施、管理措施和技术措施等。其中, 对于尚志市来说, 工程措施是最主要的影响因素。

通过采取管道输水、渠道防渗等工程措施, 可大大减少灌溉水的渗漏损失, 提高输水效率, 从而提高灌溉水利用系数[1,2,3,4]。但这并不是减少输水损失的唯一措施, 通过井渠结合、提高灌区内的调蓄能力和反调节能力、配套田间工程、进行土地平整等, 均可提高灌溉水利用系数[5,6,7]。

2010年, 尚志市水务局编制了2010—2020年的《尚志市农田水利建设规划》, 总投资为54 025.9万元, 主要建设内容为中小型灌区固定渠道及配套建筑物、小型塘坝、小型泵站、灌溉机电井、旱田节水灌溉等改造工程。规划中小型灌区13处, 配套建筑物2 479座, 整修渠道661.3 km;小型塘坝137座, 拦河坝工程33处, 小型灌溉泵站111处, 灌溉机井125眼。工程建设总目标是新增供水能力6 363万m3, 改善灌溉面积1.56万hm2, 新增有效灌溉面积0.72万hm2, 高效节水灌溉面积0.28万hm2, 将工程完好率提高到60%, 渠系水利用率由0.55提高到0.6, 灌溉保证率达到75%。

2010年, 尚志市人民政府实施了《黑龙江省尚志市粮食生产能力建设规划实施方案》。方案包括了水利化工程、基本农田建设、防灾减灾体系建设等多项工程。其中, 水利化工程的主要建设内容为大中型灌区及配套工程建设、水源工程建设和抗旱应急水源工程建设。规划至2015年, 计划完成马延、鱼池、亚布力、庆阳、大泥河等5个国有灌区配套改造建设, 新增灌溉面积1 666.67 hm2, 改善水田面积5 666.67hm2, 总投资1.28亿元;计划建设以灌溉为主的水源工程, 续建小型水库工程4座, 增加供水能力2 400万m3, 总投资0.22亿元;计划建设以抗旱为主的水源工程, 维修渠首44座, 维修塘坝12座, 新打机井450眼, 增加灌溉能力1 860万m3, 可补水灌溉1.08万hm2, 总投资0.64亿元。基本农田建设工程的主要建设内容为水田改造工程、旱田治理工程、小流域生态工程治理和土地整理工程。规划至2015年, 续建配套一些必要的蓄水工程, 水田改善工程总控制面积0.532万hm2;旱田节水灌溉工程以新打机电井为主, 分布在12个乡镇, 并结合农业措施、林业措施等;水土流失治理以小流域为单元, 以丘陵沟壑区的亚布力等10个乡镇为重点, 规划至2015年完成小流域治理面积达到0.64万hm2[8]。

灌区应根据实际情况, 基于技术经济比较, 兼顾骨干工程与田间工程。在田间工程配套的基础上, 平整土地, 为推广先进的灌水方法与技术创造条件, 也是实现水的高效利用的重要途径[1,2]。

参考文献

[1]张荣彪, 王慧春, 王春光.浅议提高灌溉水利用率的途径[J].水利科技与经济, 2007 (12) :934-935.

[2]王景山, 党素珍, 李海霞, 等.宁夏现状灌溉水利用系数研究[J].人民黄河, 2014, 36 (2) :82-84.

[3]吴玉芹, 李远华, 刘丽艳.提高灌溉水利用率的途径研究[J].中国水利, 2001 (11) :71-72.

[4]孙淑芹.如何提高我市灌溉水的利用率[J].黑龙江科技信息, 2011 (28) :300.

[5]周明球汤井婷汪练练, 等.灌南县农田灌溉水有效利用系数测算分析[J].江苏水利, 2015 (3) :18-20.

[6]李远华.灌溉用水有效利用系数的影响因素及其提高策略[J].水利水电技术, 2009 (8) :113-116.

[7]李英能.浅论灌区灌溉水利用系数[J].中国农村水利水电, 2003 (7) :23-26.

[8]王永维.温室地下蓄热平地漫灌育苗系统研究[D].杭州:浙江大学, 2004.

灌溉水利用系数篇2

巢湖市国土面积2 046.14 km2, 农作物种类较多。截至2013 年底, 巢湖市有效灌溉面积5.596 万hm2, 节水灌溉面积3 110 hm2, 除涝面积2.377 万hm2。至2013 年底, 全市共有不小于3.33 hm2的灌区413 处, 有效灌溉面积5.42 万hm2;万亩以上灌区17 个, 其中提水灌区16 个, 水库灌区1 个, 总灌溉面积3.30 万hm2。

农业灌溉水利用系数是农业灌溉过程中衡量灌溉水从水源地引进利用到农田中而被农作物吸收的利用率的重要指标, 其概念是在一次完整的灌水流程当中, 被农作物所吸收利用的灌溉水利用量与水源地引入的灌溉水量的比值。灌溉水利用系数可用于综合评价农业灌溉水的资源利用程度, 从而为各类型灌区配套设施的建设及节水改造工程的开展提供一定的数据参考。影响农业灌溉水利用系数的因素主要有如下几方面, 包括漏水、渗水及蒸发因素导致的农业灌溉水资源损失。农业灌溉水利用系数的测定方法主要包括首位测定法、典型渠段测量法及综合测定方法。本文根据巢湖市各样点灌区的数据资料, 采用首位方法测算各灌区的农业灌溉水利用系数, 并进行综合分析, 结合巢湖市水利灌溉实际情况, 寻求有效的农业灌溉方式, 以充分利用农业灌溉水资源, 提高农业灌溉效率。

1 灌区选择与测算分析方法

1.1 样点灌区选择

在选择样点灌区时应综合考虑灌区分布、地形地貌、水源条件等多种因素, 遵循具有代表性、具备测算工作基本条件、稳定性等原则, 并按照表1 的要求进行样点灌区的选择。

1.2 样点灌区测算分析方法

1.2.1 灌溉水利用系数。灌溉水利用系数测算采用首尾测算分析法[1], 见式 (1) :

式 (1) 中:ηw为灌溉水利用系数;Wj为净灌溉用水总量, m3;Wa为毛灌溉用水总量, m3;

1.2.2 毛灌溉用水量。毛灌溉用水量的值等于取水总量减去渠道弃水量。塘坝灌区还应考虑塘堰坝拦蓄降雨或其他方式增加的供水量。

1.2.3 旱作净灌溉定额计算。旱作充分灌溉情况下, 有灌溉用水则直接计算净灌溉用水量;否则结合水文气象统计资料, 计算实际净灌溉用水量。

各类旱作物生育期净灌溉定额通过水量平衡的原理[2]进行计算, 计算公式见式 (2) :

式 (2) 中:Mi表示第i种作物净灌溉定额, 单位为mm;ETci表示第i种作物的水分蒸腾量, 单位为mm;Pe表示作物生育期内的有效降雨量, 单位为mm;Gei表示第i种作物生育期内利用的地下水量, 单位为mm;ΔW为生育期始末土壤储水量的变化值, 单位为mm[3,4]。

旱作非充分灌溉情况下, 应通过对作物灌水情况的调查, 估算实际灌水量, 与计算值进行比较, 并确定作物的净灌水定额和净灌溉定额。

1.2.4 水稻净灌溉定额计算。水稻全生育期净灌溉定额计算式见式 (3) :

式 (3) 中:Mi表示水稻净灌溉定额, 单位为mm;ETc表示水稻的水分蒸腾量, 单位为mm;Pe表示水稻生育期内的有效降雨量, mm;Fd表示水稻全生育期的水分渗漏量, mm;Me表示插秧前的泡田定额, 单位为mm;Ge表示水稻全生育期利用地下水的量, 单位为mm。

参考作物蒸发腾发量 (ET0) 采用彭曼- 蒙特斯公式, 根据气象资料以日、旬、月为时段进行计算。作物系数 (Kc) 受多方面因素影响, 根据安徽省主要作物需水量等值线图研究成果与84 种作物的标准作物系数和修正公式, 并结合部分灌溉试验站的资料确定巢湖市主要种植作物生育时期及分月作物系数[5,6,7,8,9]。

作物需水量ETc值计算式见式 (4) :

式 (4) 中:ET0表示参考作物蒸发量, Kci表示作物系数。

有效降雨量Pe的计算, 计算公式见式 (5) :

式 (5) 中:P1表示降雨所产生的地表径流, 单位为mm;P2表示降雨所产生的深层渗漏量, 单位为mm。

式 (6) 中:σ 表示降雨有效利用系数。

1.2.5 净灌溉用水总量。灌区净灌溉用水总量用式 (7) 计算:

式 (7) 中:Mi表示灌区第i种作物平均净灌溉用水量, 单位为mm;Ai表示灌区第i种作物实灌面积, 单位为667 m2;N表示灌区总作物种类数。

1.2.6 巢湖市灌溉水利用系数平均值。结合大型灌区、中型灌区和小型灌区灌溉用水量通过加权平均方法得出[3,4], 计算公式见式 (8) :

式 (8) 中:Wa大型表示巢湖市大型灌区灌溉用水量, 单位为万m3;Wa中型表示巢湖市中型灌区灌溉用水量, 单位为万m3;Wa小型表示巢湖市小型灌区灌溉用水量, 单位为万m3。

2 结果与分析

巢湖市自流灌区水源主要为水库蓄水、塘坝水源补充灌溉, 提水灌区多为提引长江、淮河水系水源。1 座大型提水灌区样点灌区、1 座中型自流样点灌区、3 座中型提水灌区、6 座小型自流灌区、2 座小型提水灌区测算灌溉水利用系数分别为0.511 3、0.521 8、0.521 8~0.555 4、0.543 6~0.604 8、0.541 0~0.655 2。得到2014 年巢湖市农田灌溉用水有效利用系数值为0.550 0[10,11,12,13,14]。

巢湖市各灌区农田灌溉用水有效利用系数计算分析过程中将灌区现场观测分析与调查资料进行比较, 同时进行微观模型研究与宏观分析评价, 并与安徽省灌溉试验站历年历史资料与观测实验资料进行对比, 不同规模与水源类型灌区灌溉水利用系数均值通过各调查典型灌区灌溉水利用系数的灌区供水量加权平均求得, 与巢湖市已有相关资料对比, 得出本次测算结果是合理的[15,16,17,18,19,20,21,22]。

3 结论

巢湖市以中小型灌区为主, 其农田灌溉用水有效利用系数并不算高, 应该完善田间配套工程, 采取更有效的农业节水方法, 从而提高农业灌溉水利用效率, 节约水资源[23,24,25,26]。

摘要：通过计算灌溉水有效利用系数, 合理评价灌区工程节水效果。选取巢湖市13处样点灌区, 采用首位方法测算样点灌区灌溉用水有效利用系数, 从而推算巢湖市农田灌溉用水有效利用系数为0.550 0。根据结果分析, 针对以中小型灌区为主的巢湖市, 应该寻求有效的农业节水方式, 提高农田灌溉用水效率。

灌溉水利用系数篇3

我国水资源缺乏, 而且农业灌溉用水浪费现象十分严重。灌区是我国主要的粮食生产基地, 灌区农业在各省经济发展中占有重要地位。灌溉用水有效利用系数是反映灌区从水源引进的灌溉水能被作物吸收利用程度的重要指标。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出要将农田灌溉水有效利用系数提高到0.53 以上, 2011年中央1号文件首次聚焦水利, 提出农田灌溉水有效利用系数提高到0.55以上, 研究灌溉用水有效利用系数测定方法具有重要意义。王洪斌等对静态和动态测定法测定灌溉水有效利用系数的方法进行了对照分析[1];冯广平等采用零通量面法计算田间灌溉水土壤有效积蓄量, 进而计算灌溉水有效利用系数[2];高峰等对灌溉水利用系数测定方法中的首尾测定法和典型渠道测量法进行了分析和比较, 提出了综合测定法[3]。文献缺乏对灌溉水利用系数内涵的深入分析及其各种测定方法的论述比较。本文深入分析了灌溉水有效利用系数的内涵, 系统总结了灌溉水有效利用系数的测定方法, 并对各测定方法进行了比较分析。

1 灌溉水有效利用系数内涵

1.1 灌溉水有效利用系数概念

(1) 灌区灌溉水有效利用系数为田间所需的净流量 (或水量) 与渠首引入流量 (或水量) 之比, 在灌溉水从水源引入到田间最终被作物吸收利用过程中, 可分解为渠系水利用系数和田间水利用系数两部分。灌区的灌溉水输水过程如图1所示。在土壤质地、衬砌程度、灌区管理水平等因素相同的情况下, 渠道输水效率与渠道长度有关, 渠道越长, 输水效率越低。图中输水段a<b, 则输水段a的输水效率大于输水段b, 输水段a=c, 则输水段a的输水效率等于输水段c。灌溉水进入田间后, 田间水的利用效率与土地平整程度、灌水方法等因素有关。

渠系水有效利用系数为末级固定渠道灌溉渠系的净流量和毛流量的比值。田间水利用系数是指农渠以下 (包括临时毛渠直至田间) 的水的利用系数, 通常用实际灌入田间的净水量 (对于旱田, 指蓄存在计划湿润层中的灌溉水量;对于水田, 指蓄存在格田中的灌溉水量) 与农渠放出的水量的比值表示。

对任何一种节水技术措施进行分析、比较和评价时都不能离开灌溉水利用系数。可用下式计算:

$η = W_{田净} / W_{总} 或 η = η_{渠} η_{田间} (1)$

式中:η为灌溉水有效利用系数;W田间为田间所需的净灌溉水量, 一般指灌入田间且可被作物利用的水量;W总为灌区渠首引入总水量;η渠为渠系水有效利用系数;η田间为田间水有效利用系数。

(2) 净灌溉水量分析。净灌溉水量指灌入田间根系土层、且能被作物吸收利用的那部分水量。田间灌水量可用图2来解释说明:地面灌溉时, 灌溉水进入田间, 畦田首端灌水时间长, 入渗量多, 湿润深度大;尾端灌水时间短, 入渗量少, 湿润深度小。储存在根系土层H范围内的水量才能被作物有效利用, 图中的阴影部分即为田间的净灌溉水量。

田间的净灌溉水量消耗主要表现在植株蒸腾与棵间蒸发, 在没有降水、地下水埋深较大情况下, 作物生长完全依赖灌溉, 净灌溉水量也可以用作物腾发量表示。有降水或地下水补给情况时, 可用作物腾发量减去有效降水量、地下水补给量表示。

1.2 灌溉水有效利用系数与水分利用效率的关系

在我国近些年的节水农业发展过程中, 水分利用效率与灌溉水利用系数一起被设定为重要指标用于评价一个地区农业水资源的管理、利用水平和节水农业技术措施的实施效果。水分利用效率 (Water Use Efficiency, WUE) , 是表示作物水分吸收利用过程效率的一个指标, 一般指单位水量消耗所生产的经济产品数量。在经济学上, 任何生产过程的效率定义为单位产出量与投入量的比值[4]。在田间水文循环中, 有效降水量、灌溉到达作物根系的水量和土壤中贮存的可用水量皆可被作物利用 (可理解为投入量) , 在田间水分的消耗中, 只有蒸腾对作物的生长有效 (可理解为产出量) , 而棵间蒸发和深层渗漏等都为水分的无效消耗途径。WUE可用下式表示。

$W U E = \frac{Τ}{Ρ_{0} + W_{田净} + W} (2)$

式中:T为田间作物蒸腾量;P0为有效降水量;W为贮存在土壤中可用水量。

对于灌溉研究而言, 灌区渠首引进总水量供田间灌溉使用 (可理解为投入量) , 在输水过程中的蒸发渗漏损失等为灌溉水的无效消耗途径, 只有进入田间作物根系带的水量可被作物利用 (可理解为产出量) , 水分利用效率即为灌溉后根系带含水量的增加与渠首引进总水量的比值。

田间水文循环中的水分利用效率为作物蒸腾水量与可被作物利用的所有水量的比值, 灌溉意义上的水分利用效率中灌溉后根系带含水量的增加即为田间净灌溉水量, 因此灌溉意义上的水分利用效率即为灌溉水有效利用系数。WUE是灌溉工程与技术范畴节水的最终目标, 包含渠道水利用率、渠系水利用率、田间水利用率和灌溉水利用率等项目。水分利用效率包括区域水平衡、农田水分再分配、引水工程及水的调配、渠道防渗、输水工程及灌溉新技术等方面的研究内容[5]。

2 灌溉水有效利用系数测定方法

根据灌溉水有效利用系数内涵, 其测定方法可分为首尾测算法和分段测算法。

2.1 首尾测算法

首尾测算法是直接用灌入田间可被作物吸收利用的水量 (净灌溉用水量) 与灌区从水源取用的灌溉总水量 (毛灌溉用水量) 的比值来计算灌区灌溉水有效利用系数, 即η=W田净/W总。W总为渠首的总引水量, 其关键因素是田间净灌溉水量的测定, 根据田间净灌溉水量的测定方法首尾测算法又可分为直接计算法、田间试验法和作物需水量法。

2.1.1 直接计算法

根据灌区作物灌溉制度中的灌水定额来计算灌区的净灌溉水量, 即:

$W_{田净} = Μ A (3)$

式中:M为灌区年度综合灌溉定额;A为灌区总灌溉面积。

2.1.2 田间试验法

通过对典型田块灌水前后田间水量变化的测定, 以确定田间的净灌溉水量。根据田块类型可分为旱作物灌溉、水田的湿润灌溉和水田的淹水灌溉。

(1) 旱作物灌溉和水田的湿润灌溉。

根据典型田块灌溉前后计划湿润层土壤含水率的变化确定净灌溉水量, 计算公式为:

$W_{田净} = \sum_{i = 1}^{n} 667 γ Η (θ_{g i} - θ_{0 i}) A (4)$

式中:H为灌水期内田块土壤计划湿润层深度;γ为田块H土层内土壤干容重;θ0i、θgi为第i次灌水前和灌水后田块H土层内土壤质量含水率;n为灌水次数。

(2) 水田的淹水灌溉。

根据典型田块灌溉前后田面水深的变化来确定净灌溉水量, 计算公式为:

$W_{田净} = \sum_{i = 1}^{n} 667 (h_{2} - h_{1}) A (5)$

式中:h1、h2为灌水前和灌水后田块田面水深。

2.1.3 作物需水量法

在没有降水、地下水埋深较大情况下, 净灌溉水量可以直接用作物需水量表示;有降水或地下水补给情况时, 可用作物需水量减去有效降水量、地下水补给量表示。计算公式为:

$W_{田净} = (E Τ - Ρ_{0} - Κ) A (6)$

式中:ET为作物需水量;K为地下水补给量。

作物需水量法中的ET一般是根据作物、气象资料, 人工采用Penman-Monteith公式进行估算, 并结合当地已有试验资料验证;也可用遥感卫星对流域或地区的综合ET进行监测计算。

2.1.4 各方法的比较

直接计算法简单方便, 利用作物的灌溉制度, 在确定灌溉定额时一般就存在一定的误差, 从而影响净灌溉水量的确定;试验法通过监测典型田块灌水前后田间水量的变化, 以确定灌溉后的田间净灌溉水量, 此方法测得的田间净灌溉水量准确性较高, 但人工测土壤水分变化也存在一定误差;作物需水量法中的人工测量计算ET法比较复杂, 而且以点代面产生的误差较大;卫星遥感监测技术可将地面站点的观测结果扩展到整个流域, 省工、省力, 不仅克服了以点代面计算ET产生的误差, 而且直接反映了土地使用类型、植物生长状况和ET的关系[6], 遥感卫星在今后的农田蒸发蒸腾研究和灌溉计划方面将会非常有用。

2.2 分段测算法

分段测算法根据η=η渠η田间来测定, 需要分别对渠系水有效利用系数和田间水有效利用系数进行测定。

2.2.1 灌区渠系水有效利用系数测定

渠系水有效利用系数为各级渠道水有效利用系数的乘积, 即η渠系=η干η支η斗η农, 其测定方法分为静水测定法和动水测定法。

(1) 静水测定法。

《节水灌溉技术规范》中此方法为:选择一段具有代表性的渠段, 长度为50～100 m, 两端堵死, 渠道中间设置水位标志, 然后向渠中充水, 观测该渠段内水位下降过程, 根据水位的变化即可算出损失水量和渠道水有效利用系数。渠段的水量损失测出后, 换算成单位长度水量损失率σ后计算或直接用公式计算为:

$η_{渠道} = 1 - σ L 或 η_{渠道} = (A_{L + τ} / A_{L})^{L / Δ L} (7)$

式中:η渠道为渠道水有效利用系数;σ为单位长度水量损失率;L为渠道长度:AL, AL+τ观测开始时和结束时相应水深的渠道断面面积;ΔL为代表渠段的长度;τ为观测时间。

(2) 动水测定法。

动水法主要是对渠道中的流量进行测定, 动水测定法可分为流速法、水工建筑物法和经验公式法。渠道水有效利用系数的一般为所观测渠道下游的流量与上游的流量之比来计算, 即:η渠道=Q下游/Q上游。

①流速法。渠道中的流量可通过浮标或流速仪来测量。用浮标测量时流速与过水断面乘积即为断面过水流量;用流速仪测量时可根据相关公式计算其流量。也可根据水的流速利用顺时法来测量, 例如测出水的流速后, 在T时测试渠道中点1的流量, 计算经过t时间后该点水流所到达的位置定为点2, 在 (T+t) 时测2点的流量。浮标测流法简单, 易被一般人员所掌握, 但精度较低, 适用于斗、农渠。对选择的测流段要求渠段平直, 渠床较规则完整, 水流均匀平稳, 无漩涡及回流现象[7]。流速仪精度较高, 但需要仪器设备和一定的操作技术, 适用于渠道水面较宽及流量较大的干、支渠。

②水工建筑物法。根据坝址处的水力条件和实际需要, 选用水力学中的量水建筑物, 如巴歇尔量水槽、梯形量水堰和三角形量水堰等。在典型渠段的首端和尾端设置量水建筑物进行渠段流量的测量, 量水建筑物可分为自由出流和淹没出流, 根据不同量水堰的尺寸和水尺读数就可以代入公式求出其流量, 量水建筑物的测量精度较高。

③经验公式法。在了解灌区岩土透水性、不透水层位置、渠道水力断面与流量, 并考虑渗流边界条件和渠道渗流所处的阶段, 选用不同的公式计算或估算渗流量。我国目前广泛采用的渠道输水损失的经验公式为:

$S = 10 A Q_{净}^{1 - m} Q_{损} = S L / 1 000 (8)$

式中:S为单位渠长的输水损失量;A为渠底土壤透水系数;m为渠底土壤透水指数;Q损为渠道输水损失量。土壤透水参数A、m应根据实测资料求得, 缺乏实测资料时可查表。

(3) 静水测定法与动水测定法的对比分析。

静水测定法的渠道长度过短, 代表性不强, 且未考虑流量变化对损失率的影响, 适用于渠道较短, 流量较小的农渠或毛渠, 但对于斗渠及以上各级渠道的测定不宜采用此方法。使用流速仪时要有适当的水深条件、足够的渠道长度和测试时间, 在实际的水利水电工程规划设计等流量测验时, 常常会碰到小流量的情况, 由于其流速太小 (小于流速仪的低速测速范围) , 水深太浅 (小于流速仪的水力半径) , 河底卵石多水流复杂、断面不容易计算, 很难用常规的流速仪进行流量测量, 用浮标法测量的精度往往又达不到要求, 此时较适合用水工建筑物进行测量。采用经验公式估算时流量采用净流量, 在已知渠首毛流量求净流量时需要试算, 这不仅工作量大, 且对于配水渠道, 要各配水口之间同时试算很难实现, 而且误差也较大。

2.2.2 灌区田间水有效利用系数测定

田间水有效利用系数为灌入田间的净水量与末级渠道放出的总水量的比值, 因此关键因素是确定田间净灌溉水量, 可利用首尾测算法中的田间净灌溉水量的确定方法。

$η_{田间} = W_{田净} / W_{末级} (9)$

式中:η田间为田间水有效利用系数;W末级为末级渠道放出的总水量。

2.3 首尾测算法与分段测算法的对比分析

首尾测算法是根据灌溉水有效利用系数的定义来计算的, 灌溉水有效利用系数既然是反映灌区灌溉用水有效利用程度的指标, 则可以不必测定灌溉水在输、配水和灌水过程的损失, 即只测定灌区渠首当年引进的水量和最终灌到贮存在作物计划湿润层的水量, 用后者与前者的比值来求得当年的灌溉用水有效利用系数。首尾测算法减少了许多测定工作量和不确定因素, 该方法简便, 测量结果接近实际。分段测算法需要分别测定渠系水有效利用系数和田间水有效利用系数, 工作量大, 灌区一般采用典型代表一般的方法, 所确定的结果误差较大。首尾法只能反映整个灌区的灌溉水利用系数, 难以反映出灌区渠系用水情况、灌溉工程质量及灌溉用水管理水平等, 不能用来指导灌区节水工程改造。分段法可以反映具体渠道和田间水的有效利用效率, 测定计算灌溉水在输、配水和灌水过程的损失, 方便灌区对渠道的防渗、衬砌和田间的节水灌溉等具体工作进行改进和管理。

渠系输水损失包括水面蒸发损失、渗水损失、漏水损失等3部分, 其中渗水损失和漏水损失可被重新再利用, 称为回归水。渗水损失中有一部分水量进入渠系两侧田间作物根系土层, 被作物吸收再利用;而漏水量进入其他田块, 大部分可被作物吸收利用。这些水量均应视为田间有效水量。式 (10) 、式 (11) 以干、支、斗渠为例进行分析。

$\begin{array}{l} η_{渠} = \frac{W_{2}}{W_{1}} \frac{W_{3}}{W_{2}} (10) \\ η_{渠}^{´} = η_{1} \frac{W_{3} + (1 - η_{1}) W_{1} β_{1} β_{2} + (1 - η_{2}) W_{2} β_{1} β_{2}}{W_{2}} (11) \end{array}$

式中:W1、W2、W3为干、支、斗渠渠首流量;η渠为渠系水有效利用系数;η′渠为渠系水有效利用系数实际值; η1、η2为干、支渠渠道水有效利用系数;β1为渠道渗漏损失占渠道流量的比例;β2为回归水利用系数。β1、β2可根据经验公式来确定, 也可通过试验观测, 以水量平衡为基础来计算。

由式 (10) 、式 (11) 可以看出, η′明显大于η, 故典型渠段测量法所测的灌溉水利用系数偏小。分段测算法所测得的灌溉水有效利用系数小于实际值。

3 结语

通过以上分析可以发现, 首尾测算法中的田间试验法测得的田间净灌溉水量准确性较高, 但测土壤水分变化也存在一定误差。分段测算法中的动水法所测的灌溉水利用系数较为准确, 动水法中用流速仪和量水设施所测得的数据准确度较高。分段测算法工作量大, 但可以反映到具体渠道和田间的灌溉水有效利用效率, 可用来指导灌区的具体节水改造工作。首尾测算法减少了工作量, 测量结果接近实际, 但其难以反映出灌区渠系用水情况、灌溉工程质量及灌溉用水管理水平等。若只测整个灌区的灌溉水利用系数, 可用首尾法。分段测算法所测得的灌溉水有效利用系数小于实际值, 没有考虑在渠道输水过程中回归水的再利用。

参考文献

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灌溉水利用系数篇4

1 理论和方法

通径系数是将相关系数分解为直接作用系数和间接作用系数, 以揭示各变量对因变量的相对重要性 (或贡献度) 的一种方法。建立在相关分析与回归分析的基础之上的统计量, 标准化之后去掉了单位, 彼此进行比较时以绝对值大小反映影响程度大小, 从而能进一步研究因变量与自变量之间的数量关系。因此, 比相关分析和回归分析等传统方法有优势, 能使得分析结果更为精确, 同时, 还能够考虑到两两因素 (直接和间接作用) 对结果的影响大小, 使得多变量统计分析的结果更为合理有效[13]。

通径系数的具体计算是以相关系数矩阵为基础, 通过求解通径系数的标准化正规方程, 来计算变量的直接通径系数和间接通径系数。若为了考察因变量y和自变量x之间的因果关系, 如果变量y与p个自变量x1, x2, …, xp之间有较为明显的统计学意义, 就能对考察资料进一步作通径分析。

(1) 通径系数的计算:设存在p个自变量x1, x2, …, xp, 每两个变量之间与因变量y之间的相关系数矩阵能构成标准化正规方程, 可以通过此方程来求解通径系数:

式中:ρ1, ρ1, …, ρp为直接通径系数。

通过对上述相关矩阵的逆矩阵的计算可以获得直接通径系数可, 假设Cij是相关矩阵rij的逆矩阵, 那么直接通径系数ρi (i=1, 2, …, p) 为:

式中:ρi为直接通径系数, 表达式为ρi→y;ρi→j→y为间接通径系数;可通过相关系数rij与直接通径系数ρj→y来计算, 表达式ρi→j→y=rijρj→y。

(2) 决定系数R2和剩余通径系数ρe的计算:因变量对自变量的影响程度用决定系数表示, 其值为复相关系数的平方。只有决定系数显著, 通径分析才能成立, 否则通径分析无意义。计算剩余通径系数的公式:

式中:ρe表示剩余通径系数;r表示相关系数。

(3) 分析结果解释:建立的方程方差分析中, F值的显著水平P≤0.05;每个回归系数的偏相关系数的显著水平也小于等于0.05时最好。

(4) 通径分析:在回归方程建立之后, 进一步进行通径分析, 通过通径系数的大小和正负来推断各个因子对因变量的直接影响和间接影响的大小, 据此可以确定各因子的贡献度。

2 实例分析

2.1 数据来源

广东省2011 年水资源总量1 471.26 亿m3, 总用水量464.22 亿m3, 其中农业用水量228.30 亿m3, 占总用水量的49.2%。灌溉面积228.762万hm2, 有效灌溉面积187.316万hm2, 实灌面积1 695.38hm2, 共有大中型灌区489处, 小型灌区17 900处。分析数据来源于《全国灌溉用水有效利用系数测算分析-广东省“十一五”农业灌溉用水有效利用系数测算分析》课题, 广东省选择并连续开展用水计量实测的各类型样点灌区共107处, 样点灌区除小型灌区外, 从个数和有效灌溉面积都满足占全省总量10% 的要求, 可以代表全省状况。通过“首尾测算法[2]”得到每处灌区的年度灌溉用水有效利用系数, 进而用水量加权平均得到各类型灌区和全省的年度灌溉用水有效利用系数, 测算年度数据见表1。广东省灌溉用水定额偏大, 浪费比较严重, 2011 年测算的全省灌溉水有效利用系数0.452, 低于全国平均水平。年度全省作物种植面积、节水灌溉面积等分析数据来自《广东农业统计年鉴》和《广东省水利建设摘编》。

2.2 影响灌溉水有效利用系数的各驱动力量化分析

在2005-2011年广东省灌溉水有效利用系数年度实测资料基础上, 为了对影响灌溉水有效利用系数的各相关因素进行系统分析, 分别从作物结构调整措施、输配水措施、用水管理措施、灌溉技术措施和田间用水措施等5个层面来量化分析各驱动因素对灌溉水有效利用系数的作用。

注:2005年度为现状分析年, 2006年度没有测算, 计算中年度结果采用相邻年度算术平均值。

2.2.1 作物结构调整措施对灌溉水有效利用系数的影响

广东省作物种植模式以“一年三熟”和“一年两熟”为主, 以2011年为例, 水稻作为广东省最主要的粮食作物, 种植面积占到实灌面积的85%, 占农作物播种面积的43%。而水稻种植以充分灌的传统方式为主, 各年度灌溉用水具有稳定性, 正常情况下, 灌溉用水量受影响变化较小。而对于除水稻之外的其他农作物用水量, 因为种类很多, 各地情况不同, 作物种植结构相差较大, 此类作物有些一年中种植只种单季, 在水稻之后种植, 比如冬种蔬菜、旱粮、绿肥等, 或连续种植, 如蔬菜、甘蔗、花生等。这些非水田作物生长所需要的水分主要以降雨补充为主, 灌溉用水为辅, 主要以非充分灌为主。因此, 各区域各年度种植结构调整主要是以水稻种植比例的下降和其他作物比例的上升有关, 这种作物种类和比例的变化直接影响着单位面积灌溉定额, 从而影响灌溉水有效利用系数的变化。因此, 考虑将除水稻作物之外的其他作物面积比例来表征不同区域种植结构调整对灌溉水有效利用系数的影响。

通过对2005-2011年全省种植结构中非水稻作物面积比例和年度灌溉水有效利用系数用最小二乘法建立回归方程, 见式 (4) 。

从图1可以看出, 随着非稻面积比的增加, 灌溉水有效利用系数也相应呈log3p1函数关系增加, 并达到显著相关水平。

2.2.2 输配水措施对灌溉水有效利用系数的影响

(1) 渠道防渗对灌溉水有效利用系数的影响。灌区渠道防渗技术作为灌区节水改造工程措施中目前应用最广泛的节水技术之一, 对灌溉水有效利用系数的提高有着重要而直接的促进作用。通过防渗处理, 既减少了水的渗漏损失, 又加快了输水速度, 渠道防渗率越高, 渠系水利用系数也越高。经验表明, 与土渠相比, 混凝土护面可减少渗漏损失80%~90%, 浆砌石衬砌减少渗漏损失60%~70%, 管道输水减少渗漏损失95%以上。渠道防渗改造因材料、渠道断面、过水能力、比降和土质等因素的不同对灌溉用水的节水效果的影响很大。在这方面已有很多灌区进行过多年、连续、不同方法的测试对比分析, 得出不同状况下渠道防渗改造的节水效果, 但多针对特定渠段或灌区, 而难以以此测试结果类推到区域乃至全省尺度[14], 因此, 为了对区域灌区改造的共性特征进行分析, 根据几年来测算的样点灌区的动态变化作为样本, 来分析全省渠道防渗改造对灌溉水有效利用系数提高影响, 根据对灌区资料分析并经概化处理, 提出灌区不同级渠道防渗率的贡献度, 因而不拘泥于单一渠道或灌区的改造效果和特点, 选取多样本单位灌区的平均值, 具有较强的代表性。

从图2中可以看出, 单位灌区渠道总防渗率5年间提高了42.87%, 年均提高8.57%, 各级渠道的防渗率逐年都有不同程度的提高, 其中, 干渠单位灌区渠道防渗率年均提高了3.25%, 支渠单位灌区渠道防渗率年均提高了2.65%, 斗渠单位灌区渠道防渗率年均提高了1.54%, 农渠单位灌区渠道防渗率年均提高了0.01%, 可以看出, 以干渠提高幅度较大。2007-2011年间各单位样点灌区各级渠道防渗率与灌溉水有效利用系数的回归方程见式 (5) ~式 (9) , 可以看出不同级别的渠道衬砌与全省灌溉水有效利用系数变化都具有很强的相关性。

从式 (5) ~式 (9) 可以看出, 渠道防渗率对灌溉水有效利用系数的贡献能力随着渠系级数的降低而提高, 公式的常数项也相应增大, 决定系数逐步提高, 全部渠道防渗率与灌溉水有效利用系数的相关程度最高。从全部渠道的贡献能力与灌溉水有效利用系数的回归方程可以看出来, 灌溉水有效利用系数的提高是渠系衬砌作用的综合体现。

通过用最小二乘法建立各级渠道衬砌率与灌溉水有效利用系数的回归方程, 见式 (10) 。

各级渠系衬砌率对灌溉水有效利用系数的权重比分别达到14.09∶15.48∶28.05∶42.37。

说明灌区各级渠系衬砌率对灌溉水有效利用系数都有正向贡献作用, 但其贡献程度不同, 以农渠级衬砌率的提高对灌溉水有效利用系数的提高作用最大, 因为在输水过程中, 农渠级通常是进入田间的一级渠系, 并且其长度和数量是各级渠系中最大的, 其衬砌率最大程度上决定着灌溉水有效利用系数的提高幅度, 但在有限的灌区改造投资下, 从有效减少输水过程水量损失及生态环境角度考虑, 对各级渠系的衬砌优先顺序安排上一般从取水口开始, 由大到小依次进行, 对灌区全部衬砌到农渠一级显然不现实也没必要。因此, 虽然农渠级贡献权重百分率达到了42.37%, 但从输水过程和可操作性上, 应重点针对斗渠级以上进行优先衬砌和节水改造。

(2) 节水灌溉面积对灌溉水有效利用系数的影响。节水灌溉面积主要指包括渠道防渗、低压管道输水、喷灌、微灌和滴灌节水灌溉面积的节水灌溉工程面积, 广义上的节水灌溉面积还考虑节水灌溉技术措施推广面积, 因此以节灌率来表征节水灌溉面积措施的作用具有很强的代表性。将2005-2011年各年度全省灌溉水有效利用系数和节水灌溉面积进行相关分析, 决定系数达到了0.9754, 见图3。节水灌溉面积与年度灌溉水有效利用系数的拟合方程符合指数函数关系, 见式 (11) 。

随着节水灌溉面积的增加, 年度全省灌溉水有效利用系数呈现指数形式上升, 因为节水灌溉面积是工程节水和灌溉技术节水设施水平的一个综合的体现。因此, 这也是从国家到地方, 都以大力发展和提高节水灌溉面积作为实现农田灌溉水有效利用系数提高的关键。

2.2.3 用水管理措施对灌溉水有效利用系数的影响

要做到节水灌溉, 首先要提高工程状况, 这是做好灌区节水的物质保障条件, 但是只重视工程建设, 忽视管理措施, 节水效果也将会大打折扣。当前普遍存在着重工程节水, 轻管理节水;重渠道防渗管道输水, 轻用水管理的倾向, 节水管理规章制度不健全, 管理责任制不落实, 导致由于用水管理和灌区设施管理维护跟不上而造成灌溉水的大量浪费和损失也占相当大的比例。

通过对各测算年度不同类型灌区不同工程和管理状况下各年度管理状况对灌溉水有效利用系数的提高值进行分析, 见表2。因为全省只有三宗大型灌区, 且工程状况相近, 都为“中”类型, 中型灌区和小型灌区各年度“好”、“中”和“差”类型不同状况灌区的年度提高值有一定差异, 但不同状况灌区总的提高趋势有一定的共性, 即中型灌区以“好”类型灌区比 “中”类型提高较多, 小型灌区以“中”类型灌区比“差”类型提高较多, 与其他档次提高幅度分别达到极显著差异。分析结果表明, 对于中型灌区现状状况以“中”为主, 工程改造和管理措施提高到“好”类对灌溉水有效利用系数具有普遍意义, 而小型灌区普遍工程设施状况较差, 绝大多数无专门管理单位, 现状状况以“差”为主, 提高到“好”类对灌溉水有效利用系数的提高有普遍意义。这也为灌区改造和加强管理, 提高全省灌溉水有效利用系数指出了重点和难点所在。

2.2.4 灌溉技术措施对灌溉水有效利用系数的影响

节水灌溉技术作为一种提高水的利用率和农业的产出效益的主要措施, 通过采用一定的工程措施和管理手段, 根据作物生理需要合理科学的灌溉, 是节约农业灌溉用水、缓解水资源不足、转变农业增长方式的重要途径。要进行不同灌溉方式灌溉节水效果的比较, 得到比较客观的对比结果, 需要多点、多年的测试结果, 现以全省灌溉水有效利用系数测算的32处井灌样点为样本, 分析不同灌溉方式多年平均值和节水技术对灌溉水有效利用系数的提高值, 见表3。从表3中可以看出, 2007-2011年5年间, 五类灌溉技术的年平均灌溉水有效利用系数在0.58~0.89之间, 各类灌溉技术年际间变幅较小, 克服了因水源、气候、降雨等偶然因素影响。从实测结果可以看出, 相比传统土渠漫灌方式, 渠道防渗、低压管道、喷灌和微灌灌溉水有效利用系数分别提高了0.02、0.10、0.24和0.31。

注:2005年只有土渠类型, 没有可比性, 表中未列出。

2.2.5 田间用水措施对灌溉水有效利用系数的影响

作为田间用水的大头, 水稻灌溉模式对灌溉水有效利用系数的影响起着决定性作用, 因此以水稻节水灌溉推广面积比来表征田间用水措施的作用具有很强的代表性。统计表明, 不同水稻灌溉模式的灌溉用水量不同, 见表4。从广东省各灌溉试验站多年平均值来看, 早稻和晚稻3种灌溉模式中以浅晒湿和湿润灌模式节水效果较明显, 与浅水灌溉模式比较, 浅晒湿模式的节水率可达4.6%~49.5%, 平均21.3%;浅晒湿、湿润灌和浅水灌3种灌溉模式水分生产率分别为1.01、0.98和0.84kg/m2;3种模式以浅晒湿的水分生产率最高, 节水潜力较大。

2.3 各类措施对灌溉水有效利用系数的驱动力贡献

2.3.1 灌溉水有效利用系数的驱动力影响模型

在五类影响灌溉水有效利用系数的措施中, 选取了稻谷作物种植面积比例、非稻谷作物面积比例 (非稻面积比) 、水稻灌溉模式节水面积比例 (水稻节水比) 、单位灌区防渗率、节灌率、不同节水灌溉技术对灌溉水有效利用系数的提高值 (节水技术提高值) 和灌区工程状况和管理措施对灌溉水有效利用系数的提高值 (管理状况提高值) 7项变量进行分析, 通过逐步回归剔除相关系数最低的指标, 最终选定以下5项变量分别代表五类措施进行进一步分析比较各自措施类型对灌溉水有效利用系数的作用大小 (见表5) 。

利用最优组合回归法建立影响灌溉水有效利用系数的各驱动力贡献模型:

F值=62 078.45, p值=0.003, 决定系数R2=0.998 7式中:X1为非稻面积比;X2为水稻节水比;X3为管理状况提高值;X4为节水技术提高值;X5为节灌率。

从通径分析表6可以看出, 方程通过5%的显著性检验, 达到显著性相关。说明在影响灌溉水有效利用系数变化的诸多主导因子中以用水管理措施 (管理状况提高值) 、作物结构调整措施 (非稻面积比) 和输配水措施 (节灌率) 相对重要, 这与国内外很多研究的结果较为一致。

2.3.2 贡献权重计算

通过对各影响指标的直接作用和间接作用通径分析, 可以明确找出其对灌溉水有效利用系数作用的大小和驱动机制。从直接影响程度来看, 种植结构调整措施 (非稻面积比) 的影响最明显, 贡献权重为0.408 8, 高耗水作物水稻种植面积和比例的下降, 使得灌溉用水量减少较大, 从而对提高灌溉水有效利用系数影响最大, 其次, 以增加节水灌溉面积和渠道防渗为主的工程措施 (节灌率) , 贡献权重为0.382 3, 对降低输配水过程水量的无效损失作用最大, 这也是无论从国家到地方首先以渠道防渗措施作为节水灌溉的首选措施的原因。这两项措施直接系数之和占到了总贡献的79.11%, 是起决定性作用的驱动力。再次为管理状况提高值, 贡献权重为0.151 8, 其节水的作用越来越重要。而以节水技术为主的水稻节水比和节水技术提高值相对不明显, 贡献权重仅为0.063和0.073。

在间接通径系数中, 各指标对灌溉水有效利用系数都为正向效应, 其中, 节灌率通过非稻面积比、水稻节水比、管理状况提高值和节水技术提高值对灌溉水有效利用系数正向效应分别为0.353 4、0.057 8、0.125 2和0.057 5。这说明节灌率作用的相当部分因素是由于非稻面积比重的上升造成的, 与实际情况相吻合。其次, 作为表征工程状况和管理水平的管理状况提高值, 是节水灌溉面积发挥效益的直接体现和保障, 而通过水稻灌溉制度和不同灌溉节水技术灌溉水有效利用系数差值的效应很低, 传导机制相对较弱。

节水技术提高值和管理状况提高值都通过节灌率对灌溉水有效利用系数正向效应最大, 分别为0.300 7和0.337 6;因为同属于工程措施或一部分, 工程类型、工程质量、管理好坏直接影响到效益的发挥, 从本质上来说是相通的。水稻节水比通过非稻面积比对灌溉水有效利用系数正向效应最大为0.388 5, 因为只有在水稻种植面积上才有水稻节水灌溉制度措施的应用, 该驱动力作用传导路线也很明确。非稻面积比通过节灌率对灌溉水有效利用系数正向效应最大为0.330 5, 这点很重要, 节水灌溉面积是对种植于其上的作物灌溉用水发挥作用的, 无论种植那种非水稻作物, 或其比重有多大, 只有灌溉能力和效率的提高, 才能提高整体灌溉水有效利用系数。

2.3.3 结果分析

通过五类措施对灌溉水有效利用系数的贡献权重比较可以看出, 非稻面积比和节灌率指标贡献较大, 两者之和占到了总贡献的79.11%, 说明提高灌溉水有效利用系数的最主要途径是“调结构”和“强基础”。在保证粮食安全的前提下, 通过调整高耗水作物如水稻等的种植结构比重以达到提高灌溉水的利用效率。同时, 通过提高灌区基础设施水平, 加强渠道衬砌和提高节水灌溉面积为主的工程措施, 减少输配水损失, 是提高灌水效率是另一个重要方向, 这也正是政府和地方大力加强灌区基础设施改造的原因所在。以灌区工程建后管护和用水管理为主的“管理能力”的增强也是提高灌溉水有效利用系数的最主要途径之一。由于推广应用普及率的原因, 以灌溉节水技术和灌溉方式为主要内容的“技术进步”所导致灌溉水利用效率提高的贡献率并不明显。同时, 从贡献率大小可以看出, 总体而言, 以改善输水和工程状况为主的 “硬性节水”措施为主。因此, 在灌溉水有效利用系数尺度变化的基础上[15], 要加强节水灌溉中的工程措施, 重视非工程措施, 优化水资源调度和配置, 提高和水管理水平, 大力宣传节水, 增强公众节水意识等, 可使得灌溉水有效利用系数在较大尺度区域上得到质的提高。

3 结语

本文通过实测资料从5个方面对影响灌溉水有效利用系数的措施进行了量化分析, 并采用通径分析法分别对各类措施的驱动力贡献进行了度量, 结果表明:非稻面积比 (0.409) >节灌率 (0.382) > 管理状况提高值 (0.142) > 节水技术提高值 (0.073) > 水稻节水比 (0.063) 。该结果清晰地找到了不同措施对提高灌溉水有效利用系数作用的大小和各措施互相之间的传导机制, 为进一步提高灌溉水的有效利用程度找到了重点并明确了方向, 对指导农业生产、灌溉节水和灌区工程改造有一定的实际和指导意义。

摘要：灌溉水有效利用系数作为国民经济发展的一项重要的资源利用效率指标, 也是实行最严格的水资源管理制度中用水效率控制红线的三项主要指标之一, 国家也提出了明确的阶段目标。由于影响该指标的因素众多, 在提高措施的选择和实施效果方面是各级政府在投资改造和决策中非常关心的问题。通过对广东省2005-2011年度实测基础上的资料进行统计, 对影响灌溉水有效利用系数的相关驱动力措施进行量化分析, 采用通径分析法对种植结构调整措施、输配水措施、用水管理措施、灌溉技术措施和田间用水措施五类措施的驱动力贡献权重进行了量度。结果发现各措施贡献主要以非稻面积比和节灌率指标为代表的措施为主, 最大两类措施权重占到总贡献的79.11%。该研究从驱动力贡献的角度解构了影响灌溉水有效利用系数的各因素内在作用机制和传导路径, 为更有效提高灌溉水的利用效率指出了具体实施的重点和方向, 对于区域水资源的优化配置和保障区域经济社会的协调发展有着重要的理论和实际意义。

灌溉水利用系数篇5

板桥灌区, 系亚热带向暖温带过渡区, 属半湿润半干旱气候。该区多年平均降雨量为970mm, 年际变化大, 最多年份是最小年份的2.8倍。如1975年降雨量最多为1 650mm, 1966年降雨量最少为584mm。年内分配极不均匀, 汛期6、7、8、9四个月占全年雨量的67.3%。多年平均蒸发量为1 100mm, 为多年平均降雨量的1.13倍。由于这些特点, 暴雨较多, 易造成洪涝灾害, 冬春降雨较少, 常出现干旱, 这些直接影响该区农业生产的发展。

1.1 浅层含水岩组

(1) 富水区 (单井涌水量1 000—3 000吨/日) 。该区分布于文城、诸市至遂平县城一带的沙河带状冲积平原。 (2) 中等富水区。该区分布在沙河店、王来宾、焦子园和臧集以北沙河带状冲积平原及胡庙、洪堂至遂平县城南八里铺等地的垄刚部分。 (3) 弱富水区。该区分布于板桥、沙河店、王来宾至阳丰和玉山一带。

1.2 深层水含水岩组

灌区内土壤以汝河向外依次为:潮土、砂礓黑土及黄棕土壤。 (1) 潮土类土。该类土分布于汝河两岸, 属潮土类的灰两合土。按质地分类属中粉质壤土, 平均干容重为1.52吨/立米, 孔隙率为44%。该类土占灌区面积的28.7%。 (2) 砂礓黑土。该土分布于汝河带状平原外侧二级阶地, 为黑老土和老土, 占灌区总面积的32.2%。黑老土和老土按地属重粉质壤土, 平均干容量为1.58吨/立米, 孔隙率42%。 (3) 黄棕壤土类。该类土分布于灌区南部边缘地带, 为老黄土土属, 占灌区面积的44.1%。

2 典型田块选择情况

典型田块所在渠系、编号、位置、面积一览表 (单位:亩)

3 毛灌溉用水总量测量过程、方法与结果

利用渠道断面测量。板桥灌区毛灌溉用水总量为渠首引水量, 具体测量过程为:在渠首闸下游较为平直渠段上选一典型断面, 布置各条测深线。在测深线上选定不同的测速点, 用铅鱼逐点测量流速, 然后用断面平均流速法求出断面平均流速, 再算出该断面面积, 可得出瞬时流量。测量结果:该灌区2013年共引水灌溉6次, 渠首总引水量 (毛灌溉用水总量) 1 432万立米。

4 作物净灌水定额和净灌溉定额的测量过程、方法与结果

该灌区采用干支渠续灌, 斗农渠轮灌的方法进行灌溉, 利用薄壁堰测量。以干 (支) 斗渠为末级计量渠道, 由于薄壁堰流具有稳定的水头———流量关系, 因此把它作为有效易行的量水设备。斗渠进水口流量较小, 故采用直角三角形薄壁堰。其测流公式为:

式中, H以m计, Q以m3/s计, 公式的使用范围为:P1≥2H, 渠槽宽B≥ (3~4) H。其中:P1———直角三角形顶点到堰底的距离;H———直角三角形顶点到堰顶水面的距离;B———渠槽宽。

测量结果: (1) 小麦:越冬-返青期净灌水定额为35立米/亩, 返青-拔节期净灌水定额为50立米/亩, 拔节-抽穗期净灌水定额为50立米/亩, 总净灌溉定额为135立米/亩。 (2) 玉米:播种-苗期净灌水定额30立米, 苗期-拔节期净灌水定额为50立米/亩, 拔节-抽穗期净灌水定额为40立米/亩。 (3) 水稻:泡田-返青期净灌水定额为100立米/亩, 返青-拔节期净灌水定额为90立米/亩, 拔节-抽穗期净灌水定额为40立米/亩, 抽穗-乳熟期净灌水定额为40立米/亩, 乳熟-成熟期净灌水定额为40立米/亩, 总净灌溉定额为310立米/亩。

5 结语

提高大型灌区灌溉用水有效利用系数必须以节水增效为中心, 从系统综合的角度采取工程措施、农业措施和管理措施, 以实现灌区水资源的优化配置和高效利用, 为国民经济和农业可持续发展、农村经济繁荣和生态环境改善提供支撑与基础保障。

参考文献

灌溉水利用系数篇6

为全面掌握全省灌区农田灌溉水有效利用系数情况, 挖掘灌区节水能力, 调整行业用水结构, 为政府制定出台相应政策法规提供技术支撑和依据。甘肃省从2006年起全面开展了农田灌溉水有效利用系数测算分析工作, 通过开展测算分析工作, 对掌握全省灌溉水利用水平现状, 研究分析存在的问题, 提升灌区管理水平, 改变群众用水观念都有着显著的效果。对全省产业结构转型, 社会经济可持续发展有着积

极的意义。

一、全省不同规模与水源类型灌区分类和灌溉用水情况

㈠全省不同规模与水源类型灌区分类及面积

全省现有灌溉面积2212.92万亩, 其中农田有效灌溉面积1932.81万亩 (表1) ;发展高效节水294.25万亩, 其中喷灌24.02万亩, 微灌122.62万亩, 低压管道输水147.61万亩。

㈡全省不同规模与水源类型灌区灌溉用水情况

全省农田灌溉用水总量约为905787.38万立方米, 各类灌区用水情况为:大型灌区用水量488151万立方米, 中型灌区用水量303286.75万立方米, 小型灌区用水量114350万立方米, 其中纯井灌区用水量45709.09万立方米 (表2) 。

二、样点灌区的选择

样点灌区的选择将会直接影响到全省灌溉用水有效利表1.2014年全省不同规模与水源类型灌区面积用系数测算结果的准确性和代表性, 因此是本次测算工作的基础和关键。甘肃省在样点灌区选择上严格按照水利部《测算技术指导细则》要求执行。

单位:万亩

单位:万立方米

㈠大型灌区

甘肃省现有大型灌区23处, 2014年度测算工作将大型灌区全部纳入了测算分析范围。

㈡中型灌区

根据《测算技术指导细则》, 按有效灌溉面积大小分为3个档次 (1~5万亩、5~15万亩、15~30万亩) 。甘肃省选择了36处中型灌区。其中电力提水灌区8处, 自流引水灌区28处, 有效灌溉面积242.07万亩, 分别占全省中型灌区总数218处的16.51%, 有效灌溉面积672万亩的36%, 符合所选样点数量、面积分别不少于中型灌区总数的5%和10%的要求。

㈢小型灌区

选择了32个样点灌区进行测算, 其中电力提水灌区14处, 自流引水灌区18处, 有效灌溉面积5.69万亩, 分别占全省小型灌区总数5511处的0.58%, 有效灌溉面积232.43万亩的2.4%, 符合所选样点数量、面积分别不少于小型灌区 (0.01~1万亩) 总数的0.5%和1%的要求。

㈣纯井灌区

此次测算选择了基础设施、技术力量较好的武威市凉州区清源、清河2处万亩以上灌区 (共24处单井灌区) , 有效灌溉面积4.53万亩。

三、灌区灌溉水利用系数测算方法

目前甘肃省测算灌区灌溉水利用系数采用水利部《测算技术指导细则》推荐的首尾测算法计算, 公式如下:

式中:η———灌区灌溉水有效利用系数, %;

W净———灌区净灌溉用水总量, 立方米;

W毛———灌区毛灌溉用水总量, 立方米。

四、省级灌溉水利用系数测算方法

㈠全省灌溉水有效利用系数

省级农田灌溉水有效利用系数为全省年净灌溉用水量与年毛灌溉用水量的比值, 计算公式如下: