二峰电灌总站提水灌区灌溉水利用系数测算

俞建河　吴永林

摘要 根据二峰总站提水灌区实际情况，利用干渠渠系配套齐全，进出水量易于掌握，采用水量平衡法对干渠渠系水利用系数进行测算，支渠及以下的渠系水利用系数选择典型支渠采用首尾测算法进行测定，田间水利用系数选择典型田块进行测定，这样简化了测量工作，节省了大量人力、物力，方法简单实用，易于操作，测得2014年灌区灌溉水利用系数为0.526，基本上反映了灌区渠系实际用水情况、灌溉工程质量及灌溉用水管理水平。该方法适合同类型灌区灌溉水利用系数的测定与评价。

关键词 二峰灌区；灌溉水利用系数；水量平衡法；首尾测算法

中图分类号 S274.4 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）11-387-04

灌区的灌溉水利用系数是衡量灌区从水源引水到田间作物吸收利用水的过程，是衡量灌溉水利用程度的一个重要指标，也是集中反映灌溉工程质量、灌溉技术水平和灌溉用水管理水平的一项综合指标[1-2]。由于灌区灌溉情况复杂，实测工作量大，成本高，目前大都采用经验数值，因此各地差异很大，有的仅有0.2，而有的高达0.78，难以指导地区发展规划和节水灌溉。因此，进行灌溉水利用系数的测算分析工作具有十分重要的意义[3-4]。

为加强农田灌溉水利用系数测算分析工作，国家要求各级水利部们在加快农田水利基础设施建设、加强农田灌溉用水管理的同时，认真做好各自管理区域内灌溉水利用系数的量测、计算和分析工作，并由水利部农村水利司对各省（区、市）上一年度农田灌溉水利用系数测算分析工作进行综合评价。安徽省农田灌溉水利用系数测算分析工作由省水利厅农水处牵头，省水科院负责技术指导，在省内选择样点灌区，测算样点灌区灌溉水利用系数，再以样点灌区测算结果为基础，逐级汇总分析，计算不同规模、不同类型灌区以及不同区域的灌溉水利用系数。天长二峰灌溉试验重点站负责二峰电灌总站提水灌区灌溉水利用系数测算工作，根据省水利厅的部署，按照水利部《全国灌溉水有效利用系数测算分析技术指南》（2012年）有关要求，结合实际情况，该站从2013年起开展了二峰电灌总站提水灌区灌溉水利用系数测定工作，并将2014年灌溉水利用系数测算成果进行分析总结。

1 材料与方法

1.1 灌区概况

二峰电灌总站提水灌区位于安徽省东部江淮丘陵区，始建于1968年，原设计灌溉面积1.08万hm2，目前实际耕地面积0.873万hm2，总灌溉面积0.667万hm2，有效灌溉面积0.661万hm2，以淮河水系高邮湖水为灌溉水源，代表江淮皖东丘陵区灌溉用水及环境特征。

灌区粮食作物种植面积较大，是安徽省主要产粮区之一。其主要粮食作物为水稻和小麦，各种农作物的种植面积为：水稻0.661万hm2、小麦0.463万hm2、油菜0.041万hm2，其他作物0.132万hm2。灌区属北亚热带气候，其特点是阳光充足，气候温和，雨量适中，四季分明，雨热同季。常年平均气温在14.8 ℃，年平均降雨量1 071 mm，多年平均径流深292 mm，年平均蒸发量878 mm（E601），年平均日照2 198 h，无霜期约220 d，2014年全年降雨量1 054 mm，属于平水年份。

项目区内土壤性质为中等偏酸，pH值在6.6～7.0之间，主要为浅蓝色亚粘土，土壤有机质中等偏下，主要缺磷、钾、硼、锌等，土壤容重在1.4～1.50 g/cm3之间，田间持水量（占干重的%）在28%～32%之间。

灌区内有中小型水库32座，兴利库容3 000万m3；蓄水塘坝1 300座，兴利库容1 200万m3。已形成以内部蓄水为主，以提外水为辅，提蓄结合的中型提水灌区。

灌区内建有总干渠（含1、2、3和4级站主干渠）1条共计长度25.2 km，其中砼护砌8.4 km，干渠防渗率为33.3%，渠首1级站干渠设计输水流量8.9 m3/s，干渠于2010年刚进行过更新改造，渠系配套齐全，各支渠分水口均配有铸铁闸门；支渠或越级斗渠75条计约150 km，其中砼护砌2.0 km，防渗率为1.3%，支渠或越级斗渠及以下渠系配套经过多年运行，目前损坏严重。

1.2 组织与方法

1.2.1 高度重视、成立项目组。

灌溉用水利用系数是评价灌溉用水效率的重要指标，也是该灌区管理水平好坏的重要标志。天长市二峰电力灌溉总站作为灌区管理机构，对灌溉用水利用系数测定工作高度重视，抽出精干力量，成立2014年度灌溉水利用系数测算工作项目组。

1.2.2 任务分解、明确分工。

项目组成立后，将测定工作任务进行分工，安排试验站人员，具体负责气象观测、灌区主要农作物灌溉定额、典型田块的土壤含水量、灌溉量的测定和典型支渠实际灌溉田亩等调查工作；安排灌区管水员具体负责干渠各分水口灌溉用水量测算；安排灌区机务人员具体负责提水机组的运行时间及进出水位记录。

1.3 思路与方法

1.3.1 干渠渠系水利用系数（η干）。采用水量平衡法进行测算。

根据二峰主干渠渠系配套齐全，渠首提水量、各支渠放水量及区间来水都易于掌握的特点，因此利用水量平衡法得出干渠渠系水利用系数（η干）。

1.3.2 支渠及以下的渠系水利用系数（η支以下）。采用典型支渠利用“首尾测算分析法”进行测算。

在灌区内选择有代表性支渠作为典型支渠，实测各用水村民组或种田大户支渠渠首总用水量，灌溉结束后调查实际灌溉田亩和灌溉时建立水层深度，并在支渠中选择典型田块测算作物田间单位面积的平均毛灌溉用水定额，利用“首尾测算分析法”，计算出典型支渠及以下的渠系水利用系数（η典支下），并按支渠渠首放水量的大小进行分类对系数进行修正，修正后即为灌区支渠及以下的渠系水利用系数（η支以下）。

1.3.3 田间水利用系数（η田）。采用典型田块田间水利用系数（η典田）。

在典型田块灌溉之前后，测定作物计划湿润层深度之内灌溉前后的土壤含水量，土壤容重和田间水层深度，通过公式计算出该田块的净灌溉需水量，其值与该田块的实际灌水量之比，即为该田块的田间水利用系数（η典田），各典型田块的田间水利用系数（η典田）的加权平均即为灌区田间水利用系数（η田）。

1.3.4 灌溉水利用系数（η灌）。采用干渠（η干）、支渠及以下（η支以下）和田间水利用系数（η田）计算得出。

根据灌溉的干渠（η干）、支渠及以下（η支以下）和田间水利用系数（η田）计算得出每次灌溉水利用系数（η灌i），一年有多次灌溉的，根据每次灌溉的灌溉水利用系数（η灌i）和实灌面积，进行加权平均即为灌区年灌溉水利用系数（η灌）。

2 实施过程

2.1 总干渠渠系水利用系数（η干）测算

2014年二峰灌区水稻本田期种植约从6月9日至9月21日共105 d，其中降雨35 d，降雨549.7 mm，虽属于平水年，但降雨分布较均匀，降雨利用率高达95%以上，降雨基本上满足水稻需水的要求，没有进行灌溉。全年只用渠道水灌溉1次，即为水稻泡田期灌溉，时间从6月7日～6月21日，历时15 d，期间降雨34.6 mm，1～3级站开机提水，其中3级站用水只到小王节制闸，用水干渠1～3级站总长度为15.46 km，其中砼护砌7.29 km，防渗率为47.2%，共有24个分水口进行灌溉，其中支渠12个，越级斗渠12个，用水支渠和越级斗渠总长度约为48.0 km，其中砼护砌2.0 km，防渗率为4.2%。干渠1级提水180.4万m3，期间干渠降雨利用0.9万m3，灌溉136.0万m3。根据各级干渠的渠首提水量、各支渠或越级斗渠口放水量、区间来水量和向下一级渠道输水量，得出各级干渠渠系水利用系数（ηi干）。根据一级站干渠首提水量、各支渠或越级斗渠口总放水量、区间总来水量，得出总干渠渠系水利用系数（η干），具体结果见表1。

2.2 支渠及以下渠系水利用系数（η支以下）测算

2.2.1 田间毛灌溉定额（m田毛）的测定。

由于二峰灌区2014年渠道水只进行水稻泡田灌溉，故田间毛灌溉定额（m田毛）实际上即为水稻泡田定额。水稻泡田在6月8日左右（6月5日 ～6月14日），泡田定额测定安排在3级站3#支上游和6#支下游、2级站8#支上游等8块典型田块里进行，泡田前先在每块田3个不同位置分层取土（每层20 cm，取土深度100 cm）测土壤含水量，取土后用小型汽油喷灌机进行提水泡田，外接内径50 mm的水表进行计量，泡田结束后2 d，测量田块面积，并取9个不同位置量测田间建立的水层深度，根据灌水量和田块面积，计算出单位面积的灌水量，并折算出灌区内泡田时实际田间保留水层深度的泡田定额，将8块典型田块泡田定额进行加权平均即为灌区的田间毛灌溉定额（m田毛）（表2）。

由表2可知，2014年二峰电灌总站灌区泡田时土壤平均含水量21.11%，水稻田间毛灌溉定额（m田毛）为1 845.0 m3/hm2（田间建立水层77 mm）。

2.2.2 典型支渠及以下渠系水利用系数（η典支下）测算。把二峰二级站8#、15#支渠和三级站3#、6#支渠作为典型支渠，并在支渠口安排专人利用渠首分水涵闸进行建筑物量水，每2个小时量测1次，实测每个村民组支渠口的放水量，同时调查该村民组实际灌溉田亩，灌溉时建立的平均水层深度，按典型田块测算田间毛灌溉定额（m田毛），折算成田间实际保留水层深度的灌溉定额，从而测算出该村民组的灌溉支渠及以下的渠系水利用系数。将该支渠所有放水村民组的渠系水利用系数按实灌面积进行加权平均即为该支渠及以下的渠系水利用系数，4个典型支渠及以下的渠系水利用系数按实灌面积的加权平均即为典型支渠及以下渠系水利用系数（η典支下）（表3）。

由表3可知，2014年二峰电灌总站灌区典型支渠及以下渠系水利用系数（η典支下）为0.707。

2.2.3 支渠及以下渠系水利用系数（η支以下）修正。

由于各支渠控制面积不同，故支渠首放水量也不相同， 各渠道水利用系数不相等，渠系水利用系数不宜用上述典型支渠加权平均，应进行修正，使计算结果更加符合[5-6]。根据支渠渠首放水量的大小，将支渠按渠首放水量分为大于等于10万m3和小于10万m3 2种类型，代表性支渠分别为2级站8#、15#和3级站3#、6#，2014年泡田灌溉时支渠渠首放水量大于等于10万m3共有2级站的2#、8#、11#、12#、15#计5条支渠，渠首总放水量为92.6万m3，占总放水量的68.1%，代表性支渠及以下渠系水利用系数为0.690，其余19条支渠或越级斗渠渠首放水量均小于10万m3，渠首总放水量为43.3万m3，占总放水量的31.9%，代表性支渠及以下渠系水利用系数为0.839，其支渠及以下渠系水利用系数（η支以下）应按下式计算[7]：

η支以下=1/（f1/η1+f2/η2）

（1）式中：η1、η2为对应于渠首放水量为大于等于10万m3和小于10万m3的灌溉水利用系数；f1，f2分别为渠首放水量为大于等于10万m3和小于10万m3占渠首总放水量的权重。

经过修正，2014年二峰电灌总站灌区支渠及以下渠系水利用系数为η支以下=1/（0.681/0.69+0.319/0.837）=0.731

2.3 田间水利用系数测算

通过安排在3级站3#支上游、3级站6#支下游和2级站8#支上游等8块典型田块里进行泡田定额测定时，根据泡田灌水前后计划湿润层土壤含水率的变化确定泡田净灌溉用水量，计算公式如下：

m净=102（β1-β2）γH+10（h-P0）

（2）

式中：m净为净灌水定额，m3/hm2；β1、β2分别为田间最大持水率和灌溉前计划湿润层的土壤含水率（以干土重的百分数表示）；γ计划湿润层内土壤干容重，t/m3；H为土壤计划湿润层深度，m； h为泡田时田间建立水层深度，mm；P0为泡田期间田间有效降雨量，mm。

根据典型田块泡田的实际灌溉用水量和净灌溉定额作物以及实灌面积，用下式计算田间水利用系数η田[7]。

η田=m净A/W农净

（3）

式中：η田为田间水利用系数；A为实灌泡田面积；hm2，W农净为田块实际灌溉用水量，m净为净灌水定额，m3/hm2。

各典型田块的田间水利用系数（η典田）的加权平均即为田间水利用系数（η田）。测算具体结果见表4。

根据表4可知，2014年二峰电灌总站灌区田间水利用系数（η田）为0.961。

3 测算结果

根据灌溉时干渠渠系水利用系数测算、典型支渠及以下渠系水利用系数和典型田块田间水利用系数测定，则可计算出灌溉水利用系数，2014年二峰电灌总站灌区灌溉水利用系数（η灌）测算结果（表5）。

由表5可知，测得2014年二峰电灌总站灌区灌溉水利用系数（η灌）为0.526。

4 结语

灌溉水利用系数是评价灌区灌溉工程质量、灌溉技术水平和灌溉用水管理水平的一项综合指标，也是进行灌区节水改造的重要依据。根据前人对灌溉水利用系数研究的基础上，根据灌溉的实际情况，采用水量平衡法、首尾测算法、典型田块实测法分别对二峰总站提水灌区2014年的干渠渠系水利用系数、支渠及以下的渠系水利用系数及田间水利用系数进行系统的测定和计算分析。这样既简化了测量工作量，且测得的灌溉水利用系数基本上能反映灌区渠系实际用水情况，适用于同类型灌区灌溉水利用系数的测定。

由于2014年虽属于平水年，但由于降雨分布较均匀，降雨利用率高达95%以上，降雨基本上满足作物需水的要求，灌水次数和总灌水量较往年偏低，所以也会对灌溉水利用系数的结果产生一定的影响，通过对该灌区多年灌溉情况的调查分析，丰水年份的灌溉水利用系数一般较枯水年份高，但具体的变化幅度需进行系统的分析研究。今后应把灌溉水利用系数作为一项日常工作，对灌区进行长年系统的观测，在长系列资料完整的情况下，对各水文年型灌溉水利用系数变化趋势和幅度进行研究，科学地指导灌区的发展与改造。

参考文献

[1] 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.

[2] 崔远来，熊佳.灌溉水利用效率指标研究进展[J]. 水利科学进展， 2009， 20（4）： 590-598.

[3] 许建中，赵竞成，高峰，等.灌溉水利用系数传统测定方法存在问题及影响因素分析[J]. 中国水利， 2004（17）： 39-41.

[4] 许建中，赵竞成， 高峰，等.灌溉水利用系数综合测定法实例分析[J]. 中国农村水利水电，2005（1）： 55-58.

[5] 许建中，赵竞成， 高峰，等.灌溉水利用系数综合测定法[J]. 中国水利，2004（7）： 45-47.

[6] 高峰， 赵竞成，许建中，等.灌溉水利用系数测定方法研究[J]. 灌溉排水学报，2004，23（1）： 14-20.

[7] 水利部农村水利司.节水灌溉技术规范[S].北京：中国水利水电出版社，1998.

责任编辑 夏静 责任校对 李岩