石河子垦区农业灌溉用水有效利用系数测算

姬军虎

（石河子天兴水利勘测设计院，新疆 石河子832000）

新疆石河子垦区位于天山北麓中段准噶尔盆地南缘，属于玛纳斯河流域，是天山北坡经济带的中心区域，东临玛纳斯县，西接克拉玛依、奎屯，南靠天山山脉，北毗古尔班通古特沙漠，南北最长202km，东西最宽115km，面积6007km2，总灌溉面积381万hm2，人口和经济总量均占新疆兵团的1/4。垦区地处内陆干旱地区，水资源较为匮乏，水资源供需矛盾日益突出，因此，加大节水灌溉示范基地基础设施评估与建设，合理利用水资源，确保人民生活及工农业用水，实现国民经济和社会可持续发展。

1 农业灌溉水有效利用系数

灌溉用水有效利用系数是指灌溉面积上不包括深层渗漏与田间流失的实际有效利用水量与渠道头进水总量之比，用ηw表示，由渠系水利用系数与田间水利用系数两部分组成。

2 垦区自然条件及农田水利现状

2.1 自然条件

垦区地处温带，远离海洋，具有大陆性干旱气候特征，冬季长而寒冷，夏季短而炎热，昼夜温差大，光照充足，热量丰富，降雨稀少，蒸发量大，自南向北年温差逐渐增大，降水量逐渐减少，蒸发量逐渐增加。多年平均气温7.7～8.8 ℃，1月份月平均气温-16.2～-18.6 ℃，7月份平均气温25～26 ℃，日照2318～2732 h，无霜期147～191d，最大冻土深1.37～1.64m。年平均降水量140～270mm，年平均蒸发量1000～1500mm。

2.2 水源工程

2.2.1 水库

石河子有水库16座，总库容7.26亿m3。其中：大型水库4座（蘑菇湖水库、夹河子水库、跃进水库、肯斯瓦特水利枢纽工程）；中型库容4座（大泉沟水库、安集海水库、安集海二库、洪沟水库）；小型水库8座。

2.2.2 引水枢纽

石河子有大型引水枢纽2座 （玛纳斯河二级渠首、巴音沟河引水枢纽），中型引水枢纽1座（蘑、大引洪渠渠首枢纽），小（1）型引水枢纽15座：西岸大渠第一、二、三、四节制闸，石河子总干渠一分水闸联合闸、二支干新口子节制闸，六浮渠上、下五孔节制分水闸，莫索湾总干渠六号跌水节制分水闸、一号跌水翻板闸、何家坝跌水节制泄水闸，金沟河河坝引水枢纽，卡子湾拦河坝引水枢纽，蒙古庙引水枢纽和宁家河引水枢纽。

2.2.3 机电井

石河子共有农业灌溉机电井2627眼，总灌溉面积115.17万hm2，装机容量95417.30kW。

2.3 渠系工程

石河子垦区已建成干、支、斗三级固定灌溉渠道共2395条，干、支、斗三级灌溉渠道总长5176.76km（防渗3342.91km，防渗率64.58%），其中：干渠75条，总长865.18km（防渗580.68 km，防渗率67.12%），支渠144条，总长946.02km （防渗861.07km，防渗率91.02%），斗 渠2176条，总长3365.56km （防渗1901.16km，防渗率56.49%）。

3 样点灌区的数量分布

典型样点灌区的选择应具有一定基础资料，包括常年观测记录、灌溉试验、灌溉用水管理等资料，并具备相应的技术力量。第八师选择的各典型样点灌区内，有玛管处、巴管处及相应团场水利科的观测资料、用水管理资料等，有炮台试验站、下野地试验站的灌溉试验资料，有石河子气象站、莫索湾气象站、炮台气象站的气象观测资料。新疆兵团八师大型灌区有玛纳斯河灌区（莫索湾灌区、石河子灌区、下野地灌区），安集海灌区，中型灌区有洪沟灌区、宁家河灌区、大南沟灌区，纯井灌区有试验场纯井灌区。

4 灌溉用水有效利用系数测算

垦区内现状渠系主要为干支斗三级渠道，随着近年来大型灌区改造、小型农田水利建设的投资建设，干支渠及大部分斗渠已全部防渗改建，渠道水水过程中的损失主要为渗漏和蒸发损失，传统的灌溉水有效利用系数计算是用各级渠道水利用有效系数和田间水有效利用系数相乘的积来表示，能够反映各级渠道输水利用率状况。经资料统计，干渠水利用系数0.94，支渠水利用系数0.92，斗渠水利用系数达0.8，整个渠系水利用系数0.69，田间水利用系数0.9，则可计算出灌溉水利用系数η水=η渠η田=0.62。但传统计算方法存在费时费力，工作量大，计算结果不准确，因此采用首位测算分析法。

4.1 测算方法

灌溉用水有效利用系数测算方法统一采用首尾测算分析法进行。

首尾测算分析法如式（1）：

式中 ηw为灌溉水有效利用系数（%）；Wj为净灌溉用水总量（m3）；Wa为毛灌溉用水总量（m3）。

统计灌区现状水平年2016年灌溉用水总量、各种作物实际灌溉面积，确定实际净灌溉定额，以作物净灌溉定额近似替代亩均净灌溉用水量，计算灌区该年度的灌溉水有效利用系数ηw如式（2）：

式中 Mi为灌区第i种作物净灌溉用水量（mm）；i从1到n；Ai为灌区第i种作物实灌面积（hm2）；N为灌区作物种类总数；Wa为灌区全年毛灌溉用水总量（m3）。

4.2 现状水平年与灌溉用水代表年

以2016 年工程设施状况与管理水平为现状条件。

5 灌溉用水有效利用系数

5.1 毛灌溉用水总量

毛灌溉用水量为净灌溉用水量与损失水量之和，包括本灌区引水量和外灌区调入水量，指灌区全年用于农田灌溉的从水源地引入的总水量，但要减掉由于其他工程措施需要的渠道或者管路的弃水量。蓄水工程供水为水库出库断面（库口），引水工程供水为总干渠分水口断面（龙口），机电井工程供水为机电井口断面（井口）。莫索湾、下野地灌区为水库出库断面；石河子、宁家河、大南沟灌区为总干渠上的分水口；安集海灌区区别不同情况分别采用库口或龙口水量。地下水量为井口水量。

按灌溉年度毛灌溉用水总量，即从上年秋冬播前灌开始，至作物收割为止作为一个灌溉年度。由于各灌区种植结构、灌溉水源及方式不同，针对充分和非充分灌溉，测算净灌溉用水量。

5.2 作物需水量

根据石河子、莫索湾、下野地、安集海4个气象站2016年各月的气象要素，采用彭曼公式分析计算作物参照需水量，作物参照需水量乘以作物修正系数等于作物需水量。

作物修正系数根据全国高等农业院校教材《灌溉排水工程学》 中各类作物全生育期中的kc值选用。

由于宁家河、大南沟、洪沟没有完整的气象资料，宁家河灌区2016年作物需水量采用石河子作物需水量计算值。大南沟和洪沟灌区2016年作物需水量采用安集海作物需水量计算值。

5.2.1 有效降水量

根据中国水利水电科学研究院水资源研究所推荐的有效降雨利用系数表，选用有效降水量利用系数如表1。

表1 有效降水量利用系数

5.2.2 地下水利用量

根据《新疆兵团八师平原区地下水超采区划定说明》（2005年11月），石河子灌区地下水平均下降速率0.1～0.3m/a，综合判定为一般超采区；莫索湾灌区地下水平均水位埋深4～6m，平均下降速率0.1m/a，综合判定为中型一般超采区；下野地灌区地下水平均水位埋深3m，平均下降速率上下波动，变化不大，综合判定为承压水中型严重超采区；安集海灌区和洪沟灌区地下水平均水位埋深3m，平均下降速率上下波动，变化不大，综合判定为中型超采区。

综合分析，石河子、试验场、宁家河、大南沟灌区不计算地下水利用量；莫索湾、下野地、洪沟和安集海灌区地下水利用量按作物需水量的5%～10%计算。

5.2.3 作物生育期始末土壤储水量

土壤储水量变化值如式（3）：

式中 W为作物生育期始末土壤储水量的变化值（mm）；ω0为作物播种前h深度土层内土壤平均含水率（占干土重%），田间持水率取25%；ωs为作物收割时h深度土层内土壤平均含水率 （占干土重%），取17%；h为土壤计划湿润层深度（m），取0.6m；γ为h深度内土壤平均容重（t/m3），灌区内绝大数土壤为壤土，取1.4t/m3。

农业灌溉用水有效利用系数测算结果如表2。

表2 农业灌溉用水有效利用系数

新疆石河子垦区大型灌区有玛纳斯河和安集海灌区，本次选择玛纳斯河灌区、安集海灌区进行灌溉水有效利用系数测算分析，完全可代表垦区大型灌区的灌溉用水有效利用系数。

6 结语

2016 年垦区参与测算的灌区灌溉面积24.464万hm2，毛灌溉用水总量12.087 亿m3，净灌溉用水总量7.893 亿m3，农业灌溉用水有效利用系数0.653，较2015年提高0.003。