铜官灌区水稻灌溉制度设计

马 夺，张瑞刚

(1.湖南中天水利水电勘察设计有限公司，长沙 410200； 2．水利部长江水利委员会 河湖保护与建设运行安全中心，武汉 430010)

作物灌溉制度是灌区规划和设计的重要指标，是根据作物需水特性和当地气候、土壤、农业技术及灌水技术等因素而制定的整套方案[1]。合理可行的灌溉制度，对优化灌溉规模、优化水资源调度方案及提高水资源利用率都十分重要[2]。本文结合湖南省长沙市望城区1951-2015年长系列降雨资料，选择不利降雨频率，综合水量平衡法，进行铜官灌区水稻灌溉制度设计，可为同类项目科学灌溉提供理论参考。

1 灌区概况

铜官电灌站是湖南省长沙市望城区最大的电灌站灌区，位于湘江望城段东岸铜官镇，距长沙市区32 km，水陆交通条件良好。该电灌站始建于1964年，是望城区重要的产粮基地，灌区水源为湘江，依靠铜官电灌站提水灌溉。灌区建成以来，每遇干旱季节，均发挥了重要的作用，有力地缓和灌区的干旱，是灌区约0.36×104hm2农田抗旱的核心，确保了粮食生产安全。

2 灌溉保证率及设计代表年

2.1 设计依据及计算方法

根据《节水灌溉工程技术规范》(GB/T 50363-2006)和《灌溉与排水工程设计规范》(GB 50288-1999)的有关要求[3-4]，并参照湘潭市灌溉试验站资料，采用时历年法进行计算。根据望城区1951-2015年(64年)降雨资料及选定的灌水方式、作物耗水时等按水量平衡法计算历年灌溉定额，并对历年灌溉定额进行频率分析，选出2～3个符合设计保证率的年份，以其中灌水分配过程不利的一年为典型年，以该年的灌溉制度作为设计灌溉制度。

2.2 灌溉保证率选择

项目区的水源主要来自区域内水库、山塘和河坝蓄水，灌溉用水不足时由铜官电排补水。项目区种植作物全部为水稻。根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB 50288-2018)表3.1.2[5]，并结合当地农业种植的实际情况,本次灌溉保证率取90%。

2.3 设计代表年的选择

灌溉保证率取90%，与灌溉保证率同频率有： 4-10月排频同频率的年份为2007年(89.83%)和2011年(90.91%)。再比较最不利年份，最终选定2011年作为设计代表年。

3 灌溉制度

水稻灌溉制度是指水稻播种前及全生育期内的灌水次数、每次灌水日期和灌水定额以及灌溉定额，水稻的灌溉定额即为泡田定额与生育期定额之和。铜官灌区水稻灌溉制度设计本次按照水量平衡原理，利用降雨与蒸发资料进行长系列操作计算，计算出历年灌溉制度成果表。

3.1 灌水方法及泡田期、生育期阶段划分

铜官灌区水稻灌水方式采用“薄、浅、湿、晒”的控制灌溉模式，即薄水插秧、浅水返青、薄湿分蘖 、晒田蹲苗、回水攻胎、浅薄杨花、湿润灌浆、落干黄熟；田间水量平衡时，采用“浅水勤灌”法，田间适宜水深根据湘潭市灌溉试验站资料确定其水层上下限，超则排，少则蓄，灌水方式根据水稻不同生育阶段对水分的要求控制田间水分，保持对禾苗的最佳供水，协调好禾苗对水、肥、气热的关系，发挥省水、增产的效果。生育阶段适宜水深见表1。

表1 灌区水稻灌溉定额不同生育期田间适宜水深表[6]

3.2 灌溉定额

3.2.1 泡田定额

泡田期的灌溉用水量(泡田定额)可用下式计算[7]：

M1=6.67h0+0.667(S1+e1t1-P1)

式中：M1为泡田期灌溉用水量，m3/亩；h0为插秧时田面所需的水层深度，mm；S1为泡田期的渗漏量，mm；t1为泡田期的天数，d；e1为t1时期内水田田面平均蒸发强度，mm；P1为t1时期内的降水量，mm。

根据项目区土壤、气象条件和灌水经验，查阅长沙市望城区划资料，结合当地经验，早稻泡田期为4月20-27日，中稻泡田期为5月5-14日，晚稻泡田期为7月22-31日,确定双季早稻泡田定额为825 m3/hm2；双季晚稻泡田定额为900 m3/hm2；中稻泡田定额为975 m3/hm2。

3.2.2 水稻生育期灌溉定额

水稻各生育期内的灌溉定额计算采用水量平衡原理分析计算法，计算时段为日，即根据每年的逐日降水、作物逐日需水、渗漏量等在生育期内逐日进行田间水量平衡确定。

水量平衡方程式：

H1+P+m-E=h2

式中：H1为时段初田面水层深度，mm；h2为时段未田面水层深度，mm；P为时段内的降雨量，mm；m为时段内的灌水量,mm；E为时段内田间耗水量,mm；C为时段内排水量,mm。

计算方法：如果时段初(日)的农田水分处于适宜水层上限(hmax)经过一个时段的消耗，田面水层降至适宜水层下限(hmin)便需进行灌溉，灌至适宜水层上限，如时段内有降雨，时段灌消耗后的田面水层大于适宜水层上限，则需排水，排到适宜水层上限。项目区双季稻灌溉定额分配值见表2。设计代表年单季稻灌溉定额分配值见表3。

表2 灌区双季稻灌溉定额分配值表

表3 灌区单季稻灌溉定额分配值表

项目区水稻灌溉定额成果见表4。

表4 灌区水稻灌溉定额 /m3·(亩)-1

3.2.3 综合灌溉定额

根据灌区实际情况，灌区内水稻种植结构见表5。

表5 灌区水稻种植比例表

现状灌区内双季稻、单季稻的种植比为76.5∶13.5，因此,综合定额=双季稻灌溉定额×76.5%+单季稻灌溉定额×13.5%。灌区综合灌溉定额分配值表见表6。

表6 灌区综合灌溉定额分配值表

3.3 设计灌溉制度

通过对铜官灌区进行长系列供需平衡分析，在64年长系列灌溉制度中选出设计保证率为P=90%，水稻灌溉定额选2011年为设计代表年。灌区早稻灌溉定额为3 525.0 m3/hm2，晚稻灌溉定额为5 250.0 m3/hm2，单季稻灌溉定额为4 875.0 m3/hm2，综合灌溉定额为7 371.0 m3/hm2。

4 成果分析

灌溉制度的成果是灌区规划设计的关键，将铜官灌区的灌溉定额与邻近灌区试验站成果进行比较分析，两者结果基本一致。对比《湖南省用水定额》(DB43/T 388-2014)，铜官灌区属于Ⅲ区，在保证率为P=90%情况下，早稻灌溉定额为3 675 m3/hm2，晚稻灌溉定额为6 300 m3/hm2，单季稻灌溉定额为6 000 m3/hm2，综合灌溉定额为8 440.95 m3/hm2。因此，本次设计成果满足规范要求。

5 结 语

对铜官灌区这样采用电灌站长距离输水的灌区而言，研究和确定灌溉制度具有非常重大的科学意义。基于水量平衡法，研究铜官灌区水稻灌溉制度设计，并将计算成果与邻近灌区试验站成果、湖南省用水定额进行比较，计算结果满足要求，方法可靠。计算成果可以作为灌区规划设计的重要依据，对同类项目灌溉制度设计具有一定的参考价值和指导意义。