灌区田间水利用系数试验研究

程 达

(江苏省常熟市辛庄镇农村工作局，江苏 常熟 215500)

为提高田间水资源利用效率，优化田间管理，田间水利用系数成为当前研究的热点话题。盛泰玮[1]通过新型模型，测算田间水利用系数。侯裕生等人[2]研究某地区田间水利用系数，分析其受时间的影响趋势，探究影响田间水利用系数的因素。赵鹏涛等人[3]基于水量平衡原理，提出一种新型测算田间水利用系数的方法。杨玫等人[4]对比分析不同类型管区的田间水利用系数，分析水源因素对系数的影响。高峰等人[5]提出计算田间水利用系数的方法，并将此方法用于实际工程中进行分析。周恒[6]对各因素对田间水利用系数的影响进行敏感性分析，探究影响田间水利用系数的关键因素。

本研究通过三种方法计算田间水利用系数，分析不同计算方法对于田间水利用系数的影响。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本研究试验区位于江苏省中部，与田间道距离较近。此地区年均降雨量为1023 mm，降雨主要集中于4—10月。此地区温度情况如表1所示。

表1 该地区温度情况

1.2 试验方法

本研究田间水利用系数测定方法主要为平均法、实测法和对比实测法。

(1)平均法。依据相关理论计算田间水利用系数ηt，其计算公式如式(1)：

(1)

式中：m为净灌水定额，m3/hm2；A为灌溉面积，hm2；W为灌溉总水量，m3。

(2)实测法。通过在田间测定的实际数据，得出田间水利用系数。首先，测定稻田平均深度，含水率、降雨量等相关数据得出净灌水定额(M泡田)。通过测定稻田水位变化，得出生长期的净灌水定额(M生长)。通过水表测量田区水量，分别得出泡田、生长灌水量W泡田、W生长。实测法计算公式如式(2)。

(2)

(3)对比实测法。通过测定原状和封闭田块面积(A原状、A封闭)及其灌水量(W原状、W封闭)，得出田间水利用系数，计算公式如式(3)。

(3)

式中：ω封闭为封闭田块的单位面积灌水量，m3/m2；ω原状为原状田块的单位面积灌水量，m3/m2。

ω封闭与ω原状的计算见式(4)、式(5)：

(4)

(5)

式中：W封闭、W现状为封闭田块、现状田块的灌水量，m3；A封闭、A现状为原状和封闭田块面积，m2。

1.3 试验田间布设

本研究试验区取水水位为102.3 m，总面积为0.96 hm2，分为10个田块。对比分析三种测试方法得出的田间水利用系数。试验区相关参数如表2所示。

表2 试验区相关参数

2 结果与分析

2.1 平均法

根据上述试验方案可得，编号为1的试验田为平均法。收集相关数据，依据相关理论计算田间水利用系数ηt，其计算如式(1)。根据平均法得出ηt为0.903。

2.2 实测法

根据上述试验方案可得，编号为2、3、4的试验田为实测法。根据实测法试验步骤，测得其田间水利用系数如表3所示。

表3 实测法田间水利用系数

由上述计算结果可得，由实测法得出的田间水利用系数为0.94。6月20日有田间水利用系数最小值，为0.90。7月29日和8月10日有田间水利用系数最大值，为0.98。当灌水定额减小时，土体中的水不易流失，留存于田内，以保持田内土体的水分。当灌水定额增大时，土体吸收大量水分，达到饱和状态，此时土体难以吸收更多的水分，导致多余的水分向下层土体渗透，造成水分的流失。此时试验区的田间水利用系数较小。

2.3 对比实测法

根据上述试验方案可得，编号为5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6的试验田为对比实测法。根据对比实测法试验步骤，测得其田间水利用系数如表4所示。

表4 对比实测法田间水利用系数

续表4

由上述计算结果可得，由对比实测法得出的田间水利用系数为0.922，其值小于实测法得出的田间水利用系数，大于平均法得出的田间水利用系数。随灌溉时间的增大，田间水利用系数逐渐增大，当灌溉时间为5月27日—6月1日时，有最小田间水利用系数为0.897，当灌溉时间为8月10日时，有最大田间水利用系数，为0.943。当试验区田块面积较大时，其田间水利用系数较大，当试验区田块面积较小时，其田间水利用系数较小。当灌水定额减小时，土体中的水不易流失，留存于田内，以保持田内土体的水分。当灌水定额增大时，土体吸收大量水分，达到饱和状态，此时土体难以吸收更多的水分，导致多余的水分向下层土体渗透，造成水分的流失。

对比三种方法得出的田间水利用系数可得，当采用平均法时，有最小田间水利用系数，当采用实测法时，有最大田间水利用系数。三种方法测得的田间水利用系数大小差距在4%以内。由于平均法基于理论对田间水利用系数进行计算，缺少对实际情况的考虑，与实际情况有一定的偏差。实测法通过现场试验，测得田块间的相关数据，基于现场试验的结果计算田间水利用系数。而试验过程存在一定的试验误差，现场试验各种因素对试验结果的影响较大，且试验过程较为烦琐。实测法的误差及不确定性较大。对比实测法得出的田间水利用系数为三种方案中的中间值。相较于实测法，对比实测法平衡了实测法试验过程中产生的误差，所以其田间水利用系数为三种方案中的中间值，误差较小。

3 结 论

本研究通过三种方法计算田间水利用系数，结果表明：

(1)根据平均法计算公得出田间水利用系数为0.903。由实测法得出的田间水利用系数为0.94。6月20日有田间水利用系数最小值，为0.90。7月 29日和8月10有田间水利用系数最大值，为0.98。当灌水定额减小时，土体中的水不易流失，留存于田内，以保持田内土体的水分。

(2)由对比实测法得出的田间水利用系数小于实测法得出的田间水利用系数，大于平均法得出的田间水利用系数。田间水利用系数与试验区田块面积呈正相关关系。当灌水定额减小时，土体中的水不易流失，以有效水的形式留存于田内，此时试验区的田间水利用系数较大。当灌水定额增大时，土体吸收大量水分，达到饱和状态，导致多余的水分向下层土体渗透，造成深层渗漏，此时试验区的田间水利用系数较小。

(3)对比三种方法得出的田间水利用系数可得，当采用平均法时，有最小田间水利用系数，当采用实测法时，有最大田间水利用系数。三种方法测得的田间水利用系数大小差距在4%以内。相较于实测法，对比实测法平衡了实测法试验过程中产生的误差，误差较小。