双牌灌区农田灌溉水有效利用系数实测与分析

刘思妍，唐梓豪

（湖南省水利水电科学研究院，长沙 410007）

近年， 全国对农田灌溉水有效利用系数实测工作日益重视，杨水才［1］对福建省武夷山楮树下灌区进行测算分析；曹岩等［2］对云南高原山区系数测算工作进行研究；胡承超［3］对江苏省洪泽地区进行测试，评价灌区工程节水效果；朱福民等［4］通过分析不同影响因素对系数的影响提出了对灌区优化的建议；鞠艳等［5］通过分析系数的变化趋势和影响因素总结了江苏省系数增长规律和提升系数的关键因子。与上述研究相比，湖南省灌区开展研究较少，水源条件复杂多样， 都对农田灌溉水有效利用系数测算提出更高要求。

在此背景下，以双牌灌区为研究区，选取播种面积超过灌区总播种面积10%的作物种类，共计27 个典型田块，采用实测法计算净灌溉定额，通过首尾测算分析法计算样点灌区的农田灌溉水有效利用系数， 从而为评价节水灌溉发展成效与节水潜力提供科学依据。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域概况

双牌灌区地处湖南省南部， 位于东经111°～112°、北纬25°55′～26°35′之间，地貌属于中切割低山丘与平缓区的过渡地带，地势南高北低。气候为亚热带季风湿润气候区；多年平均降水1433.5 mm，年平均气温16.13 ℃，无霜期280 d，相对湿度81%，灌区内气候温和，土地肥沃，适宜种植双季水稻、柑桔等。灌区引水水源为双牌水库，水库控制流域面积10594 km2，渠首取水模式为自流取水。 灌区设计灌溉面积2.17 万hm2，受益范围为湖南省永州市的双牌、零陵、冷水滩和祁阳四县（区）的17 个乡镇、198 个村、3400余个村民小组。灌区现有干渠1 条，长95.628 km；支渠19 条（含分支渠），总长357.6 km；斗渠445 条，共长875 km；农渠725 条，共长2727 km。灌溉面积200 hm2以上斗渠7 条，设计总长度65.19 km，其中防渗衬砌长度仅14.4 km。

1.2 典型田块选取

根据《全国农田灌溉水有效利用系数测算技术指导细则》要求， 对超过种植面积10%的主要作物选取典型田块。双牌灌区确定的主要作物为早稻、中稻与晚稻，因此分别对3 种作物在上、中、下游3 个片区每种作物选取3 块典型田块。 通过调研实地走访双牌灌区支渠选取符合要求的典型田块， 共计27 块典型田块。

表1 双牌灌区典型田块主要作物统计信息

1.3 数据来源

1.4 研究方法

根据农田灌溉水有效利用系数的定义， 首尾测算分析法即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）的比值来计算灌区农田灌溉水有效利用系数，计算公式如下：

式中η 为灌区农田灌溉水有效利用系数；W净为灌区净灌溉用水总量（m3）； W毛为灌区毛灌溉用水总量（m3）。

2 农田灌溉水有效利用系数实测

农田灌溉水有效利用系数的实测， 首先根据选取的典型田块依照一定方法测算分析年平均净灌溉用水量，进而分析计算双牌灌区年净灌溉用水量，最后，以双牌灌区年净灌溉用水量、年毛灌溉用水量为基础，分析计算双牌灌区农田灌溉水有效利用系数。具体测算流程如图1。

图1 双牌灌区农田灌溉水有效利用系数测算流程

2.1 净灌溉用水量

净灌溉用水量的测算值是根据所选的典型田块灌水水层的前后水层变化计算出典型田块平均净灌溉用水量， 再用典型田块的平均净灌溉用水量推算到该作物灌区平均用水量， 最后根据分析出的灌区作物平均净灌溉用水量与其灌区范围内实际灌溉面积的乘积得出全灌区净灌溉用水量。 双牌灌区平均净水量均由直接量测法得出。

2.1.1 典型田块平均净灌溉用水量

每次灌溉的平均净灌溉用水量计算公式如下：

式中h1为灌水前典型田块田面水深（mm）；h2为灌水后典型田块田面水深（mm）。根据每次灌溉的平均净灌溉用水量数据相加得到平均净灌溉用水量。

2.1.2 灌区平均净灌溉用水量

气控系统由气源、操作控制系统、执行机构等组成。操作控制系统安装在司钻控制房内，控制压力气进入或排出气胎离合器，实现离合器的啮合和脱开。

根据实测记录得到典型田块的平均净灌溉用水量，计算双牌灌区水稻平均净灌溉用水量，计算公式如下：

式中wi为样点灌区同片区第i 种作物的平均净灌溉用水量（m3/hm2）；w田净i为同片区第i 种作物第l 个典型田块平均净灌溉用水量；A田l为同片区第i 种作物第l 个典型田块灌溉面积（m3）。N 为同片区第i 中作物典型田块数量（个）。

2.1.3 净灌溉用水总量

根据双牌灌区提供的实际灌溉面积统计表按照式（3）得出双牌灌区净灌溉用水总量：

式中W样净为双牌灌区净灌溉用水总量（m3）；wij为双牌灌区j 个片区内第i 种作物平均净灌溉用水量（m3/hm2）；Aij为双牌灌区j 个片区内第i 种作物实际灌溉面积（hm2）；m 为双牌灌区j 个片区内的作物种类（种）；n 为双牌灌区片区数量（个）；大型灌区n=3。

具体计算步骤及结果如表2。 根据表2 计算后得， 早稻、 中稻、 晚稻的作物平均用水量分别为1644.75，3742.65，4279.65 m3/hm2；实际种植面积分别为：0.79，1.02，0.71 万hm2； 净灌溉用水量分别为：1294.95，3807.52，3052.82 万m3，总计8155.30 万m3。

表2 双牌灌区主要作物净灌溉用水量计算

2.2 毛灌溉用水量

双牌灌区主水源毛灌溉用水量可通过查阅渠首电站台账计算得出。经计算并统计，双牌灌区在实测期内出库水量为15057.13 万m3，全部为农田灌溉用水量。

2.3 农田灌溉水有效利用系数

根据首尾测算法式（1）计算双牌灌区农田灌溉水有效利用系数分别为0.5416。

η=8155.30/15057.13=0.5416

3 合理性分析

3.1 实测过程合理性分析

本次实测采用的是首尾测算法， 作为 《指导细则》推荐方法，相比分段实测法操作更简单，符合湖南省农村基层水利的实际情况。 其要点就是对于毛灌溉用水量和净灌溉用水量的实测过程要规范、细致。 本次净水量实测均由湖南省水利水电科学研究院指导完成，过程满足规范要求；毛水量通过查询台账记录获取，避免了人为因素影响。综上，本次实测方法科学、过程规范合理。

3.2 农田灌溉水有效利用系数合理性分析

农田灌溉水有效利用系数的合理性取决于净、毛灌溉用量的合理性。此次实测按照《指导细则》要求，采用日历年（1 月1 日—12 月31 日）为测算时段。其中净早稻、中稻、晚稻平均灌溉用水量分别为1644.75，3742.65，4279.65 m3/hm2， 与DB43/T 388—2020《湖南省用水定额》中双牌灌区所在农业用水定额灌溉分区Ⅱ区的50%保证率下相关作物用水定额相比偏高，其原因是2022 年湖南省全省属平水偏枯年份，2022 年降雨量1299 mm 比多年平均降雨量14 54 mm 偏小10.7%；毛水量出库水量15057.13 万m3相比往年17000 万m3有所减少，其原因是永州市4—10月经历有完整资料记录以来最为严重的气象水文干旱。综上，影响双牌灌区农田灌溉水有效利用系数的最关键数据合理，其系数测算成果也具备合理性。

4 结语

通过对双牌灌区农田灌溉水有效利用系数实测，可对灌区决策提供理论参考。农田灌溉水有效利用系数实测工作量大、技术要求高，需要大量人力资源予以配合才能完成。 灌溉水利用系数实测工作离不开两个关键因素： 灌溉水来水量及用水量台账清晰且具有相配套的计量设施， 和有足够的技术人员参与开展调查、统计、测流等工作。典型田块水位测量中，因田间土地并不平整，所以在观测时需设立固定观测点，以保障观测前后测量水位的位置相同，减少误差。