大满灌区农田灌溉水有效利用系数测算方法探讨

谢丽娟

(甘州区大满水利电力管理处,甘肃 张掖 734000)

0 引言

农田灌溉水有效利用系数是指在某次或某一时间内被农作物利用的净灌溉水量与水源渠首处总灌溉引水量的比值,它反映了灌区渠系输水和田间用水状况,是衡量灌溉工程状况、节水灌溉技术普及程度和用水管理水平的一项重要指标[1]。通过进行灌溉水有效利用系数测算分析,对摸清各大灌区农业灌溉水利用现状、掌握灌区灌溉用水效率动态变化与节水潜力,科学制定灌区节水灌溉措施提供基础依据[2]。本次研究以甘肃张掖市甘州区大满灌区作为典型样点灌区,参照《全国农田灌溉水有效利用系数测算技术分析技术指导细则》,进行了大满灌区农业灌溉水有效利用率测算工作,选择规模、类型、工程状况及管理水平均不相同的灌区片区和典型田块,通过开展2022年灌区片区和典型田块灌溉用水量的观测、分析、调查实践工作,收集整理灌溉供需用水、作物种类、土壤类型、气象等基础信息资料,运用直接量测法推算出灌区2022年农业灌溉水有效利用系数,掌握了灌区的节水潜力,较为准确地反映出大满灌区农业灌溉用水现状水平[3]。

1 大满灌区概况

大满灌区地处甘肃省张掖市甘州区城南16 km处,地理位置在东径100°24′～04°75′,北纬38°47′～33°76′之间。总土地面积552.3 km2,灌区多年平均气温14.5℃～18℃,最低气温～28℃,最高气温38.5℃,多年平均降水量124.9 mm,多年平均蒸发量1 291 mm,蒸发量大于降水量,属典型内陆干旱气候。多年平均冻土深度123 cm,具有日照时间长,太阳辐射高,昼夜温差大,降雨稀少,蒸发强烈,光热资源丰富等特点,适宜种植玉米、制种玉米、蔬菜等作物。

大满灌区以引黑河水灌溉为主、井灌为辅,隶属甘州区水务局,辖小满、大满、党寨、碱滩、三闸、上秦6个乡(镇)的48个行政村和11个国营机关农、林场,总人口7.65万人。同时承担7处78 km的防汛堤坝和二坝水库的防汛及10个村、1个集镇2.5万人的人畜安全饮水任务。设计灌溉面积56.755 5万亩,有效灌溉面积56.755 5万亩,2022年实际灌溉面积51.865 6万亩。灌区建成干渠3条86.1 km,其中衬砌86.1 km,支渠99条248.1 km,其中衬砌237.1 km,斗渠419条424.6 km,其中衬砌307 km,农渠1 688条798.4 km,其中衬砌77 km。修建各类建筑物11 414座。

2 灌区灌溉用水代表年选取分析

本次研究收集张掖水文局长系列水文基础资料,对灌区水情进行了分析预测。2022年预测水情采用1958-2015年序列水情资料,按中等干旱年频率P=75%进行分析计算,典型年份为1998年,扣除河道输水损失后,按照灌区全年许可水资源总量27 354万 m3进行本次测算分析[4]。

3 测算过程分析

3.1 测算原则

大满灌区农业灌溉水有效利用系数测算分析,按照具有代表性、可行性和稳定性的原则,划定样点灌区并选取典型田块。并依据样点灌区多年的灌溉用水管理资料,通过直接量测法,计算分析典型田块的土壤含水率,准确的核算出亩均净灌溉用水量,进而推算出每轮次灌区净灌溉用水量。同时利用灌区干、支渠测流记载,获取各轮次干渠流量、水量,在灌溉结束后,汇总灌区取水口水量。根据取水口毛灌溉用水量、测定的净灌溉用水量以及亩均净灌溉用水量和灌溉面积,通过直接量测法计算出灌区农业灌溉水有效利用系数。

3.2 测算过程分析

3.2.1 样点片区的划分

灌区样点片区综合考虑灌区不同的地形地貌、地质条件、土壤类型、管理范围、工程设施、水源条件、灌水方式等因素,按照干渠上、中、下游在灌区内划分了小满、大满、党寨站为上片区,碱滩、廿里堡站为中片区,下段站为下片区。

3.2.2 典型田块的选择

灌区在典型田块的选择上,按照边界清楚、形状规则、面积适中的要求,同时综合考虑了地形、土地平整度、土壤类型、灌溉方式等因素,选择了更具代表性和合理性在灌区作物面积超过10%的制种玉米作为典型田块。在上中下游共选择典型田块34块,选择河水漫灌12块,河水滴灌3块,井水漫灌3块,井水滴灌14块,井水管灌2块,每个片区均有大小地块,共计490.54亩。

3.2.3 净灌溉用水量及毛灌溉用水量的获取

灌区在每次灌水前后按照《灌溉实验规范SL13-2004》有关规定,观测典型田块内不同作物年内生育期内计划湿润层的土壤含水率,应用灌前、灌后土壤含水率的差值,计算出该次亩均净灌溉用水量,核算出该典型田块年亩均灌溉用水量。同时对地块采观测分析法,利用梯形量水堰对典型田块的每轮引水量进行观测,通过两种方法对比分析,准确计算分析灌区净灌溉用水量。在灌水过程中,灌区合理配置专业技术人员,严格计算渠首取水量。春灌前对灌区干、支、斗渠水尺进行校核,并在每一个测点安排一名认真负责的观测人员,定时观测水量变化,利用测流记载详细记录每天不同时段的水位、流量、水量,每轮灌溉结束后,汇总取水口总量,获得毛灌溉用水量。

3.2.4 灌溉水有效利用系数测算

基于前述三个步骤成果,根据取水口毛水量、田间测算取得的净灌溉用水量,采用首尾相接量测法,测算灌区灌溉水有效利用系数。

3.2.5 测算工作注意要点

测算工作在作物需水时才能进行,实际灌溉过程中的降水、蒸腾、灌水习惯等因素不好把控,造成实测数据不稳定。同时,由于测算灌区面积很大,工作量大,存在人员和经费不容易造成不能及时取土、烘土,从而影响实验数据。这些在测算过程中要尤为注意。

4 测算成果评价

(1)灌区地处平原地带,属于井、河混灌区,灌溉流量比较稳定,正常情况下干渠流量控制在6.0～16.1 m3/s。因干渠因渠道长,渠道建成年份不同和完好程度不同,我们采用上、中、下段分别进行测流计算。支渠测算工作是把灌河水的渠道全部列入测算范围进行测算。斗、农渠由于渠道较多,分布较广,所以采用有一定代表性的斗、农渠进行测算,分别选取已衬砌渠道、已衬砌但老化失修、土渠等三种类型的渠道和不同衬砌断面的渠道作为典型渠道进行测定,整理渠道控制面积,轮次灌溉水量,灌前灌后取土测定土壤含水率进而测定地块定额,积累资料,科学分析田间水量,准确核算灌溉水量。

(2)抽样测算不同地块定额,综合测算田间水量。在灌溉期间,在选择不同作物地块进行测算灌水定额,推算田间灌水量和年灌溉水量,计算灌溉水利用率。

(3)滤定断面水尺,严格计算供水量。从夏灌开始,首先测定干渠渠首流量,再测定斗口测水断面流量,并详细记载渠道各轮次水量,灌溉结束后最终汇总水量,计算灌溉水利用率。

(4)通过对2022年灌区各种观测数据资料进行整理分析及汇总,计算分析各类作物净灌溉定额。经过实际调查统计播种面积与实际灌溉面积,采用实际面积参与水量计算。最终推算可知,2022年田间净水量12 778.1517万 m3,干渠渠首毛水量为11 719.6536万 m3,机井提水量8 467.0万 m3,田间水量与渠首毛水量之比即灌溉水有效利用系数0.633。

5 结论及建议

5.1 结论

(1)大满灌区在灌溉水有效利用系数的测算工作中,对测算过程中的各类实验基础数据进行分析和收集,及时推进了测算工作的实施。尤其对制种玉米、大田玉米、小麦、瓜菜等作物夏二轮至秋二轮灌前、灌后土壤含水率分别进行比对测算,从而较为准确地核算确定了净灌溉用水定额和净灌溉用水量。

(2)通过开展灌区灌溉水利用系数测算工作,积累了大量实测资料,测算得到了灌溉水有效利用系数为0.633。从测算结果看,2022年实测灌区灌溉水利用系数同近几年实测数据相比呈稳步提高趋势,灌溉水利用系数数据比较合理、可靠性较高,符合灌区实际。

(3)在测算工作进行过程中,定期检查测算分析工作的进展情况,分析存在的问题和薄弱环节,针对本次测算工作实际,研究制定了加强和改进工作措施。使之更好的为制定灌区配水计划和为农业灌溉提供服务,为水资源合理配置提供可靠依据。

5.2 建议

(1)建议上级管理部门将灌溉水利用系数测算工作列入科研课题,专门开展测算研究。

(2)要积极搭建学习平台,积极组织测算人员进行异地学习交流或学习观摩,提高测算成效。

(3)灌区斗、农渠等田间工程配套率较低,输水损失较大,加之斗渠以下水利工程维修资金无来源,末级渠系不能发挥应有的功能,建议加大对小型水利工程的建设投入。

(4)末级渠系缺乏控制性工程和量测水设施,建议测流改造列入信息化建设项目,全面建设,提高量末级渠系测水精度。