灌区灌溉水利用系数试验分析

王彧坤

( 黑龙江省水文局，哈尔滨150001)

我国目前灌区平均灌溉水利用系数很低，节约用水潜力很大。因此，研究分析灌溉水利用系数，探讨其测定和计算方法，对了解我省灌区灌溉水利用水平的现状和存在问题，提高灌溉水的利用率，促进水资源的可持续利用有着积极的意义［1］。

1. 工作流程

1.1 外业测量工作

2011年4月开始筹划外业测量工作，5月—9月开展渠系水利用系数及田间水利用系数测验工作。九龙灌区、马场灌区全年共施测流量186 份，其中有效测次160 份，整个流量测次分布在水稻生长的返青期、孕穗期、乳熟期、黄熟期，全年共取土样分析32个。

1.2 田间水利用系数测算

田间水利用系数为灌溉水贮存到作物计划湿润层中的净水量与从渠系末端进入田间水量的比值［2］，可采用计算法或实测法进行分析:

1.2.1 计算法

式中: ηt为田间水利用系数; m 为设计灌水定额，m3/hm2; A 为末级固定渠道控制的实灌面积，hm2; W为末级固定渠道放出的总水量，m3。

1.2.2 实测法

在灌区中应选择具有代表性的田间地块，通过实测灌水前后3 d内土壤含水量的变化，计算净灌水定额，求得田间水利用系数，计算公式为:

式中: β2、β1分别为灌水前后计划湿润层的土壤含水率( 以干土重的百分数表示) ; γ 为土的干容重，t/m3; H 为计划湿润深度，m。

1.3 测算结果

经全年测算，九龙灌区、马场灌区渠系水利用系数分别为0.557 和0.531，平均值为0.554;田间水利用系数为0.727 和0.682，平均值为0.705。本年实验灌溉水利用系数为0.391。

2 灌区水资源、土地利用及工程现状

2.1 灌区水资源

2.1.1 地表水

九龙灌区、马场灌区位于雅鲁河左岸，取雅鲁河水进行自流灌溉，水质好，是本区可靠的灌溉水源。

2000年九龙灌区取水口处P =75%保证年份年来水量为9.04 ×108m3，5—8月灌溉期来水量为5.21 ×108m3;2010年九龙灌区取水口处P =75%保证年份年来水量为8.92 ×108m3，5—8月灌溉期来水量为5.11 ×108m3。

2000年马场灌区取水口处P =75%保证年份年来水量为8.80 ×108m3，5—8月灌溉期来水量为4.98 ×108m3;2010年马场灌区取水口处P =75%保证年份年来水量为8.72 ×108m3，5—8月灌溉期来水量为4.86 ×108m3。

2.1.2 地下水

根据齐齐哈尔市和龙江县地下水资源开发利用规划报告中按平均布井法确定的可开采模数估算区域地下水可开采量，区域地下水可开采量总计为550.8×104m3/a。开发水田后增加渠系入渗和田间灌溉渗入量两项，前者由渠首引水量乘以渠系入渗系数估算，本区渠系入渗系数为0.13 ～0.14;田间灌溉渗入量由进入田间灌溉水量乘田间灌溉渗入系数估算，田间灌溉渗入系数0.18，两者入渗量为412.29 ×104m3/a。本灌区地下水可采量为963.09×104m3/a。

2.1.3 水资源现状

九龙灌区现状水田面积1 667 hm2，现状平均灌溉定额18 000 m3/hm2，年地表水资源利用量3000 ×104m3。马场灌区现状水田面积967 hm2，现状平均灌溉定额18 000 m3/hm2，现状年地表水资源利用量1740 ×104m3。

2.2 灌区土地利用现状

九龙灌区内总土地面积4 587 hm2。其中耕地面积3 667 hm2，居民及其它占地面积533 hm2，水面30 hm2，其它用地367 hm2。水稻、玉米、杂粮的种植比例为1∶1∶0.2，现有水田实灌面积1 667 hm2。

马场灌区内总土地面积4 600 hm2。其中耕地面积3 467 hm2，居民及其它占地面积533 hm2，水面253 hm2，其它用地347 hm2。水稻、玉米、杂粮的种植比例为1∶2.35∶0.15，现有水田实灌面积967 hm2。

2.3 灌区工程现状

九龙灌区水源为雅鲁河水，渠首为有坝取水，自流灌溉。进水闸3 孔，开敞式结构，引水流量为9.47 m3/s。现有输水总干渠1 条，长1.45 km; 干渠2 条，总长23.65 km; 支渠13 条，总长29 km; 干沟1条，长16 km; 支沟8 条，总长15.58 km; 已有建筑物56 座，其中拦河坝2 座、闸22 座、桥涵29 座、跌水1座、渡槽2 座。

马场灌区灌溉渠道工程共有输水总干渠1 条，长6.2 km;干渠4 条，总长25.60 km; 支渠24 条，总长41.80 km;干沟2 条，长6.75 km; 支沟20 条，总长27.20 km。支沟排水进入干沟后，在西甸子村附近排入八岔河。

3 灌溉水利用系数测验

3.1 土壤含水量测算步骤

按规范规定在试验田地灌水前后进行分土层取样，烘干处理、称重，计算土壤含水量。

3.1.1 田间水利用系数计算

田间水利用系数计算公式为:

式中: β2、β1分别为灌水前后计划湿润层的土壤含水率( 以干土重的百分数表示) ; γ 为土的干容重，t/m3; H 为计划湿润深度，m; A 为实灌面积，hm2; W为实灌水量，m3。具体测量步骤如下:

1) 将盛土的铅盒( 直径6 0mm，高30 mm) 洗净烘干，放入干燥器中冷却至室温，迅速用感量为1/100 g的普通天平准确称重，即W1) 。

2) 按采样要求，取新鲜潮湿土样约25 g放入铅盒中，平铺后盖好，迅速称重( 要有3个重复) ，湿土加铅盒重为W2。

3) 将装入湿土的铅盒盖子打开，铅盒的盖子平放在盒下，一同放入烘箱内保持105 ～110 ℃烘烤8 h，取出加盖，放在干燥器中冷却至室温，迅速称重，即W3。

3.1.2 土壤含水量计算计算公式为:

式中: W 为土壤含水量，即单位重量干土中含有的水分重量，%; W1为铅盒重量，g; W2为湿土加铅盒重量，g; W3为干土加铅盒重量，g。

3.2 土壤容重测算

土壤容重大小反映土壤结构、透气性、透水性能以及保水能力的高低，测定土壤容重的方法很多，本次实验采用环刀法，计算公式为:

式中: V 为环刀容积，cm3; r 为环刀内半径，cm; h 为环刀高度，cm; л 为圆周率，即3.1416。

土壤容重计算公式为:

式中: rs 为土壤容重，g/cm3; G 为环刀内湿样重，g;V 为环刀容积，cm3; W 为样品含水量，%。

此法允许平行绝对误差＜0.03 g/cm3，取算术平均值。本次土壤容重值采用九龙灌区实验站的实测资料。

4 九龙灌区渠系水利用系数

本年渠系水利用系数测验，共施测总干渠流量4次，有效测次4 次，计算得出渠系水利用系数为0.949;共施测分干渠流量11 次，有效测次11 次，计算得出渠系水利用系数为0.897;支渠共施测15 次，有效测次12 次，计算得出支渠渠系水利用系数为0.871;共施测斗渠流量4 次，有效测次4 次，计算得出渠系水利用系数为0.880; 共施测农渠流量7 次，有效测次7 次，计算得出渠系水利用系数为0.853。本次测算流量＞1.0 的取小数后两位数字; ＞0.1 的取小数后三位数字; ＜0.1 的取小数后四位数字。详见表1 ～表4。

灌区渠系水利用系数为各级渠道水利用系数的乘积，即η渠系= η总干×η分干×η支×η斗×η农，经计算得出九龙灌区渠系水利用系数为0.557。

5 结 论

1) 灌区水利用系数不高，渠道渗漏较大，各级渠道没有量水设备，水量损失较大，水资源存在浪费现象，影响了灌区的发展，应实行用水总量控制和用水效率控制制度，实现水资源的可持续利用和国民经济的可持续发展。

2) 为合理利用水资源，充分发挥灌溉水量的最大效益，应在高产、优质的前提下考虑节约用水，采取先进的灌水技术，逐步实施控灌模式。

3) 灌区用水渠道多为填方渠道，沿程输水渗漏损失比较严重，应采取相应的工程措施，进行渠道防渗处理。

表1 总干渠渠系水利用系数计算成果表

表2 分干渠渠系水利用系数计算成果表

表3 斗渠渠系水利用系数计算成果表

表4 农渠渠系水利用系数计算成果表

［1］李瑞轩，赵志嘉. 灌溉渠道水有效利用系数的测量与计算［J］. 水利与建筑工程学报，1992(01) :14 －20.

［2］中华人民共和国水利部.GB50288—99 灌溉与排水工程设计规范［S］. 北京:中国计划出版社，1999.