双塔灌区灌溉水有效利用系数测算分析

姜冬梅，王 平

(甘肃省疏勒河流域水资源局，甘肃 兰州 730000)

我国是一个水资源相对匮乏的国家，水资源分布较为不均。近些年来，我国水资源短缺现象日益严重，农田灌溉水是水资源应用的一个主要方向，因此，查明灌区灌溉水有效利用系数有利于提升水资源的利用效率。蒋勇[1]、杨普义等[2]、肖雪等[3]分别以不同的灌区为例，对影响灌溉水有效利用系数的因素进行分析，并提出了改善建议。同时，有大量的学者[4-10]对不同灌区的灌溉水有效利用系数进行测算分析，本文以双塔灌区为例进行灌溉水有效利用系数测算，同时针对测算工程中所遇到的问题进行总结并提出改善建议。

1 工程概况

双塔灌区属于疏勒河流域，位于甘肃省河西走廊。地势上总体呈南高北低、东高西低。县境东西长185km，南北宽220km，面积2.4×104km2，海拔1150～2000m，区域内植被稀少。灌区范围内年降水量少且年蒸发量大，日照时间长，区域内昼夜温差大。双塔灌区是我国典型的荒漠绿洲灌溉区。

双塔灌区覆盖南岔、瓜州、渊泉、西湖、广至、梁湖6个乡(镇)，3个国营农场、4个农业综合开发区、17个集体和个体农林牧场(站)，有效灌溉面积3.10万hm2，其中耕地2.91万hm2，林草地1826.67hm2。

2 测算方法

2.1 首尾测算法

根据灌溉水有效利用系数概念，计算公式如下：

(1)

式中，ηw—灌溉水有效利用系数；Wj—灌区净灌溉用水总量，m3；Wa—灌区毛灌溉用水总量，m3。

灌区亩均综合净灌溉定额M综计算公式如下:

(2)

式中，Mi—灌区内第i种农作物的净灌溉定额，m3/亩；Ai—灌区第i种作物实灌面积，亩；N—灌区作物种类总数；A—该灌区的实灌溉面积，亩

则灌溉用水有效利用系数为：

(3)

2.2 净灌溉用水量确定

农作物的净灌溉定额是计算净灌溉用水量的基础数据。针对不同的灌溉方式，提出不同的计算方法。当所计算的灌区面积较大时，灌区内的区域气候条件存在较为明显的差异，则需要根据灌区特点选取典型的灌区进行分区测算，将各个典型分区的测算结果进行汇总作为灌区总的净灌溉用水量。

2.2.1旱作充分灌溉净灌溉定额

(1)一般情况下可以直接使用田间观测资料作为样本灌区的主要农作物的净灌溉定额。

(2)当样本灌区的观测资料较少时，则需要根据计算年份的气象资料、水文资料利用水量平衡原理进行农作物净灌溉定额的计算。计算公式如下：

Mi=ETci-Pei-Gei+ΔWi

(4)

式中，ETci—样本灌区范围内第i种主要农作物的蒸腾蒸发量，mm;Gei—样本灌区范围内第i种主要农作物的地下水利用量(生育期内)，mm;Pei—样本灌区范围内第i种主要农作物的有效降水量(生育期内)，mm;ΔWi—样本灌区范围内第i种主要农作物的土壤储水量变化值(生育期始末)，mm。

2.2.2旱作非充分灌溉净灌溉定额

当灌区水资源较为匮乏时，农户通常需要使用非充分灌溉的方式进行浇灌。可以根据灌区的实际情况直接进行田间观测和经验判断。

非充分灌溉的净灌溉定额计算方法为：设灌区作物亩均毛灌溉用水量为n1，充分灌溉的净灌溉定额为n2。若n1≤0.6n2时，则净灌溉定额为n1；若0.6n2≤n1≤1.0n2时，则净灌溉定额为(1.0～0.95)n1。

2.2.3净灌溉用水量计算

灌区净灌溉用水量计算如下：

(5)

式中，各变量含义同前。

3 双塔灌区灌溉水有效利用系数测算

3.1 不同农作物灌溉定额计算

为合理确定和复核灌区实际灌溉情况、田间净灌溉用水量等，综合考虑土壤性质、工程配套情况、地块面积、灌溉管理及技术等因素，在双塔灌区上、中、下游的4个管理所选择了8个灌溉定额实测区，对灌区主要的4种作物进行了灌溉定额实测。通过实测统计，一年来各类作物的平均灌溉定额见表1。

表1 不同作物的实测灌溉定额统计表 单位：mm

3.2 斗口以上各级渠道利用率的测算

传统的测算方法一般为通过实测不同级别典型渠道的渠道水利用率，采用加权平均的方法，获取干、支、斗、农等不同级别渠道的渠道水利用率。首先获取田间水利用率，再通过连乘系数法获取灌溉水利用率。目前，传统的测算方法存在以下问题：具有较大的测量工程量；在实际的测量工程中，难以满足测量条件要求；需要大量的技术人员采用多种测量手段进行测量，测量难度较大；只测量典型渠道难以获取具有代表性的成果。

因此，基于传统渠道水利用测量方法的不足，同时为了提升双塔灌区灌溉水有效利用系数的测算精度，在进行该灌区系数测算时，采用“首尾测算法”进行计算。在渠道水利用率计算方面，采用稳定情况下的渠尾流量与渠首流量的比值作为渠道水利用率。使用“首尾测算法”获取双塔灌区各渠系水利用率见表2。

表2 双塔灌区渠系利用率计算

以上各干、支渠的利用率由于西湖地区渠系距离长，输水损失大，造成全灌区渠系利用率下降。

4 样点灌区灌溉水有效利用系数分析

4.1 样点灌区选择

根据每个样点实测区域内的作物种植比例进行选择，将种植比例较高的作物作为实测对象，并从中选择2～3个田块作为最终的实测对象。根据水利部《全国灌溉用水有效利用系数测算分析技术指南》和双塔灌区实际情况，按照行政区域划分6个样点实测区，每个样点实测区面积在百亩左右。其中总干所1个实测区，南干所1个实测区，广至所1个实测区，西湖所1个实测区，北干所2个实测区。灌区现状及近几年引水量情况见表3。

表3 灌区现状及近几年引水量情况

对前4年灌溉情况加权平均，平均每年灌溉引水量33726.92万m3，斗口引水量23214.42万m3。2017年的灌溉引水量34874.15万m3，斗口水量24141.87万m3，近几年的灌溉引水量可以代表灌区的需水量情况。

4.2 样点灌区农田灌溉水有效利用系数测算分析及成果检验

从2011年开始，双塔灌区已经开始实施百亩实测区灌溉定额测定工作，经过6年的工作经验积累，目前百亩实测区灌溉定额测定工作从方法到技术日趋完善，各管理所在数据观测方面都有专人负责，各实测区所在行政区域面积每年都有专人统计汇总，各项数据均真实可靠，所以依据水量平衡原理计算作物的净灌溉定额，再乘以实测区的灌溉面积来计算灌区内作物净灌溉用水量。实测区总面积3.10万hm2，斗口总引水量24141.87万m3，见表4。

根据要求，采用首尾测算分析法对灌区灌溉水有效利用系数进行计算，前面已计算出2017年灌区斗口引水量及渠首引水总量，斗口引水量24141.87万m3，渠首引水量为34874.15万m3。即双塔灌区斗口以上渠系水有效利用率为0.6923。

据资料显示，斗口以上渠系水利用率2011—2017年分别为0.695、0.636、0.67、0.674、0.699、0.697、0.6923。

由渠道、渠系利用率复测灌溉水有效利用系数。双塔灌区本年度总干渠渠首灌溉引水量为34874.15万m3，总干渠利用率为91.23%，支干渠利用率为82.85%，支渠利用率为91.59%，斗渠利用率为91.44%，农渠利用率为92.04%，得出灌区渠系水利用率为58.26%，灌区田间水利用率为91%，灌区净灌溉用水量为18490.27万m3。

根据“首尾测算分析法”公式进行计算，W净为18490.27万m3，W毛为总干渠渠首引水量34874.15万m3。最终得出双塔灌区灌溉水有效利用系数为0.5302。

5 结论与建议

(1)以双塔灌区为例，使用首尾公式计算双塔灌区2017年灌溉水有效利用系数，准确计算不同类型农作物灌溉定额，并计算斗口以上渠道利用系数，结合样本灌区进行实测分析，表明双塔灌区灌溉水有效利用系数为0.5302，通过多年灌溉水利用系数对比可知，灌区渠道利用系数较为稳定。

(2)双塔灌区灌溉水测算的主要问题为专业技术人员和测量设备缺乏、测算工作投入和重视程度不够。在后期的水库管理中可加大经费投入，重视测算工作从而提高灌溉水利用系数测算精度。

表4 样点灌区灌溉水系数测算