基于首尾测算法的太湖县灌溉水利用系数测算研究

李建国，黄梦婷，贾冬梅

（1.安徽省水利部淮河水利委员会水利科学研究院，安徽 合肥 230088；2.河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210009）

0 前言

灌溉水有效利用系数是衡量作物田间水利用效率的一项重要指标，在实际应用中通常被定义为灌入田间实际可被作物利用的水量与灌溉水源取水口引水量之比。传统测定灌区灌溉水有效利用系数的方法，是先测定求出渠系水利用系数和田间水利用系数，然后两者相乘得到灌区的灌溉水有效利用系数。然后在实际操作中，测定渠系利用系数通常难度较大，这给工程实践带来一定困难。为解决这一问题，部分专家学者提出采用首尾测算法测定田间灌溉水利用系数。所谓的“首尾测算法”是指，不考虑渠道输水过程中的水量损失，而直接用最终达到的结果来确定，即只测定灌区渠首引进的水量和最终贮存在作物计划湿润层的水量，从而绕开了测定渠系水利用系数这个环节，大大减少了工作量和不稳定因素，成为当前灌溉水利用系数测算中较为可靠的方法[1-3]。

1 研究方法

“首尾测算分析法”，就是将田间净灌溉用水总量除以渠首引进的毛灌溉用水总量，从而得到灌区灌溉水有效利用系数。根据区域内样点灌区系数，结合区域灌溉用水情况，按照一定点面转换关系，计算分析出区域系数。其主要步骤包括：样点灌区选择→典型田块选择→典型田块亩均净灌溉用水量观测与计算→样点灌区净、毛灌溉用水总量计算→区域大、中、小、纯井灌区系数计算→区域系数计算。具体技术路线图如下。

图1 样点灌区灌溉水利用系数测算技术路线图

2 样点灌区灌溉水利用系数测算

2.1 研究区概况

太湖县位于安徽省西南部，大别山南麓，长江北岸，隶属于安徽省安庆市。全县多年平均降水量为920.6mm，但降水在年际和年内极不均匀，主要集中在6～9月，约占全年60%。2017年太湖县耕地有效灌溉面积49.73万亩，其中大型灌区9.5万亩，中型灌区8.95万亩，小型灌区0.75万亩。各类灌区4159处，其中大型灌区1处，中型灌区10处，小型灌区6处，井灌区4142处。据统计，太湖县2017年农田灌溉用水 3446 万 m3。

2.2 样点灌区的选取

太湖县下辖的花凉亭灌区作为全省农田灌溉水有效利用系数测算样点灌区之一，可作为本次灌溉水利用系数测算的样点灌区。中型、小型及井灌区样点灌区的选择主要根据全县地形特征、作物种植以及灌溉习惯等因素综合考虑。目前试点区共有中型灌区10处，其中5～15万亩1处（两河口站灌区，有效灌溉面积2万亩），1～5万亩9处，故选择两河口站灌区及另外3处一般中型灌区。由于试点区小型灌区较少，故选取6处全部作为样点灌区。井灌区按照不同灌溉方式，选择软管输水灌溉、喷灌、微灌分别为12、6、2处。样点灌区选取方案如表1所示。

2.3 毛灌溉用水总量的确定

灌溉用水总量是指灌区全年用于农田灌溉的从水源地引入（取用）的总水量，其等于从水源地取水总量扣除由于工程保护、防洪除险等需要的渠道（管路）弃水量。其值是根据灌区从水源地实际取水测量值统计取得，而非其它如计收水费等目的收费计量水量数值。

2.4 净灌溉用水量的确定

不同灌区种植结构、灌溉水源、灌溉方式等均有不同，本文主要针对充分灌溉、非充分灌溉、水稻灌区等几种主要灌溉情况，提出相应的净灌溉用水量测算方法。对灌区范围较大，区域气候气象条件、灌溉用水实际情况差异明显，则在灌区内分区域进行典型分析测算，再以分区结果为依据汇总分析整个灌区净灌溉用水量。

3 样点灌区测算结果分析

3.1 大型灌区灌溉水利用系数测算

太湖县大型灌区只有花凉亭灌区1处。根据首尾测算分析法对大型自流灌区计算分析，花凉亭灌区灌溉水有效利用系数为0.4815。其中灌区净灌溉用水量计算详见表1，灌溉水利用系数测算结果如表2所示。

3.2 中型灌区灌溉水利用系数测算

太湖县中型灌区全部为自流灌区。根据首尾测算分析法的计算出太湖县中型自流灌区灌溉水有效利用系数为0.5218～0.5240，各中型灌区各作物净灌溉用水量详见表3，灌溉水有效利用系数计算详见表4。

以中型样点灌区灌溉水有效利用系数为基础，然后依据汇总得出的灌区年毛灌溉用水量对灌溉水有效利用系数进行加权平均得出全区中型灌区的灌溉水有效利用系数。计算公式如下[4]：

式中：η中——中型灌区灌溉水有效利用系数；

η中自、η中提——分别为中型自流和中型提水样点灌区灌溉水有效利用系数；

W中自、W中提——分别为中型自流和中型提水灌区年毛灌溉用水量，万m3。

大型灌区年度净灌溉用水量计算表 表1

大型灌区灌溉水利用系数测算表 表2

中型灌区灌溉水利用系数测算表 表4

经计算，全县样点中型灌区灌溉水有效利用系数为0.5229。

3.3 小型灌区灌溉水利用系数测算

太湖县小型灌区全部为自流灌区，共有53处，灌溉水源为水库、塘坝等，本次测算选取4处作为样点灌区。根据首尾测算分析法的计算公式计算出小型提水灌区灌溉水有效利用系数0.5816～0.6074，各小型提水灌区灌溉水有效利用系数计算详见表5。

以测算分析得出的各个小型灌区样点灌区灌溉水有效利用系数为基础，采用算术平均法计算县级区域小型灌区灌溉水有效利用系数[5、6]。计算公式如下：

式中：η小——小型灌区灌溉水有效利用系数；

η小i——第i个小型灌区样点灌区灌溉水有效利用系数；

n——小型灌区样点灌区数量。

经计算，全县样点小型灌区灌溉水有效利用系数为0.5908。

3.4 全县灌溉水利用系数测算

区域灌溉水有效利用系数η是指该区域年净灌溉用水量W净与年毛灌溉用水量W毛的比值。在已知各规模与类型灌区灌溉水有效利用系数和年毛灌溉用水量的情况下，区域灌溉水有效利用系数按下式计算[7-9]：

式中：W大、W中、W小、W井——分别为区域大、中、小型灌区和纯井灌区的年毛灌溉用水量，万m3；

η大、η中、η小、η井——分别为区域大、中、小型灌区和纯井灌区的灌溉用水有效利用系数。

根据以上方法计算，太湖县2017年农田灌溉总用水量19005.8万m3，全县灌溉水有效利用系数为0.506，不同规模与水源类型灌区灌溉水有效利用系数平均值详见表6。

3.5 全县灌溉水利用系数测算对比分析

由图2可知，太湖县2017年度全县亩均用水量691.4m3/亩，大型灌区亩均用水量707.1m3/亩，中型灌区亩均用水量695.5m3/亩，小型灌区亩均用水量607.6m3/亩。总体趋势表现为随灌区规模的增加，灌区亩均用水量呈上升趋势，而灌溉水利用系数则随灌区规模的增加表现为逐渐降低的趋势。分析其原因，主要是因为小型灌区相比大型灌区输水距离小，各级渠道总长度较短，因此，在作物种植结构、降雨等条件基本一致的情况下，规模较小的灌区亩均灌溉用水量通常小于规模较大灌区，而农田灌溉水有效利用系数通常是前者大于后者，该测算结果也是符合常规趋势[10]。

小型自流灌区各作物净灌溉用水量及灌溉水有效利用系数计算表 表5

全县不同规模与水源类型灌区灌溉水有效利用系数测算表 表6

图2 太湖县不同规模灌区亩均用水量比较

图3 太湖县不同规模灌区灌溉水有效利用系数比较

4 结语

本文基于首尾测算法实证分析了2017年度太湖县不同灌区灌溉水利用系数，通过计算得出全县平均灌溉水利用系数为0.506，按照国家发改委、水利部、住建部联合印发的《水利改革发展“十三五”规划》要求，到2020年，农田灌溉水有效利用系数提高到0.55以上。因此，全县应进一步完善各大灌区节水改造与续建配套工程建设，特别是大、中型灌区当前灌溉水利用系数相较国家要求仍有一定差距，应作为下一阶段节水改造工作的重中之重，力争在2020年全面实现灌溉水有效利用系数的全面提升。