灌溉水利用系数传统测定方法存在问题及影响因素分析

灌溉水利用系数传统测定方法存在问题及影响因素分析

口 许建中 赵竞成 高峰 黄修桥 李英能

摘 要 灌溉水利用系数包括渠系水利用系数和田间水利用系数。由于灌区渠系复杂、级数多，不同地区有不同的地貌、水文及土壤条件，采用传统的动水测定法或静水测定法所获得的灌溉水利用系数均不能反映灌区一段时期甚至当年的实际灌溉水利用情况。加强对灌溉水利用系数测量工作，才能真实了解灌溉水利用程度，科学指导农业灌溉。 关键词 灌溉水利用系数 测定方法 影响因素

灌区的灌溉水利用系数是衡量灌区从水源引水到田间作物吸收利用水的过程，灌溉水利用程度的一个重要指标，也是集中反映灌溉工程质量、灌溉技术水平和灌溉用水管理水平的一项综合指标。目前统计出的灌溉水利用系数差异很大，有的仅有0.2，而有的高达0.78，很多数据明显地存在错误，难以正确制定地区发展规划，也难以有针对性地指导全国节水灌溉的发展。 一、灌溉水利用系数的传统测定方法

灌溉水利用系数是指从水库、河流引来或提取的地表水，或用水泵从井内提取的地下水，通过采用必要的工程技术措施，引水到田间被作物吸收利用的程度。亦指在一次灌水期间被农作物利用的净水量与水源渠首处总引进水量的比值。灌溉水从水源引入到田间作物吸收利用，在这个过程中的水量损失，可分解成渠系输水损失和田间灌水损失两部分。相应地灌溉水利用系数可分解为渠系水利用系数和田间水利用系数两部分。

渠系水利用系数反映了从渠首到末级渠道的各级输、配水渠道的输水损失，表示了整个渠系的水的利用率，其值等于各级渠道水利用系数的乘积。渠道水利用系数等于该渠道同时期放人下一级渠道的流量(水量)之和与该级渠道首端进入的流量(水量)的比值。可分别用下式计算：

η=Wj/W0=ηqηt ηq=ηgηzηdηn ηS=ΣQX/QS=ΣWX/WS

(1) (2) (3)

式中：η为灌区灌溉水利用系数；Wj为灌溉时能够被农作物利用的净水量；W0为渠首引入的总水量；ηq为渠系水利用系数；ηt为田间水利用系数；ηg、ηz、ηd、ηn分别为干、支、斗、农渠的加权平均渠道水利用系数；ηS为渠道水利用系数；ΣQX、ΣWX分别为该级渠道同时期放人下一级渠道的流量、水量；QS、WS分别为该级渠道首端进入的流量、水量。

对于井渠结合灌区应分别算出井灌水利用系数和渠灌水利用系数，然后根据井灌的地下水利用量与渠灌的渠首引水量进行加权平均：

η=(W1η1+W0ηq)/(W1+W0)

式中：W1为灌溉时井灌的地下水利用量；η1为井灌灌溉水利用系数。 计算某级渠道的加权平均渠道水利用系数时，应用同级各条渠道实测的正常流量值与相应的渠道水利用系数的乘积求得，即：

ηS=Σ(Qiηi)/ΣQi (i=1，2，…，n)

(５) (4)

式中：Qi为某级渠道的第i条渠道实际流量；ηi为某级渠道的第i条渠道的水利用系数。

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。即：

ηt=Wj/Wt=mjAj/Wt

3

2

(6)

2

式中：mj为设计净灌水定额(m/hm)；Aj为末级固定渠道控制的实灌面积(hm)；

3

Wt为末级固定渠道放出进入田间的总水量(m)。

渠道损失水量测定方法分为动水测定法及静水测定法。 1.动水测定法

根据渠道沿线的水文地质条件，选择有代表性的渠段，中间无支流，其长度应满足以下要求：流量小于lm/s时，渠道长不小于lkm；流量为1～l0m/s时，渠道长不小于3km；流量为10～30m/s时，渠道长不小于5km；流量大于30m/s时，渠道长不小于l0km。观测上、下游两个断面相同时段的流量，其差值即为损失水量。 2.静水测定法

3

3

3

3

选择一段具有代表性的渠段，长度50～l00m，两端堵死，渠道中间设置水位标志，然后向渠中充水，观测该渠段内水位下降过程，根据水位变化即可计算出损失水量和渠系水利用系数。

渠段的水量损失测出后，换算成单位长度水量损失率σ，即可计算出渠道水利用系数：

ηS=1-σL

式中：L为渠道长度(km)。

田间水利用系数的测定法。在灌区中选择有代表性的灌溉地块，通过实测灌水前后1-3天内土壤含水量的变化，计算净灌水定额，用下式算出田间水利用系数：

ηt=10(β2-β1)γHAj/Wt

2

(7)

(8)

式中：β1、β2分别为灌水前后作物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/m)；H为作物计划湿润层深度(m)；其余符号意义同前。

水稻如采用旱作栽培，则田间水利用系数的计算和测定方法同上；如采用淹灌，则净灌水定额为灌后达到田面设计水层深度增加的水量与稳定渗漏量之和。 二、传统测定方法存在的问题 1.测定工作量很大

一个灌区的固定渠道一般都有干、支、斗、农4级，大型灌区级数更多，而每一个级别的渠道又有多条，特别是斗、农渠数量更多，计算某级渠道的加权平均渠道水利用系数时，测定工作量很大。灌溉地块自然条件和田间工程情况也存在差异，要取得较准确的田间水利用系数，需要选择众多的典型区进行测定。可见，无论是渠系水利用系数，还是田间水利用系数，测定工作量都很大。如广西壮族自治区为了摸清渠系水利用系数，为农田水利管理与建设提供科学依据，曾在20世纪80年代初期采用传统的动水测试法对全区22个重点灌区进行了渠系水利用系数测试，当时投资了88万元，累计实测灌区各级渠道长5923.2km，实测渠段2640段，参加测试人员达3850人。

2.测试条件要求严格，难以保证

对于灌区来讲，要在面广渠多的灌溉用水情况下停止供水来进行静水测试是难以做到的，一般采用动水测试法进行全面测试。采用动水测试法测定渠道水利用系

3

数时，需要有稳定的流量，测渠段中间无支流，下一级渠首分水点的观测时间必须和水的流程时间相适应，这些必要条件难以做到。 3.要求掌握测试技术的人员较多

大多数灌区不常进行灌溉水利用系数的测算，测流设备较少，掌握测流技术的人员也较少。对于灌区来讲，进行一次全面的灌溉水利用系数测量，需要大量的人员掌握测试技术，这对于许多灌区是难以达到的。如广西壮族自治区在对22个灌区进行灌溉水利用系数测量时，举办了14期测流培训班，参加学习人员达560人次。 4.灌溉水利用系数的代表性较差

灌区不同的水文年或不同时期的来水和用水情况不同，渠首引进的流量或水量亦不相同，灌区的实灌面积也不相同，因此灌溉水利用系数每次灌水都不相同。目前灌区只用某次测定计算得出的灌溉水利用系数来代替所有的情况，不能反映灌区一段时期、甚至当年的实际灌溉水利用情况。目前我国灌区正在实施以节水为目标的技术改造，渠道防渗、田间节水灌溉技术的应用使灌区的灌溉水利用系数也随之改变，以往测定的灌溉水利用系数就更缺乏代表性，而随着不断改造的渠道状况的变化，利用传统测定方法，进行一次次地测定又难以做到。 三、灌溉水利用系数的影响因素

灌溉水的水量损失主要有：①渗水损失。包括各级输水渠道通过渠底、边坡土壤空隙渗漏的水量和田间深层渗漏的水量。②漏水损失。包括由于地质条件、生物作用或施工不良而形成漏缝或裂隙损失的水量，或因管理不善引起的田面流失及泄水损失，工程失修引起的建筑物漏水等原因造成的水量损失，这是应该在施工、管理中加以避免的。③蒸发损失。沿渠道水面蒸发的水量，可根据水面蒸发资料及渠道总水面积近似求得，其量很小，可以忽略不计。在这三种输水损失中，渗水损失最大，漏水损失次之，水面蒸发损失最小。据河南省人民胜利渠的试验资料，三者分别占总输水损失的81%、17%和2%。

灌溉水的水量损失，直接影响着灌溉水的利用程度，因此，灌溉水利用系数的影响因素从灌溉水量损失方面来考虑主要有防渗措施、土壤质地及地下水埋深、灌区类型、灌区地理位置、灌区规模、渠道级别及灌溉技术等。 1.灌区规模的影响

表1 南方某地区实测不同规模灌区渠系水利用系数情况 灌区规模也就是灌区各级渠道的数量、长度以及渠道的输水流量。一般来讲，大型灌区灌溉面积大，各级渠道的数量和长度必然增多，在输配水的过程中渗漏损失大，其有效利用系数就小。反之，灌区小，渠道数量少，长度短，输水损失小，其利灌区规模 干渠 支渠 斗渠 渠系 13333hm2(20万0.815 0.675 0.741 0.409 用系数就大。如南方某地区实测不同规模灌区渠系水利用系数情况见表1。

亩)以上 3333-13333hm2(50.777 0.726 0.779 0.439 万-20万亩) 667-3333hm2(1万0.736 0.758 0.807 0.450 -5万亩) 2.渠道级别的影响

灌区的干、支、斗等各级渠道由于断面大小、长度、斗闸门完好率、土壤、地形、水文地质、防渗衬砌长度以及管理养护水平的不同，直接影响到渗漏损失的大小，渠道有效利用系数也就不同。从表1中可以看出，南方某地区斗渠的渠道水利用系数较高。其原因是该地区绝大部分的斗渠比干、支渠都短，有的出水口直接灌水到田间，输水损失较小，其有效利用系数就高。而该地区干、支渠都是盘桓于山丘坡地间，未进入田间，渠道渗漏损失较大，而干渠防渗率较支渠高，多数支渠未作防渗衬砌，渗漏损失比干渠大，同时在管理工作上也往往比较重视干渠的管理养护及用水管理，这就造成了该地区支渠的渠道水利用系数比干渠和斗渠低的情况。 3.不同地区的影响

不同地区的地形地貌不同、水文地质条件不同，对灌溉水利用系数的影响也不同。土层瘠薄、砂质土壤多、透水性强、不易蓄水的地区，渠道渗漏损失较大，灌溉水利用系数就较低。而土层覆盖较厚、黏性土壤多、地下水位比较浅、地势较平坦的地区，渠道渗漏损失较小，灌溉水的利用系数也就较高。同时，不同地区或同一地区不同年份的水文气象条件不同，其对灌溉水利用系数的影响也不同。因此，较大范围地区的灌溉水利用系数应由该范围内不同灌区、不同代表年的灌溉水利用系数进行加权平均求得，否则，其代表性就较差。

表2 南方某地区两个灌区不同防渗措施

4.不同防渗措施的影响

渠道不同的防渗标准直接影响着渠系水利用系数。南方某地区两个灌区对不同防渗措施进行了渠道水利用系数的测定，结果表明，在同一渠段，渠道的水文地质及管理水平等都相同的情况下，防渗前后每公里渠道水利用率具有明显的变化，而且，不同防渗措施的渠道水利用系数相差也较大，见表2。

A灌区一干66.12 渠 A灌区二干90.91 缝 浆砌料石，勾95.82 用率(%) 浆砌料石，勾95.0 用率(%) 防渗前每公渠道名称 里渠道水利防渗后每公防渗措施 里渠道水利的

渠道水利用系数

渠 B灌区一干81.50 一支 B灌区一干91.70 二支 缝 现浇混凝土 99.25 现浇混凝土 99.42 5.不同灌区类型的影响

灌溉工程一般有蓄水工程、引水工程以及提水工程等类型。一般情况下，引水工程的管理条件比蓄水工程差，工程质量也较差，而提水工程渠道防渗衬砌较好，用水管理制度也较健全，管理也比蓄水及引水灌区好，所以提水工程的渠系水利用系数普遍比蓄水工程及引水工程灌区高。另外，输水渠道中填方渠道比挖方渠道的渠道水利用系数要小，这是因为填方渠道比原地面高，土壤颗粒松散，向渠外自然形成较大的水力坡降，渗漏排水快，造成输水损失大。灌区面积越集中，灌溉水利用系数越大；灌区面积分散，成长条状的，输水渠道必然较长，沿途输水损失也就加大，渠系水利用系数相应就小。 6.不同灌溉技术的影响

技术因素包括工程节水技术和非工程节水技术。工程节水技术除井灌区管道输水、渠灌区衬砌渠道技术外，在此主要指喷灌、滴灌、膜上灌及波涌灌等新的灌溉技术。非工程节水技术包括各种农艺节水技术和管理节水技术，如节水抗旱品种、培肥改土、覆盖保墒、节水农业制度、化学节水等。实行工程和非工程节水灌溉技术的目的主要是提高灌溉水利用率。随着用水的紧缺及科学技术的发展，新的灌溉技术不断被完善、应用，同一灌区的灌溉水利用系数也在不断变化，只有把灌溉水利用系数的测量作为一项日常工作，才能真实地了解灌溉水利用程度，科学地指导灌区发展与改造。 ■

渠 B灌区一干81.50 一支 B灌区一干91.70 二支 缝 现浇混凝土 99.25 现浇混凝土 99.42 5.不同灌区类型的影响

灌溉工程一般有蓄水工程、引水工程以及提水工程等类型。一般情况下，引水工程的管理条件比蓄水工程差，工程质量也较差，而提水工程渠道防渗衬砌较好，用水管理制度也较健全，管理也比蓄水及引水灌区好，所以提水工程的渠系水利用系数普遍比蓄水工程及引水工程灌区高。另外，输水渠道中填方渠道比挖方渠道的渠道水利用系数要小，这是因为填方渠道比原地面高，土壤颗粒松散，向渠外自然形成较大的水力坡降，渗漏排水快，造成输水损失大。灌区面积越集中，灌溉水利用系数越大；灌区面积分散，成长条状的，输水渠道必然较长，沿途输水损失也就加大，渠系水利用系数相应就小。 6.不同灌溉技术的影响

技术因素包括工程节水技术和非工程节水技术。工程节水技术除井灌区管道输水、渠灌区衬砌渠道技术外，在此主要指喷灌、滴灌、膜上灌及波涌灌等新的灌溉技术。非工程节水技术包括各种农艺节水技术和管理节水技术，如节水抗旱品种、培肥改土、覆盖保墒、节水农业制度、化学节水等。实行工程和非工程节水灌溉技术的目的主要是提高灌溉水利用率。随着用水的紧缺及科学技术的发展，新的灌溉技术不断被完善、应用，同一灌区的灌溉水利用系数也在不断变化，只有把灌溉水利用系数的测量作为一项日常工作，才能真实地了解灌溉水利用程度，科学地指导灌区发展与改造。 ■

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