楊正華

（甘肅省水利廳水利管理局 甘肅蘭州 730000）

甘肅省灌溉用水有效利用系數(shù)閾值測(cè)算分析探討

楊正華

（甘肅省水利廳水利管理局 甘肅蘭州 730000）

甘肅是資源型和工程型缺水的省份，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依賴灌溉，研究分析全省灌溉用水有效利用系數(shù)具有重要意義。全省選擇20處典型灌區(qū)，以田間觀測(cè)作物凈灌溉定額為基礎(chǔ)，采用首尾測(cè)定法、彭曼-蒙特斯理論公式和水量平衡公式，測(cè)算分析不同降雨頻率9種主要作物凈灌溉定額，分別采用實(shí)際最大供水能力法和水文年法，測(cè)算分析全省灌溉用水有效利用系數(shù)閾值范圍：平水年（P=50%）為0.4762～0.5233，一般干旱年（P=75%）為0.5653～0.6835，特枯年（P=90%）為0.6136～0.7097。

閾值分析 灌溉用水 利用系數(shù) 甘肅省

一個(gè)領(lǐng)域或一個(gè)系統(tǒng)的界限稱為閾，其數(shù)值稱為閾值，又叫臨界值。灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)閾值，就是在農(nóng)業(yè)灌溉臨界條件下所產(chǎn)生的灌溉用水有效利用系數(shù)最低值或最高值。不同水文年氣候條件不同，灌溉用水有效利用系數(shù)也不同。由于不可避免存在輸水滲漏、蒸發(fā)等水量損失，灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)不可能為100%，研究灌溉用水有效利用系數(shù)閾值具有重要意義。按照2011年水利部《全國灌溉用水有效利用系數(shù)測(cè)算分析技術(shù)指南》的要求，主要運(yùn)用首尾測(cè)算法，同時(shí)運(yùn)用1992年彭曼-蒙特斯公式計(jì)算參考作物需水量公式和水量平衡公式進(jìn)行校核和修正，測(cè)算分析作物凈灌溉定額，分別采用實(shí)際最大供水能力法和水文年法測(cè)算分析甘肅省農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)閾值。

1　典型灌區(qū)的選擇

采用典型調(diào)查的方法，從《甘肅省2012年灌溉用水有效利用系數(shù)測(cè)算分析成果報(bào)告》的114個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)中選擇敦煌市黨河灌區(qū)、金塔縣鴛鴦灌區(qū)、高臺(tái)縣友聯(lián)灌區(qū)、甘州區(qū)大滿灌區(qū)、甘州區(qū)盈科灌區(qū)、山丹縣馬營河灌區(qū)、涼州區(qū)西營河灌區(qū)、民勤縣紅崖山灌區(qū)、景泰縣景電灌區(qū)等9個(gè)大型灌區(qū)，金塔縣黑河灌區(qū)、高臺(tái)縣羅城灌區(qū)、涼州區(qū)黃羊河灌區(qū)、靖遠(yuǎn)縣南川灌區(qū)、榆中縣三角城灌區(qū)、麥積區(qū)渭惠渠灌區(qū)、崆峒區(qū)涇河灌區(qū)等7個(gè)中型灌區(qū)，永靖縣羅川、馬路塬、塔坪等3個(gè)小型灌區(qū)，涼州區(qū)清源1個(gè)純井灌區(qū)，共計(jì)20個(gè)灌區(qū)作為典型灌區(qū)，典型灌區(qū)的選擇具有較好的代表性。

2　不同降雨頻率作物凈灌溉定額測(cè)算分析

根據(jù)氣象資料，采用陸通、王密俠介紹的頻率分析法，進(jìn)行降雨頻率計(jì)算。參考原西北農(nóng)業(yè)大學(xué)康紹忠老師主編的《陜西省作物需水量及分區(qū)灌溉模式》，按照豐平年（P=25%）、平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）、特枯年（P=90%）4種模式，計(jì)算作物全生育期凈灌溉定額。

2.1繪制典型灌區(qū)降雨頻率曲線8

搜集敦煌市黨河等20個(gè)灌區(qū)氣象站多年降雨量資料，選用P-Ⅲ型頻率曲線，參考《甘肅省暴雨洪水圖集》中參數(shù)Cv、Cs，繪制典型灌區(qū)降雨頻率曲線。

2.2測(cè)算概化降雨頻率主要作物凈灌溉定額

（1）利用2001-2012年氣象資料和田間試驗(yàn)觀測(cè)資料，運(yùn)用1992年彭曼-蒙特斯公式計(jì)算參考作物需水量ET0，利用水量平衡公式計(jì)算實(shí)際降雨頻率條件下的主要作物凈灌溉定額ETc，其中作物系數(shù)根據(jù)甘肅實(shí)際情況進(jìn)行修正。

（2）實(shí)際降雨頻率概化。對(duì)2001-2012年各典型灌區(qū)實(shí)際降雨量頻率P進(jìn)行概化，即年實(shí)際降雨量頻率P在1%～37.5%的概化為25%，37.5%～62.5%的概化為50%，62.5%～87.5%概化為75%，87.5%～100%的概化為90%。。

（3）確定降雨概化頻率條件下作物凈灌溉定額。按照降雨量概化頻率，分別統(tǒng)計(jì)豐水年（P=25%）、平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）、特枯年（P=90%）的凈灌溉定額ETc平均值。

2.3分類統(tǒng)計(jì)不同降雨頻率作物凈灌溉定額提高幅度

分類統(tǒng)計(jì)甘肅中部、西部和甘肅省不同降雨頻率作物凈灌溉定額ETc提高幅度?？偨Y(jié)缺少灌溉試驗(yàn)站地區(qū)主要作物凈灌溉定額ETc分布規(guī)律，結(jié)果見表1。

表1　甘肅省中西部地區(qū)不同降雨頻率主要作物凈灌溉定額變化幅度

2.4降雨平水年作物凈灌溉定額的換算

利用甘肅省中西部地區(qū)不同降雨頻率主要作物凈灌溉定額變化幅度結(jié)論，分析換算為降水平水年（P=50%）典型灌區(qū)主要作物凈灌溉定額。

2.5不同降雨條件下作物凈灌溉定額確定

依據(jù)甘肅省中西部地區(qū)不同降雨頻率主要作物凈灌溉定額提高幅度的結(jié)論，測(cè)算各典型灌區(qū)不同降雨頻率時(shí)作物凈灌溉定額：一般干旱年（P=75%）小值為平水年（P=50%）的1.15倍，大值為平水年（P=50%）的1.2倍；特枯年（P=90%）為平水年（P=50%）的1.3～1.4倍。

最終測(cè)算平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）和特枯年（P=90%）春小麥、春玉米、蔬菜、油料、果樹、洋芋、棉花、番茄、瓜類等9種主要作物的凈灌溉定額。

3　實(shí)際最大供水能力法閾值測(cè)算分析

3.1基本原理

首尾測(cè)算法和畝均綜合凈灌溉定額定義可知，田間實(shí)際凈灌溉用水總量的大小取決于作物凈灌溉定額，即取決于灌區(qū)畝均綜合凈灌溉定額的大小。當(dāng)氣象條件相近、年降水量接近時(shí)，作物凈灌溉定額變化較小，此時(shí)渠首毛灌溉用水量越大，灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)就越小。因此選用灌區(qū)畝均綜合凈灌溉定額最大年份的畝均綜合凈灌溉定額，可以測(cè)算得到灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)最小值，這種方法，稱為實(shí)際最大供水能力法。

3.2測(cè)算分析方法

（1）選擇典型年。從2001年至2012年的灌溉資料中，選擇氣象條件相近，年降水量接近、灌區(qū)綜合灌溉定額最大年份作為典型年。

（2）收集面積、用水量和種植結(jié)構(gòu)等資料。假定灌區(qū)實(shí)行以溝灌、畦灌、塊灌等為主的一般節(jié)水灌溉方式，且作物進(jìn)行充分灌溉。統(tǒng)計(jì)典型年實(shí)灌面積、毛灌溉用水量，考慮今后農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整方向，選取最近的2012年作物種植結(jié)構(gòu)。

（3）測(cè)算分析典型灌區(qū)平水年、一般干旱年和特枯年3個(gè)特殊年份灌溉用水有效利用系數(shù)。3個(gè)特殊年份主要作物凈灌溉定額，以平水年（P=50%）主要作物凈灌溉定額計(jì)算值為基礎(chǔ)，采用本文2.5不同降雨條件下9種主要作物凈灌溉定額，分別測(cè)算平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）和特枯年（P=90%）典型灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)。

3.3測(cè)算分析結(jié)果

基于實(shí)際最大供水能力法的甘肅省平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）、特枯年（P=90%）灌溉用水有效利用系數(shù)分別為0.4762、0.5653、0.6136，作為不同降雨頻率全省灌溉用水有效利用系數(shù)閾值的最小值，結(jié)果見表2。

表2　甘肅省灌溉用水有效利用系數(shù)閾值實(shí)際供水能力法測(cè)算結(jié)果

4　水文年法閾值測(cè)算分析

4.1基本原理

根據(jù)首尾測(cè)算法和1992年彭曼-蒙斯特作物參考作物需水量計(jì)算公式可知，田間實(shí)際凈灌溉用水總量的理論基礎(chǔ)是作物參考作物需水量ET0。而參考作物需水量又與日最高氣溫等16個(gè)氣象因子密切相關(guān)。

其他條件不變的情況下，不同水文年氣候因素對(duì)農(nóng)作物生長的影響不同，灌區(qū)實(shí)際灌溉面積和渠首毛灌溉用水量也會(huì)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。在平水年份氣候相對(duì)濕潤條件下，作物需水量基本不變，灌溉毛用水量相對(duì)較小。當(dāng)氣候趨于干旱時(shí)，作物需水量增大，而毛灌溉用水量卻減少。因此用水文年法測(cè)算灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)，能夠得到灌溉用水有效利用系數(shù)較大值。

4.2分析計(jì)算方法

（1）典型年的確定。利用多年降雨頻率曲線，查找各典型灌區(qū)平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）和特枯年（P=75%）3個(gè)特殊年份的年降雨量。利用2001-2012年典型灌區(qū)灌溉資料，查找實(shí)際年降雨量分別最接近3個(gè)特殊年降雨量的對(duì)應(yīng)年份，即為平水年、一般干旱年和特枯年對(duì)應(yīng)的典型年。

（2）不同降雨頻率典型年實(shí)灌面積和毛灌溉用水量統(tǒng)計(jì)。假定灌區(qū)實(shí)行以溝灌、畦灌、塊灌等為主的一般節(jié)水灌溉方式，且作物進(jìn)行充分灌溉。利用2001-2012年典型灌區(qū)資料，測(cè)算典型年實(shí)灌面積、毛灌溉用水量和2012年灌區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)。

（3）測(cè)算分析典型灌區(qū)平水年、一般干旱年和特枯年3個(gè)特殊年份灌溉用水有效利用系數(shù)。3個(gè)特殊年份主要作物凈灌溉定額，以平水年（P=50%）主要作物凈灌溉定額計(jì)算值為基礎(chǔ)，采用本文2.5不同降雨條件下9種主要作物凈灌溉定額，分別測(cè)算平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）和特枯年（P=90%）典型灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)。

4.3水文年法測(cè)算結(jié)果

基于水文年法計(jì)算結(jié)果是：平水年(P=50%)、一般干旱年(P=75%)、特枯年（P=90%）灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)分別為0.5233、0.6835、0.7097，作為不同降雨頻率全省灌溉用水有效利用系數(shù)閾值的最大值，結(jié)果見表3。

表3　甘肅省灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)閾值水文年法測(cè)算結(jié)果

5　結(jié)論

綜合以上實(shí)際最大供水能力法和水文年法測(cè)算結(jié)果，甘肅省灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)閾值范圍是：平水年（P=50%）為0.4762～0.5233，一般干旱年（P=75%）為0.5653～0.6835，特枯年（P=90%）為0.6136～0.7097，結(jié)果見表4。

1. 中華人民共和國水利部.全國灌溉用水有效利用系數(shù)測(cè)算分析技術(shù)指南[S].北京：中華人民共和國水利部，2011.

2. 高 峰，許建中．灌溉用水有效利用系數(shù)測(cè)定方法研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2004，23(1)：1-20．

3. 許建中，趙競(jìng)成，高 峰，等．灌溉水利用系數(shù)綜合測(cè)定法實(shí)例分析[J].中國農(nóng)村水利水電，2005，47(1)：55-58．

4. 張 丹，張廣濤.彭曼-蒙斯特公式在參考作物需水量中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,34（18）：4513-4514.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.08.008

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1672-2469（2014）08-0023-03

楊正華（1963年—），男，高級(jí)工程師。