蔡曉東，陳新明,2，李普超(.西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院，陜西 楊凌 7200；2.旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室，陜西 楊凌 7200；.陜西省咸陽市水利局，陜西 咸陽 72000)

0 引 言

農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的研究對于農(nóng)田灌溉具有重要意義，本文選取了咸陽市內(nèi)具有代表性的40個樣點灌區(qū)進行測算，采用典型田塊的作物凈灌溉定額與典型田塊面積加權平均來代替整個片區(qū)作物的凈灌溉定額，高峰等[1]的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)方法研究中，提出了綜合測定方法，即用8個步驟來計算出農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)，可以省去傳統(tǒng)測量方法中工作量大、需要很大人力的缺點，只需測量典型渠段推算整個灌區(qū)的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)，最后進行渠道修正來得出結果。但是這樣會使計算結果有誤差，忽略了進入田塊的渠道大多為土渠滲漏嚴重會對結果產(chǎn)生影響。按大型灌區(qū)、中型灌區(qū)、小型灌區(qū)、純井灌區(qū)的類別進行測算，發(fā)現(xiàn)灌溉過程中導致農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)偏低的問題而改進灌溉方法，從而減小灌溉定額，提高灌溉水利用率，節(jié)約了灌溉用水，為農(nóng)田灌溉提供有效的保障。

1 咸陽市農(nóng)田基本情況

1.1 咸陽市農(nóng)田灌溉情況概況

我國農(nóng)業(yè)用水存在著資源性 、水質性 、工程性和用水結構性缺水問題, 農(nóng)業(yè)用水供需矛盾突出[2]，因此農(nóng)業(yè)用水效率極為重要。咸陽市位于陜西關中平原腹地，東接省會西安，西鄰楊凌國家農(nóng)業(yè)高新技術產(chǎn)業(yè)示范區(qū)，轄1市2區(qū)10縣，總面積10 246 km2，全市耕地總面積36.62 萬hm2，有效灌溉面積35 萬hm2，是陜西省的農(nóng)業(yè)大市，是全國最大的優(yōu)質蘋果生產(chǎn)基地。2016年，全市糧食產(chǎn)量總產(chǎn)187.09 萬t，全年水果產(chǎn)量583.37 萬t，增長1.1%。蔬菜產(chǎn)量443.07 萬t，增長2.0%。其中咸陽市大型灌區(qū)3處，有效灌溉面積為19.74 萬hm2；中型灌區(qū)有26處，有效灌溉面積為3.96 萬hm2；小型抽水灌區(qū)共1 110處，有效灌溉面積3.26 萬hm2；井灌區(qū)共有19 320處，有效灌溉面積7.12 萬hm2。

1.2 灌區(qū)以及典型斗渠的選擇

咸陽市40個樣點灌區(qū)包括自流灌區(qū)、提水灌區(qū)、土渠、渠道防滲、低壓管道、噴灌、微灌不同類型灌溉方式。其中如表1灌區(qū)選取了典型斗渠。

表1 典型斗渠的選擇以及凈灌溉用水量

1.3 典型田塊的選擇

典型田塊需要有清楚地輪廓、面積適中、作物的種類、畦田規(guī)格、灌溉方式等的代表性。也需要在進水口和出水口有量水設施。選擇典型田塊的主要目的是計算田塊的每公頃平均凈灌溉用水量，其計算方法主要有：

(1)直接測量法：需要觀測田塊每次灌水的灌前及灌后的土壤含水率。再根據(jù)公式：

(1)

式中：γ為土壤容重，g/cm2；θg2、θg1為表示灌前與灌后的土壤質量含水率。

(2)觀測分析法：需要測量進入田塊的水量、排出田塊的水量及典型田塊的面積。再根據(jù)公式：

(2)

式中：W進、W出為表示進入以及排出田塊的水量，m3/hm2；A田為田塊面積，hm2。

其中大中型灌區(qū)采用了直接測量法，小型以及井灌區(qū)由于設備不足的原因采用了觀測分析法，再根據(jù)水量平衡方程確定凈灌溉定額[3]乘以折減系數(shù)與計算的每公頃平均凈灌溉定額作比較來選用凈灌溉定額。

1.4 農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)計算

農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的計算是利用典型田塊的代表性，采用雙作物系數(shù)法將作物蒸發(fā)蒸騰量劃分為作物蒸騰和土壤蒸發(fā)[4]再根據(jù)水量平衡方程來確定作物的凈灌溉定額。利用公式(3)來計算每種作物的每公頃平均凈灌溉定額然后計算出同片區(qū)內(nèi)作物的凈灌溉定額。然后利用公式(4)來計算出某種作物整個灌區(qū)內(nèi)的凈灌溉定額，最后通過作物的實灌面積來確定整個灌區(qū)的凈灌溉定額。灌區(qū)內(nèi)所有種植作物的凈灌溉用水量的加和即為灌區(qū)凈灌溉用水量，灌區(qū)凈灌溉用水量與毛灌溉用水量的比值即為灌區(qū)的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)(表2)。

(3)

式中：W為年凈灌溉用水總量，m3；W田凈,1為第1種作物年每公頃平均凈灌溉用水量，m3/hm2；A田1為第1個田塊的面積，hm2。

(4)

式中：W樣凈為年凈灌溉用水總量，m3；Wij為第i片區(qū)第j種作物次每公頃平均凈灌溉用水量，m3/(hm2·次)；Aij為第i片區(qū)第j種作物畝次灌溉面積，hm2；m為樣點灌區(qū)片區(qū)數(shù)量，個。

利用各個灌區(qū)的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)跟毛灌溉用水量加權平均根據(jù)公式(5)計算。

(5)

式中：η為灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)；ηi為第i個灌區(qū)樣點灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)；W樣毛i為第i個灌區(qū)樣點灌區(qū)年毛灌溉用水量，萬m3；n為灌區(qū)樣點灌區(qū)數(shù)量，個。

表2 典型田塊計算以及灌溉水利用系數(shù)

通過計算得出，η大=0.577 7，η中=0.565 0，η小=0.599 0，η井=0.761 3。

2 結果與分析

本文計算咸陽市大型樣點灌區(qū)的數(shù)量和面積均為100%，中型灌區(qū)數(shù)量占全部中型灌區(qū)的34.6%大于15%，面積占42.4%大于20%，小型樣點灌區(qū)數(shù)量占全部小型灌區(qū)的3.96%大于2%，面積占2.5%大于1%，純井灌區(qū)各種作物至少選了2個樣點，樣點灌區(qū)的選擇具有代表性，均符合水利部發(fā)布的《全國農(nóng)田農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算分析技術指導細則》的要求。如表3。

表3 樣點灌區(qū)的數(shù)量跟面積占比

大、中、小、純井灌區(qū)的凈灌溉用水量利用典型田塊的凈灌溉定額與作物實灌面積來計算，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)則用凈灌溉用水量與毛灌溉用水量的比值來求得。

表4是大型灌區(qū)、中型灌區(qū)、小型灌區(qū)以及井灌區(qū)的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)計算表，其中大型灌區(qū)和中型灌區(qū)由于渠道干支渠部分的損失系數(shù)偏小，而小型灌區(qū)及井灌區(qū)由于輸水過程的損失水較小，計算的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)偏大。

表4 大、中型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)

根據(jù)咸陽各縣樣點灌區(qū)分布，可計算出各縣行政區(qū)域內(nèi)的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)(表5～表7)。

2016年咸陽市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)采用首尾測算法，反映用水的總體情況，其中將首尾測算法與動水法進行了比較，首尾法考慮了回歸水的利用[5]，其影響與回歸水的利用率有關，其中大型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)偏高，可能由于典型田塊選取不當導致的數(shù)據(jù)偏高，而中型灌區(qū)的數(shù)據(jù)略小于

表5 小型及井灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)

表6 各類型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)

表7 各縣市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)及降雨量

大型灌區(qū)，由于土壤、地下水及河水中均含有一定數(shù)量的可溶鹽，為使灌區(qū)內(nèi)鹽分平衡或脫鹽，就必須通過排水排出一定數(shù)量的鹽分；冷浸田灌溉也需有一部分回歸水，以排除土壤中的有害物質。農(nóng)田用水粗放及管理不當、自然條件、灌區(qū)的類型和規(guī)模、灌溉工程狀況、灌水技術、用水管理水平等[6]，而小型灌區(qū)的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)大于大中型灌區(qū)，純井灌區(qū)大于小型灌區(qū)[7]。在Won-Ho Nam等的研究[8]中，介紹了一種方法來評估輸水性能指標的開放灌溉渠道，確定存在問題的渠道，渠道防滲是提高渠系水利用系數(shù)最有效、應用最普遍的工程技術措施之一，應加強灌區(qū)管理，盡量使用低壓管道輸水，而我們的計算結果表明，做好渠道的防滲的灌區(qū)，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)高于沒有做節(jié)水灌溉工程的灌區(qū)。

3 討 論

(1)2015年陜西省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.556，相比較而言2016年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.577 0，在田間觀測的時候需要測定土壤含水率，在計算每公頃平均凈灌溉定額的時候也需要用到，由于技術人員在測量土壤含水率時取完土時沒有立刻稱量，利用土壤中所含水量與干土重的比值，導致土壤含水率偏小，從而使得農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)偏小。

(2)水量損失可分解為渠系輸水損失和田間灌水損失[9]，也就需要確定渠系農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)和田間水利用系數(shù)來分析水量的損失過程，由于測算過程過于復雜，渠系情況各不相同對測算造成了很大影響從而影響精度，而首尾測算法很好地避開了這一復雜的過程，數(shù)據(jù)顯示：大型灌區(qū)、中型灌區(qū)、小型灌區(qū)、井灌區(qū)的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)分別為：0.577 7、0.565 0、0.599 0、0.761 3，大、中型灌區(qū)輸水渠道過長而導致水分損失增加，使農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)相比較小型及井灌區(qū)偏低。

(3)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)與當?shù)亟?jīng)濟，灌區(qū)用水狀況、作物規(guī)模與種類、地下水埋深、氣候條件等有關系[10]，在用典型田塊法測定農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)過程中，結果為：乾縣降雨量為537.9 mm，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.557 9；武功縣為552.6 mm，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.579 4；禮泉縣為537 mm，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.577 2；興平市為584.7 mm，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.579 4；涇陽縣為584.7 mm，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.582 8；三原縣為537.6 mm，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.546 9。發(fā)現(xiàn)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)隨著降雨量的增加而增加，由于禮泉縣、三原縣中小型灌區(qū)和井灌區(qū)偏多導致縣區(qū)域的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)偏高,可見用區(qū)域內(nèi)包含的灌區(qū)不能完全反映區(qū)域的灌水水平。

4 結 語

(1)根據(jù)與毛灌溉用水量加權平均得出大型灌區(qū)、中型灌區(qū)、小型灌區(qū)及井型灌區(qū)的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)分別為0.577 7、0.565 0、0.599 0、0.761 3，綜合計算得出咸陽市的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.577 0。

(2)根據(jù)各縣所在的灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)與毛灌溉用水量加權平均得出乾縣、武功縣、禮泉縣、興平市、涇陽縣、三原縣的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)分別為0.557 9、0.579 4、0.577 2、0.579 4、0.582 8、0.546 9。

[1] 高 峰, 趙競成, 許建中，等.農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測定方法研究[J]. 灌溉排水學報, 2004,23(1):14-20.

[2] 彭世彰,艾麗坤.提高農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù),保障國家糧食安全與水安全[J].水資源保護,2012,(3):79-82,87.

[3] Ahmed E N M, Mahmoud F A. Effect of irrigation on consumptive use, water useefficiency and crop coefficient of sesame (Sesamumindicum L.)[J]. Journal of Agricultural Extension & Rural Development, 2010. 2:59-63.

[4] Paredes P, Pereira L S, Rodrigues G C, et al. Using the FAO dual crop coefficient approach to model water use and productivity of processing pea ( Pisum sativum, L.) as influenced by irrigation strategies[J]. Agricultural Water Management, 2017,189:5-18.

[5] 崔遠來, 譚 芳, 王建漳. 不同尺度首尾法及動水法測算農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)對比研究[J]. 灌溉排水學報, 2010,29(1):5-10.

[6] 郭 珺.我國農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的預測方法及對策研究[D]. 河北邯鄲：河北工程大學,2009.

[7] 彭世彰, 高曉麗. 提高農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的探討[J].中國水利, 2012,(1):33-35.

[8] Nam W H, Hong E M, Choi J Y. Assessment of water delivery efficiency in irrigation canals using performance indicators[J]. Irrigation Science, 2016,34(2):129-143.

[9] 李英能.淺論灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)[J].中國農(nóng)村水利水電,2003,(7):23-26.

[10] 李睿冉,劉 旭.我國典型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的調(diào)研分析[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版),2012,(3):465-469.