俞嘉慶，韓霄

(1.杭州市臨安區(qū)水利水電局，浙江 杭州 325000； 2.杭州水信農(nóng)業(yè)科技有限公司，浙江 杭州 310000)

農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)是指在一段時間內(nèi)灌溉且被作物吸收利用的水量與水源地總引水量的比值[1-2]。目前，用于測算農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)的方法主要為首尾測算分析法，該方法采用一年當(dāng)中田間實(shí)際灌溉凈用水量與毛用水量的數(shù)值比進(jìn)行測算[3]，但實(shí)際灌溉凈用水量較難準(zhǔn)確獲取。為此，本文結(jié)合杭州市富陽區(qū)的漁山畈灌區(qū)案例，采用水量平衡法對灌區(qū)實(shí)際單位面積的灌溉凈用水量進(jìn)行測算，總結(jié)報道如下。

1 材料與方法

1.1 灌區(qū)概況

漁山畈灌區(qū)位于漁山溪末端的漁山鄉(xiāng)，地處杭州市富陽區(qū)的東北部。灌區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫16.3 ℃，多年平均日照時數(shù)1 761.6 h，多年平均蒸發(fā)量1 268.9 mm，多年平均降水量1 479.3 mm。降水量年際差異顯著，降水量最多的年份是1983年(1 964.4 mm)，降水量最少的年份是1967年(1 000.6 mm)。年內(nèi)降水量呈季節(jié)性改變，每年有2個雨期和干旱期，降水變化呈雙峰型：第1個雨期在3—7月，主要為春雨和梅雨期，降水量大且持續(xù)時間較長，約占全年降水量的48%；第2個雨期在8—9月，主要為臺風(fēng)雨和秋雨，降水持續(xù)時間較短，但降水量集中，強(qiáng)度較大，約占全年降水量的12%。

漁山畈灌區(qū)設(shè)計灌溉面積97.2 hm2，有效灌溉面積97.2 hm2。灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有渠系建設(shè)情況較好，其中:干渠1條，總長度為1.3 km，采用混凝土襯砌防滲，襯砌防滲率100%；農(nóng)渠12條，總長度3.12 km，采用混凝土襯砌防滲，襯砌防滲率100%。

漁山畈灌區(qū)屬于小型提水灌區(qū)，灌區(qū)水源為漁山溪，共設(shè)有6座機(jī)埠，排澇站2座。機(jī)埠提水能力0.242 m3·s-1，2座排澇站排水能力0.871 m3·s-1。目前，灌區(qū)內(nèi)作物播種面積86.7 hm2，作物實(shí)際灌溉面積86.7 hm2，主要種植作物為單季稻，種植時間5—10月，其余時間灌區(qū)內(nèi)主要種植紫云英。

1.2 數(shù)據(jù)來源

基于漁山畈灌區(qū)附近的三溪口氣象站獲取2018年漁山畈灌區(qū)日平均溫度、濕度、風(fēng)速等氣象學(xué)數(shù)據(jù)，并結(jié)合漁山畈灌區(qū)內(nèi)設(shè)置的ZK-TR4土壤溫濕度檢測系統(tǒng)、超聲波液位計JZ-40-1水位測針、ZK-ZD7A自動氣象站等設(shè)備獲得灌區(qū)土壤含水量變化等數(shù)據(jù)。

漁山畈灌區(qū)參考作物選擇水稻。灌區(qū)單季稻泡田期為5月15日—6月5日，灌溉期為6月5日—10月5日，成熟期為10月5—26日。對灌區(qū)2018年5月15日—10月26日單季稻全生育期內(nèi)的配套量測設(shè)施數(shù)據(jù)和當(dāng)?shù)貧庀笳練庀髷?shù)據(jù)進(jìn)行過濾分析，獲取水量平衡測算中相關(guān)的165組基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.3 計算方法

采用水量平衡法測算灌區(qū)實(shí)際單位面積的灌溉凈用水量時，需先搜集獲取當(dāng)?shù)氐臏囟?、濕度、降水量、風(fēng)速變化等數(shù)據(jù)，然后結(jié)合作物實(shí)際蒸騰與蒸發(fā)情況、水分輸入與輸出量等參數(shù)，選取灌區(qū)主要參考作物，采用水量平衡公式計算參考作物全生育期的實(shí)際灌溉凈用水量：

M=EC-Pe-Ge-W。

(1)

式(1)中：M為灌溉凈用水量，mm；EC為參考作物全生育期蒸騰蒸發(fā)量，mm；Pe為參考作物全生育期有效降水量，mm；Ge為參考作物全生育期地下水補(bǔ)給量，mm；W為參考作物全生育期前后計劃濕潤層儲水變化量，mm。

EC=KC·E0。

(2)

式(2)中：KC為綜合作物系數(shù)；E0為參考作物蒸騰蒸發(fā)量，mm。

E0采用改進(jìn)型彭曼-蒙蒂斯(Penman-Monteith)公式[4-5]計算：

(3)

式(3)中：Rn為輸入冠層凈輻射量，MJ·m-2·d-1；G為土壤熱通量，MJ·m-2·d-1；T為2 m高處日平均溫度，℃；U2為2 m高處風(fēng)速，m·s-1；es為飽和水氣壓，kPa；ea為實(shí)際水氣壓，kPa；Δ為飽和水汽壓與溫度關(guān)系曲線在某處的斜率，kPa·℃-1；γ為干濕溫度計常數(shù)，kPa·℃-1。

參考作物全生育期有效降水量是指能被作物有效利用的當(dāng)?shù)亟邓甗6]：

Pe=σP。

(4)

式(4)中：σ為降水有效利用系數(shù)；P為降水量，mm。

參考作物全生育期地下水補(bǔ)給量表示為存在于地面以下土?？紫堕g的水分借助分子間內(nèi)聚力提升到作物根系活動層并被根系吸收的總量[7]，在一定的土壤類別和作物生長狀況下，其與地下水補(bǔ)給程度和地下水所在位置、作物類型、作物耗水能力、天氣變化情況等有關(guān)。

參考作物全生育期前后土壤計劃濕潤層儲水變化量受灌區(qū)計劃濕潤層深度，及參考作物全生育期前、后土壤含水量的影響：

W=1 000H(θe-θi)。

(5)

式(5)中：H為計劃濕潤層深度，m；θi、θe為單季作物全生育期前、后計劃濕潤層的土壤含水量，%。

2 結(jié)果與分析

2.1 全生育期蒸騰蒸發(fā)量

單季稻全生育期內(nèi)的日參考作物蒸騰蒸發(fā)量和作物蒸騰蒸發(fā)量的變化折線如圖1所示?？梢钥闯?，參考作物日蒸騰蒸發(fā)量的最大值為6.38 mm·d-1，最小值為3.06 mm·d-1，平均值為5.05 mm·d-1，累計蒸騰蒸發(fā)量為832.70 mm。KC隨作物生長狀況變化，5—10月的取值分別為1.066、1.216、1.298、1.344、1.213、0.900，經(jīng)測算，單季稻日蒸騰蒸發(fā)量的最大值為8.57 mm·d-1，最小值為3.25 mm·d-1，平均值為6.04 mm·d-1，全生育期蒸騰蒸發(fā)量為997.20 mm。

圖1 參考作物蒸騰蒸發(fā)量和作物蒸騰蒸發(fā)量的變化折線

2.2 全生育期有效降水量

通過漁山畈灌區(qū)當(dāng)?shù)貧庀笳?018年的降水量氣象數(shù)據(jù)獲得灌區(qū)每天的降水量P，根據(jù)漁山畈灌區(qū)實(shí)際情況，參照表1，獲得降水量P對應(yīng)的降水有效利用系數(shù)關(guān)系σ，繼而求得灌區(qū)單季稻全生育期的累計降水量為850.2 mm，累計有效降水量為527.57 mm。單季稻全生育期內(nèi)日降水量和有效降水量的變化折線如圖2所示。

表1 降水量與降水有效利用系數(shù)的關(guān)系

圖2 降水量和有效降水量的變化折線

2.3 全生育期地下水補(bǔ)給量

考慮到漁山畈灌區(qū)地面灌溉水量充足，灌溉水入滲補(bǔ)給較多，且地下水埋藏深度較深，地下水位上升有限，故取單季稻全生育期地下水補(bǔ)給量值為0。

2.4 全生育期前后土壤計劃濕潤層儲水變化量

利用灌區(qū)配套的ZK-TR4土壤溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)和超聲波液位計確定田間水層深度觀測值和土壤含水量：單季稻全生育期前土壤含水量θi為25.45%，全生育期后土壤含水量θe為23.16%，計劃濕潤層深度H為0.6 m，單季稻全生育期前后土壤計劃濕潤層內(nèi)儲水變化量為-13.74 mm。

2.5 灌溉凈用水量

通過對漁山畈灌區(qū)單季稻全生育期蒸騰蒸發(fā)量、有效降水量、地下水補(bǔ)給量和全生育期前后土壤計劃濕潤層儲水變化量等值的計算，結(jié)合(1)式，計算得到漁山畈灌區(qū)的灌溉凈用水量為483.37 mm，折算為灌區(qū)每667 m2灌溉凈用水量為322.25 m3。

3 小結(jié)

基于水量平衡法測算灌區(qū)單位面積灌溉凈用水量，結(jié)合漁山畈灌區(qū)的實(shí)際情況，選擇單季稻作為參考作物，采取灌區(qū)已有的配套設(shè)施和相關(guān)資料，過濾獲取灌區(qū)單季稻全生育期的降水量、溫度、風(fēng)速等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算求得灌區(qū)單季稻全生育期蒸騰蒸發(fā)量為997.72 mm，有效降水量為527.57 mm，地下水補(bǔ)給量為0，土壤計劃濕潤層儲水變化量為-13.74 mm，灌溉凈用水量為483.37 mm，灌區(qū)每667 m2灌溉凈用水量為322.25 m3。