劉思妍，唐梓豪

（湖南省水利水電科學(xué)研究院，長(zhǎng)沙 410007）

近年， 全國(guó)對(duì)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)實(shí)測(cè)工作日益重視，楊水才［1］對(duì)福建省武夷山楮樹下灌區(qū)進(jìn)行測(cè)算分析；曹巖等［2］對(duì)云南高原山區(qū)系數(shù)測(cè)算工作進(jìn)行研究；胡承超［3］對(duì)江蘇省洪澤地區(qū)進(jìn)行測(cè)試，評(píng)價(jià)灌區(qū)工程節(jié)水效果；朱福民等［4］通過分析不同影響因素對(duì)系數(shù)的影響提出了對(duì)灌區(qū)優(yōu)化的建議；鞠艷等［5］通過分析系數(shù)的變化趨勢(shì)和影響因素總結(jié)了江蘇省系數(shù)增長(zhǎng)規(guī)律和提升系數(shù)的關(guān)鍵因子。與上述研究相比，湖南省灌區(qū)開展研究較少，水源條件復(fù)雜多樣， 都對(duì)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算提出更高要求。

在此背景下，以雙牌灌區(qū)為研究區(qū)，選取播種面積超過灌區(qū)總播種面積10%的作物種類，共計(jì)27 個(gè)典型田塊，采用實(shí)測(cè)法計(jì)算凈灌溉定額，通過首尾測(cè)算分析法計(jì)算樣點(diǎn)灌區(qū)的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)， 從而為評(píng)價(jià)節(jié)水灌溉發(fā)展成效與節(jié)水潛力提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域概況

雙牌灌區(qū)地處湖南省南部， 位于東經(jīng)111°～112°、北緯25°55′～26°35′之間，地貌屬于中切割低山丘與平緩區(qū)的過渡地帶，地勢(shì)南高北低。氣候?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)；多年平均降水1433.5 mm，年平均氣溫16.13 ℃，無霜期280 d，相對(duì)濕度81%，灌區(qū)內(nèi)氣候溫和，土地肥沃，適宜種植雙季水稻、柑桔等。灌區(qū)引水水源為雙牌水庫，水庫控制流域面積10594 km2，渠首取水模式為自流取水。 灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積2.17 萬hm2，受益范圍為湖南省永州市的雙牌、零陵、冷水灘和祁陽四縣（區(qū)）的17 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、198 個(gè)村、3400余個(gè)村民小組。灌區(qū)現(xiàn)有干渠1 條，長(zhǎng)95.628 km；支渠19 條（含分支渠），總長(zhǎng)357.6 km；斗渠445 條，共長(zhǎng)875 km；農(nóng)渠725 條，共長(zhǎng)2727 km。灌溉面積200 hm2以上斗渠7 條，設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度65.19 km，其中防滲襯砌長(zhǎng)度僅14.4 km。

1.2 典型田塊選取

根據(jù)《全國(guó)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則》要求， 對(duì)超過種植面積10%的主要作物選取典型田塊。雙牌灌區(qū)確定的主要作物為早稻、中稻與晚稻，因此分別對(duì)3 種作物在上、中、下游3 個(gè)片區(qū)每種作物選取3 塊典型田塊。 通過調(diào)研實(shí)地走訪雙牌灌區(qū)支渠選取符合要求的典型田塊， 共計(jì)27 塊典型田塊。

表1 雙牌灌區(qū)典型田塊主要作物統(tǒng)計(jì)信息

1.3 數(shù)據(jù)來源

1.4 研究方法

根據(jù)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的定義， 首尾測(cè)算分析法即直接用灌入田間可被作物吸收利用的水量（凈灌溉用水量）與灌區(qū)從水源取用的灌溉總水量（毛灌溉用水量）的比值來計(jì)算灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)，計(jì)算公式如下：

式中η 為灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)；W凈為灌區(qū)凈灌溉用水總量（m3）； W毛為灌區(qū)毛灌溉用水總量（m3）。

2 農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)實(shí)測(cè)

農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的實(shí)測(cè)， 首先根據(jù)選取的典型田塊依照一定方法測(cè)算分析年平均凈灌溉用水量，進(jìn)而分析計(jì)算雙牌灌區(qū)年凈灌溉用水量，最后，以雙牌灌區(qū)年凈灌溉用水量、年毛灌溉用水量為基礎(chǔ)，分析計(jì)算雙牌灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。具體測(cè)算流程如圖1。

圖1 雙牌灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算流程

2.1 凈灌溉用水量

凈灌溉用水量的測(cè)算值是根據(jù)所選的典型田塊灌水水層的前后水層變化計(jì)算出典型田塊平均凈灌溉用水量， 再用典型田塊的平均凈灌溉用水量推算到該作物灌區(qū)平均用水量， 最后根據(jù)分析出的灌區(qū)作物平均凈灌溉用水量與其灌區(qū)范圍內(nèi)實(shí)際灌溉面積的乘積得出全灌區(qū)凈灌溉用水量。 雙牌灌區(qū)平均凈水量均由直接量測(cè)法得出。

2.1.1 典型田塊平均凈灌溉用水量

每次灌溉的平均凈灌溉用水量計(jì)算公式如下：

式中h1為灌水前典型田塊田面水深（mm）；h2為灌水后典型田塊田面水深（mm）。根據(jù)每次灌溉的平均凈灌溉用水量數(shù)據(jù)相加得到平均凈灌溉用水量。

2.1.2 灌區(qū)平均凈灌溉用水量

氣控系統(tǒng)由氣源、操作控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。操作控制系統(tǒng)安裝在司鉆控制房?jī)?nèi)，控制壓力氣進(jìn)入或排出氣胎離合器，實(shí)現(xiàn)離合器的嚙合和脫開。

根據(jù)實(shí)測(cè)記錄得到典型田塊的平均凈灌溉用水量，計(jì)算雙牌灌區(qū)水稻平均凈灌溉用水量，計(jì)算公式如下：

式中wi為樣點(diǎn)灌區(qū)同片區(qū)第i 種作物的平均凈灌溉用水量（m3/hm2）；w田凈i為同片區(qū)第i 種作物第l 個(gè)典型田塊平均凈灌溉用水量；A田l為同片區(qū)第i 種作物第l 個(gè)典型田塊灌溉面積（m3）。N 為同片區(qū)第i 中作物典型田塊數(shù)量（個(gè)）。

2.1.3 凈灌溉用水總量

根據(jù)雙牌灌區(qū)提供的實(shí)際灌溉面積統(tǒng)計(jì)表按照式（3）得出雙牌灌區(qū)凈灌溉用水總量：

式中W樣凈為雙牌灌區(qū)凈灌溉用水總量（m3）；wij為雙牌灌區(qū)j 個(gè)片區(qū)內(nèi)第i 種作物平均凈灌溉用水量（m3/hm2）；Aij為雙牌灌區(qū)j 個(gè)片區(qū)內(nèi)第i 種作物實(shí)際灌溉面積（hm2）；m 為雙牌灌區(qū)j 個(gè)片區(qū)內(nèi)的作物種類（種）；n 為雙牌灌區(qū)片區(qū)數(shù)量（個(gè)）；大型灌區(qū)n=3。

具體計(jì)算步驟及結(jié)果如表2。 根據(jù)表2 計(jì)算后得， 早稻、 中稻、 晚稻的作物平均用水量分別為1644.75，3742.65，4279.65 m3/hm2；實(shí)際種植面積分別為：0.79，1.02，0.71 萬hm2； 凈灌溉用水量分別為：1294.95，3807.52，3052.82 萬m3，總計(jì)8155.30 萬m3。

表2 雙牌灌區(qū)主要作物凈灌溉用水量計(jì)算

2.2 毛灌溉用水量

雙牌灌區(qū)主水源毛灌溉用水量可通過查閱渠首電站臺(tái)賬計(jì)算得出。經(jīng)計(jì)算并統(tǒng)計(jì)，雙牌灌區(qū)在實(shí)測(cè)期內(nèi)出庫水量為15057.13 萬m3，全部為農(nóng)田灌溉用水量。

2.3 農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)

根據(jù)首尾測(cè)算法式（1）計(jì)算雙牌灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)分別為0.5416。

η=8155.30/15057.13=0.5416

3 合理性分析

3.1 實(shí)測(cè)過程合理性分析

本次實(shí)測(cè)采用的是首尾測(cè)算法， 作為 《指導(dǎo)細(xì)則》推薦方法，相比分段實(shí)測(cè)法操作更簡(jiǎn)單，符合湖南省農(nóng)村基層水利的實(shí)際情況。 其要點(diǎn)就是對(duì)于毛灌溉用水量和凈灌溉用水量的實(shí)測(cè)過程要規(guī)范、細(xì)致。 本次凈水量實(shí)測(cè)均由湖南省水利水電科學(xué)研究院指導(dǎo)完成，過程滿足規(guī)范要求；毛水量通過查詢臺(tái)賬記錄獲取，避免了人為因素影響。綜上，本次實(shí)測(cè)方法科學(xué)、過程規(guī)范合理。

3.2 農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)合理性分析

農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的合理性取決于凈、毛灌溉用量的合理性。此次實(shí)測(cè)按照《指導(dǎo)細(xì)則》要求，采用日歷年（1 月1 日—12 月31 日）為測(cè)算時(shí)段。其中凈早稻、中稻、晚稻平均灌溉用水量分別為1644.75，3742.65，4279.65 m3/hm2， 與DB43/T 388—2020《湖南省用水定額》中雙牌灌區(qū)所在農(nóng)業(yè)用水定額灌溉分區(qū)Ⅱ區(qū)的50%保證率下相關(guān)作物用水定額相比偏高，其原因是2022 年湖南省全省屬平水偏枯年份，2022 年降雨量1299 mm 比多年平均降雨量14 54 mm 偏小10.7%；毛水量出庫水量15057.13 萬m3相比往年17000 萬m3有所減少，其原因是永州市4—10月經(jīng)歷有完整資料記錄以來最為嚴(yán)重的氣象水文干旱。綜上，影響雙牌灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的最關(guān)鍵數(shù)據(jù)合理，其系數(shù)測(cè)算成果也具備合理性。

4 結(jié)語

通過對(duì)雙牌灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)實(shí)測(cè)，可對(duì)灌區(qū)決策提供理論參考。農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)實(shí)測(cè)工作量大、技術(shù)要求高，需要大量人力資源予以配合才能完成。 灌溉水利用系數(shù)實(shí)測(cè)工作離不開兩個(gè)關(guān)鍵因素： 灌溉水來水量及用水量臺(tái)賬清晰且具有相配套的計(jì)量設(shè)施， 和有足夠的技術(shù)人員參與開展調(diào)查、統(tǒng)計(jì)、測(cè)流等工作。典型田塊水位測(cè)量中，因田間土地并不平整，所以在觀測(cè)時(shí)需設(shè)立固定觀測(cè)點(diǎn)，以保障觀測(cè)前后測(cè)量水位的位置相同，減少誤差。