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首尾测算法在青弋江灌区中的应用

范文

唐洪火

摘要?青弋江灌区采用首尾测算法测算农田灌溉水有效利用系数（以下简称农水系数），通过选定典型样点田块，基于直接量测法与观测分析法相耦合途径确定灌区作物净灌溉定额，测算出2019年农水系数为0.460?6，并对测算过程和结果进行合理性分析。

关键词?农水系数;首尾测算法;青弋江灌区

中图分类号?S27?文献标识码?A?文章编号?0517-6611（2021）03-0222-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.03.059

Abstract?The?effective?utilization?coefficient?of?farmland?irrigation?water?（hereinafter?referred?to?as?agricultural?water?coefficient）?of?Qingyi?River?Irrigation?District?was?calculated?by?the?headtail?measurement?method.?Through?the?selection?of?typical?sample?plots?and?the?coupling?approach?of?direct?measurement?method?and?observation?analysis?method，?the?net?irrigation?quota?of?crops?in?the?irrigation?district?was?determined，?and?the?agricultural?water?coefficient?in?2019?was?calculated?as?0.460?6，?and?the?rationality?analysis?of?the?calculation?process?and?results?was?carried?out.

Key?words?Agricultural?water?coefficient;Headtail?measurement;Qingyi?River?Irrigation?District

農水系数是指某一时期灌入田间可被作物利用的水量与水源地灌溉取水总量的比值，其反映灌区从水源引进的灌溉水能被作物吸收利用程度，是实行最严格水资源管理制度、确立“三条红线”控制目标的主要指标之一[1-2]。农水系数测算具有重要意义，得到国内众多学者的关注。王洪斌等[3]对静态和动态测定法测定灌溉水有效利用系数的方法进行了对照分析;高峰等[4]提出农田灌溉水有效利用系数综合测定方法;蔡晓东等[5]开展了咸宁市农田灌溉水有效利用系数测算的实践应用。青弋江灌区是宣城市境内唯一大型灌区，其农水系数测算在整个宣城市农水系数测算工作中占据重要作用。青弋江灌区分别在泾县和宣州选定典型样点田块，开展田间实测工作，并采用首尾测算法测定农水系数。

1?基本概况

青弋江灌区地处安徽省长江南岸，跨漳河流域和青弋江、水阳江流域中下游地区，属全国402个大型自流引水灌区之一。总控制面积1?383?km2，设计灌溉面积7.13万hm2，有效灌溉面积4.82万hm2，总灌溉面积3.34万hm2。共有5级渠系，干、支、斗、农、毛，受益范围涵盖宣城市的泾县、宣州区、宁国市和芜湖市的南陵县、繁昌县。宣州区和泾县是宣城市境内主要受益地区，有效灌溉面积1.83万hm2，选定为青弋江灌区宣城市代表性测算片区（简称测区）。

2?灌区农水系数测算方法

过去青弋江灌区农水系数测算值0.4，通过实测获得不同级别典型渠道的渠道水利用系数，加权平均得到灌区干、支、斗、农各级渠道的渠系水利用系数;测量典型田块的田间水利用系数，采用系数连乘的方法算得[6]，存在精度不高且合理性分析不足等缺点。为改进不足提高精度，2019年农水系数测算采用首尾测算法。

首尾测算法是指直接测量统计灌区从水源引入（取用）的毛灌溉用水总量，通过分析测算得到田间实际净灌溉用水总量，田间实际净灌溉用水总量与毛灌溉用水总量的比值即为灌溉利用系数[7]，计算公式如下：

式中，ηw为农水系数;Wj为净灌溉用水总量，单位为m3;Wa为毛灌溉用水总量，单位为m3。

2.1?净灌溉用水量观测方法

测区主要耗水作物需采用直接量测法测定田间净灌溉用水量，对于种植比例不超过10%的作物则采用观测分析法测定田间净灌溉用水量。具体观测方法如图1所示。

2.1.1?直接量测法。

对于旱作物，根据典型田块灌溉前后计划湿润层土壤含水率的变化确定某次平均净灌溉用水量，计算公式如下：

式中，w田净i为典型田块某次平均净灌溉用水量，单位为m3/hm2;H为灌水期内典型田块土壤计划湿润层深度，单位为mm;γ为典型田块H土层内土壤干容重，单位为g/cm3;γ水为水的容重，单位为g/cm3;θg1为灌水前典型田块H土层内土壤质量含水率，单位为%;θg2为灌水后典型田块H土层内土壤质量含水率，单位为%。

对于淹灌水稻，根据典型田块灌溉前后田面水深的变化来确定某次平均净灌溉用水量，计算公式如下：

式中，h1为灌水前典型田块田面水深，单位为mm;h2为灌水后典型田块田面水深，单位为mm。

2.1.2?观测分析法。

对于旱作物，其生育期净灌溉定额分析计算采用水量平衡原理确定，平衡方程式如下：

式中，Mi为第i种作物净灌溉定额，单位为mm;ETci为第i种作物的蒸发蒸腾量，单位为mm;Pe为作物生育期内的有效降雨量，单位为mm;Gei为第i种作物生育期内地下水利用量，单位为mm;ΔW为生育期始末土壤储水量的变化值，单位为mm[8]。

对于淹灌水稻，水稻的净灌溉需水量包括泡田水量、蒸发蒸腾水量以及必要的渗漏水量三部分[9]。水稻全生育期净灌溉定额计算公式如下：

式中，ETc为水稻的蒸发蒸腾量，单位为mm;Fd为水稻全生育期渗漏量，单位为mm;M0为泡田定额，单位为mm;Ge为水稻全生育期间地下水的利用量，单位为mm。

2.2?灌区毛灌溉用水总量测定方法

灌溉用水总量Wa是指灌区全年从水源地引入（取用）用于农田灌溉的总水量，其等于从水源地取水总量扣除由于工程保护、防洪除险等需要的渠道（管路）弃水量。农田灌溉输水与城市、工业或农村生活供水使用同一渠道或管路时，扣除相应的城市、工业或农村生活供水量[10]。年毛灌溉用水总量是根据灌区从水源地实际取水测量值统计取得，而非其他（如计收水费等）目的收费计算的水量数值。

测区存在大量的塘堰坝，这些塘堰坝与骨干灌溉水源联合对灌区进行灌溉供水。塘堰坝的蓄水一部分来自拦蓄当地降雨产生的地表径流，同时还有一部分来自渠道的补水。因此，在统计灌区毛灌溉用水总量时，将塘堰坝拦蓄降雨径流增加的供水量或其他水源灌溉供水量加进来。塘堰坝或其他供水水源灌溉供水量按以下要求测算：①对有实际塘堰坝或其他供水水源灌溉供水量统计资料，以统计资料为准，供水量中不包括灌区渠系引水入塘堰坝的水量。②对统计资料缺乏的典型灌区，灌溉用水代表年塘堰坝或其他供水水源灌溉供水情况进行调查，并依据调查结果进行估算[11]。

3?农水系数测算结果与分析

3.1?田间净灌溉定额测定

在测区分别选定9块样点田块开展田间净灌溉用水量实测工作。其中，泾县主要田间实测作物为中稻，4月底播种，9月下旬收割;宣州主要田间实测作物为双季稻，双季早稻4月底插秧，7月下旬收割，雙季晚稻7月下旬插秧，10月中旬至10月下旬收割。2019年典型样点田块田间实测过程具体如表1所示。

由表1可知，泾县和宣州典型样点田块具体田间实测灌水过程，可得典型样点田块2019年度净灌溉定额，具体如下：①泾县上、中、下游全部样点田块中稻平均净灌溉定额为525.1?mm;②加上水稻育秧折算345.0?mm/hm2，宣州上、中、下游全部样点田块双季早稻平均净灌溉定额为5?506.5?mm/hm2;③加上水稻育秧折算345.0?mm/hm2，宣州片上、中、下游全部样点田块双季晚稻平均净灌溉定额为7?501.5?mm/hm2。

对于播种面积少于灌区总播种面积10%的大宗灌溉作物，则采用观测分析法来确定净灌溉定额，由式（4）和式（5）求取。采用观测分析法的主要是宣州片区的中稻，具体计算净灌溉定额为465.5?mm。此外，根据实地调查，灌区内旱作物2019年没有进行取水灌溉，净灌溉定额为0?mm。

3.2?毛灌溉用水量确定

青弋江灌区供水体系较为复杂，从渠首总干渠溪口闸取水，至纪村电站发电后尾水进入芜湖，在此期间泾县居民生活用水从总干渠取水，南瓜山电站发电要消耗总干部分取水量;此外，在黄村闸处有流域面积约1?338?km2的徽水河水系汇入总干渠，而黄村闸可泄洪至灌区范围之外。据统计，宣城在2019年灌溉期间从渠首溪口闸取水14.81亿m3，徽水河汇入降雨径流3.75亿m3，黄村闸泄洪2.59亿m3，南瓜上电站发电用水0.66亿m3，泾县居民生活取水0.16亿m3，纪村电站发电用水13.30亿m3，则可计算宣城内农业灌溉渠首水量为1.85亿m3。据水利普查数据，测区有塘坝及小水库蓄水容量2?605.7万m3，根据灌区内典型塘坝2019年取用水记录，灌区范围内塘坝及小水库平均复蓄次数约为0.42，则可得测区塘坝及小水库供水总量为0.11亿m3。综上可知，测区2019年毛灌溉用水量为1.96亿m3。

3.3?测区2019年农水系数测算结果

采用首尾测算法对测区农田灌溉水利用系数进行测算，具体计算结果见表2。

3.4?测算过程与结果合理性分析

在青弋江灌区农水系数测算过程中，采用直接量测法和观测分析法相结合、微观模型研究与宏观分析评价相结合的方法。对采用直接量测法测定净灌溉定额的作物，运用观测分析法测算了相应作物净灌溉定额，并进行对比分析，结果如表3所示。

由表3可知，测区基于直接量测法测定的作物净灌溉定额与基于观测分析法测算的作物净灌溉定额相差29.70～35.33?mm，换算百分比为6.0%～8.7%。由此可见，基于直接量测法的作物实测净灌溉定额具有较强的可信度，实测结果合理。

4?结语

（1）青弋江灌区在宣城泾县和宣州选定典型样点田块开展田间净灌溉定额实测工作，测定了青弋江灌区内主要作物的净灌溉定额;根据灌区降雨和气象数据，采用观测分析法计算出作物净灌溉定额，并与实测的作物净灌溉定额进行对比，确定了灌区作物净灌溉定额。

（2）青弋江灌区是一个集生活供水、农业灌溉和水力发电等多功能的自流引水大型灌区，且在总干黄村闸处有区间汇流和泄洪闸，农业灌溉渠首水量需扣除区间汇流、泄洪水量、生活供水和水力发电耗水等才能确定，由于影响因素众多且难于精确测定，导致青弋江灌区宣城片农业灌溉渠首水量测定会存在一定偏差。

（3）在科学、合理确定青弋江灌区测区各作物净灌溉定额和毛灌溉用水总量的基础上，采用首尾法测算了青弋江灌区宣城片2019年农田灌溉水有效利用系数，并与2018年测算結果进行了对比，阐述了灌区系数变化的原因，进行了测算合理性分析。该测算成果可为青弋江灌区农田灌溉管理和节水调水方案制定提供理论依据。

参考文献

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[3]?王洪斌，闻绍珂，郭清.灌溉水利用系数传统测定方法的修正[J].东北水利水电，2008，26（4）：59-61，72.

[4]?高峰，赵竞成，许建中，等.灌溉水利用系数测定方法研究[J].灌溉排水学报，2004，23（1）：14-20.

[5]?蔡晓东，陈新明，李普超.咸阳市农田灌溉水有效利用系数测算与分析[J].节水灌溉，2018（1）：82-85，89.

[6]?马之刚.农田灌溉水有效利用系数测算分析[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2018，18（3）：33-36.

[7]?王成功，杨利民.浅析农业灌溉用水系数测算[J].科技传播，2010（16）：58，64.

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[10]?孙国斌.区域灌溉水利用系数测算软件的开发与应用[D].杨凌：西北农林科技大学，2009.

[11]?河南省水利厅农村水利处，河南省水利科学研究院.河南省“十一五”农业灌溉用水有效利用系数测算分析工作实施方案[EB/OL].（2011-04）[2020-01-05].http：//www.docin.com.

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