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1、灌区灌溉水有效利用系数测算分析技术“首尾测算法”1.灌区灌溉水有效利用系数测算方法概述1.1灌区灌溉水有效利用系数的内涵（1）灌区灌溉水有效利用系数灌溉水是指采用必要的工程技术措施，对天然状态下的水进行有目的的干预、控制和改造，为农田灌溉提供的水量。灌溉水可以是从水库、河流引来或用水泵提取的地表水，也可以用水泵从井提取的地下水。灌区在灌水时，灌溉水除一部分为被灌溉的农作物耗用外，还有一部分水量是在输水、配水和灌水过程中损失掉，没有被农作物利用，这部分水量也称为非生产性水量损失。这些损失主要有：渗漏损失，包括各级输水渠道渗漏和田间深层渗漏；蒸发损失，渠道中的水面蒸发，一般仅占渗漏损失的1/201
2、/50；田面流失，由于灌水流量过大，与灌水沟、畦规格不相适应，水稻田的田埂不坚固，或采用不合理的灌水方法，流失到灌溉地以外的水量；泄水损失，由于配水与田间灌水不协调，或控制建筑物不完整以及不良的灌水习惯，流失到排水沟或灌区以外的水量；跑水损失，因工程质量不好，引起渠堤决口跑水造成水量损失。灌区灌溉水有效利用系数就是：渠首的总引进水量扣除了损失水量外，能够被农作物利用的净水量与渠首的引进灌溉水量的比值。可用下式表示： （1-1）式中：g灌区灌溉水有效利用系数； wj 灌溉时能够被农作物利用的净水量； wm渠首引入的总水量。（2）测定灌区灌溉水有效利用系数的意义灌溉水有效利用系数是反映灌区从水源引
3、进的灌溉水能被作物吸收利用程度的重要指标，也是反映灌区输水、配水和田间灌水所采用的工程、技术和管理水平高低的指标。在我国国家标准节水灌溉工程技术规范中规定：灌区的灌溉水有效利用系数，大型灌区不应低于0.50；中型灌区不应低于0.60；小型灌区不应低于0.70；井灌区不应低于0.80；喷灌区、微喷灌区不应低于0.85；滴灌区不应低于0.90。而据2011年测算分析，我国目前灌区平均灌溉水有效利用系数仅为0.51 ，节约用水的潜力很大。因此，进一步加大灌区续建配套节水改造，发展高效节水灌溉，提高灌溉水有效利用系数是我国灌区建设中一项重要的战略任务，任重而道远。灌溉水有效利用系数是衡量从水源引水到田
4、间作物利用过程中灌溉用水效率状况的一个关键性指标，能够比较客观真实地反映灌溉工程设施状况、灌溉技术水平、用水管理水平等多种因素对灌溉用水效率的综合影响，因而也成为政府科学规划和宏观决策的重要依据。为适应今后我国节水灌溉发展的形势和资源节约型社会建设的要求，跟踪测算分析各省及全国灌溉用水效率的变化情况，为正确评价全国节水灌溉发展成效、科学制定节水灌溉发展目标和分析节水潜力提供基础依据和支撑，开展灌溉水有效利用系数的测算工作具有十分重要的意义。1.2确定灌区灌溉水有效利用系数的传统方法灌溉水从水源引入贮存到作物根层供作物吸收利用，是通过灌区各级渠道输水至田间，均匀地分配到指定的灌溉面积上，贮存在作
5、物根层土壤中转化为土壤水来实现的。因此，灌溉水在这个过程中的水量损失，可分解成渠系输水损失和田间灌水损失两部分。渠系水利用系数是衡量渠系输水利用程度的指标；田间水利用系数是衡量田间灌溉水利用程度的指标。（一）渠系水有效利用系数的确定渠系水利用系数用扣除各级渠道输水损失后，进入田间的净水量与渠首引水量的比值来表示。因此，要确定渠系水利用系数应首先确定各级渠道的渠道水利用系数。1、渠道水有效利用系数：是同时期放入下一级渠道的流量（或水量）之和与该级渠道首端进入的流量（或水量）的比值。（1）计算方法：可用下式计算： （1-2）式中： q渠道水利用系数； Qs、Ws同时期放入下一级渠道的流量（或水量）
6、； Qm、Wm渠道首端引入的流量（或水量）。（2）测定方法：1）动水测定法：根据渠道沿线的水文地质条件，选择有代表性的渠段，其长度应符合：流量小于1m3/s时，渠道长度L1km；流量为110m3/s时，L3km；流量为1030m3/s时，L5km；流量大于30 m3/s时，L10km。中间无支流，观测上、下游两个断面同时段的流量，其差值即为损失水量。2）静水测定方法：选择1 段具有代表性的渠段，长度50100m，两端堵死，渠道中间设置水位标志，然后向渠中充水，观测该渠段内水位下降过程，根据水位变化即可计算出损失水量。用上述两种测定方法测定渠段的水量损失后，换算成单位长度水量损失率，即可用下式计
7、算出渠道水利用系数： （1-3）式中：渠道单位长度水量损失率（%/km）； L渠道长度（km）。2、渠系水有效利用系数：是在一轮灌水期间或一定时期间末级固定渠道供给田间的总水量与渠首从水源引入的总水量之比值。可用下式计算： （1-4）式中：c渠系水利用系数； Wt在一轮灌水期间末级固定渠道供给田间的总水量； Wm渠首从水源引入的总水量。渠系水利用系数也可以用各级渠道水利用系数连乘的方法求得，如下式所示（以4级固定渠道为例）： （1-5）式中：c渠系水利用系数； g干渠渠道水利用系数；y支渠的加权平均渠道水利用系数；d斗渠的加权平均渠道水利用系数；n农渠的加权平均渠道水利用系数。计算某级渠道的加
8、权平均渠道水利用系数时，应用同级各条渠道实测的正常流量值与各条渠道的渠道水利用系数的乘积求取。如下式所示： （1-6）式中：o某级渠道的加权平均渠道水利用系数； Qn某级渠道的某条渠道正常流量；n某级渠道的某条渠道的渠道水利用系数。 （二）田间水有效利用系数的确定田间水利用系数用扣除灌溉水从末级固定渠道末端进入田间过程中的水量损失后，贮存到作物计划湿润层中的净水量与从末级固定渠道末端进入田间水量的比值来表示。（1）计算方法：可用下式计算： （1-7）式中： t田间水利用系数； wj 灌后贮存到作物计划湿润层中的净水量； wt从末级固定渠道末端进入田间的水量。AJ灌区净灌溉面积；Mj灌溉前后实测
9、作物计划湿润层土壤水分得出的灌水定额。（2）测定方法：在灌区中选择有代表性的灌溉地块，通过实测灌水前后（13d内）土壤含水量的变化，计算净灌水定额，用下式算出田间水利用系数： （1-8）式中：1、2分别为灌水前后作物计划湿润层的土壤含水率（以干土重的百分数表示）； 土的干容重（t/m3）； H作物计划湿润层深度（m）； A灌溉面积（hm2）； 其余符号同前。 水稻如采用旱作栽培，则田间水利用系数的计算和测定方法同上述；如采用淹灌，则净灌水定额为灌后达到田面设计水层深度增加的水量与稳定渗漏量之和，测定和计算方法可参照有关规范。 （三）灌溉水有效利用系数的确定（1）对于渠灌区，可用下式计算： （1
10、-9）式中各符号意义同前。（2）对于井渠结合灌区，可用下式计算： （1-10）式中： z井灌水利用系数；Wz灌溉时地下水用量；q渠灌水利用系数；Wq灌溉时渠首引进的水量；W井渠结合灌区总灌溉用水量，即Wz+ Wq。1.3 灌区灌溉水有效利用系数传统确定方法存在的问题和难点从以上对灌溉水有效利用系数的传统确定方法的叙述得知，用这些测定计算方法确定灌溉水有效利用系数很繁杂，综合起来有以下问题和难点：1、测定工作量很大一个灌区的固定渠道一般都有干、支、斗、农4级，大型灌区级数更多，而每一个级别的渠道又有多条，特别是斗、农渠数量更多，采用（1-6）式计算某级渠道的加权平均渠道水利用系数时，测定工作量很
11、大。灌溉地块自然条件和田间工程情况也存在差异，要取得较准确的田间水利用系数，也需要选择众多的典型区进行测定。可见无论是渠系水利用系数，还是田间水利用系数测定工作量都很大，这亦是目前许多灌区没有系统测定过灌溉水有效利用系数的原因。2、测定所需的条件难以保证测定渠道水利用系数时，需要有稳定的流量，测渠段中间无支流，下一级渠首分水点的观测时间必须和水的流程时间相适应等必要条件难以做到。因为测定时，一般都结合灌溉进行，流量易发生变化；测渠段选择短则代表性差，选择长则中间没有支流的情况不多；要准确掌握上下测点水流程的时间也不容易。3、测定计算的系数准确性较差由前述可知，灌溉水有效利用系数测定时所需的条件
12、不易保证，测定工作又很繁杂，组织测定一次都很不容易，因此测定计算的结果质量难以保证，准确性必然较差。目前为了减少工作量，一般采用选择典型渠道和典型地块测定的办法，但对于一个大、中型灌区，控制灌溉面积很大，典型难以代表一般，所确定的灌溉水有效利用系数准确性更差。4、不能反映当年灌溉水利用的情况由于灌区不同的水文年因来水和用水的情况不同，渠首引进的流量或水量亦不相同，灌区的实灌面积也不相同。灌溉水有效利用系数与引进灌区的流量（水量）和实灌面积有关，因此，每年的系数都不相同，严格来说每次灌水系数都不相同。目前的灌区只用某次测定计算得出的灌溉水有效利用系数来代替所有的情况是不合适的，不能反映灌区当年实
13、际灌溉水利用的实际情况。5、难以与灌区节水改造工作相协调目前我国灌区正在实施以节水为目标的技术改造，渠道防渗、田间节水灌溉技术的应用日新月异，随着节水改造的进程，灌区的灌溉水有效利用系数也随之改变。如果随着采用节水工程技术的增加，需要掌握灌溉水利用的实际情况，就要随之一次次地测定灌溉水有效利用系数，由于传统方法繁杂，不可能做到。因此，难以与灌区节水改造工作相协调。1.4 用“首尾测算法”确定灌区灌溉水有效利用系数的简易方法1、首尾测算法的总体思路从上述分析可知，传统的确定灌区灌溉水有效利用系数的方法，是先通过测定计算求出灌区渠系水利用系数和田间水利用系数，然后两者相乘得出灌区的灌溉水有效利用系
14、数，其中测定难度最大的是渠系水利用系数。确定灌溉水有效利用系数的简易方法的思路是：灌溉水有效利用系数既然是反映灌区灌溉水有效利用程度的指标，则可以不必测定计算灌溉水输、配水和灌水过程中的损失，而直接用最终达到的结果来确定，即只测定灌区渠首引进的灌溉水量和最终灌到贮存到作物计划湿润层的水量，用（1-1）式求得灌溉水有效利用系数。这样，可绕开测定渠系水利用系数这个难点，减少了许多测定工作量。2、首尾测算法的测算程序（1）用首尾测算法确定灌区灌溉水有效利用系数时，计算分析时段以测算分析年的日历年为准（即每年1月1日12月31日），对于跨年度的作物则应按日历年分段计算，合理确定测算分析年该作物净灌溉用水量。（2）在年度内，测定灌区每次灌水时田间每种作物的净灌溉定额与该种
