甘肃省灌溉用水有效利用系数阈值测算分析探讨

杨正华

（甘肃省水利厅水利管理局 甘肃兰州 730000）

甘肃省灌溉用水有效利用系数阈值测算分析探讨

杨正华

（甘肃省水利厅水利管理局 甘肃兰州 730000）

甘肃是资源型和工程型缺水的省份，农业生产主要依赖灌溉，研究分析全省灌溉用水有效利用系数具有重要意义。全省选择20处典型灌区，以田间观测作物净灌溉定额为基础，采用首尾测定法、彭曼-蒙特斯理论公式和水量平衡公式，测算分析不同降雨频率9种主要作物净灌溉定额，分别采用实际最大供水能力法和水文年法，测算分析全省灌溉用水有效利用系数阈值范围：平水年（P=50%）为0.4762～0.5233，一般干旱年（P=75%）为0.5653～0.6835，特枯年（P=90%）为0.6136～0.7097。

阈值分析 灌溉用水 利用系数 甘肃省

一个领域或一个系统的界限称为阈，其数值称为阈值，又叫临界值。灌区灌溉用水有效利用系数阈值，就是在农业灌溉临界条件下所产生的灌溉用水有效利用系数最低值或最高值。不同水文年气候条件不同，灌溉用水有效利用系数也不同。由于不可避免存在输水渗漏、蒸发等水量损失，灌区灌溉用水有效利用系数不可能为100%，研究灌溉用水有效利用系数阈值具有重要意义。按照2011年水利部《全国灌溉用水有效利用系数测算分析技术指南》的要求，主要运用首尾测算法，同时运用1992年彭曼-蒙特斯公式计算参考作物需水量公式和水量平衡公式进行校核和修正，测算分析作物净灌溉定额，分别采用实际最大供水能力法和水文年法测算分析甘肃省农业灌溉用水有效利用系数阈值。

1　典型灌区的选择

采用典型调查的方法，从《甘肃省2012年灌溉用水有效利用系数测算分析成果报告》的114个样点灌区中选择敦煌市党河灌区、金塔县鸳鸯灌区、高台县友联灌区、甘州区大满灌区、甘州区盈科灌区、山丹县马营河灌区、凉州区西营河灌区、民勤县红崖山灌区、景泰县景电灌区等9个大型灌区，金塔县黑河灌区、高台县罗城灌区、凉州区黄羊河灌区、靖远县南川灌区、榆中县三角城灌区、麦积区渭惠渠灌区、崆峒区泾河灌区等7个中型灌区，永靖县罗川、马路塬、塔坪等3个小型灌区，凉州区清源1个纯井灌区，共计20个灌区作为典型灌区，典型灌区的选择具有较好的代表性。

2　不同降雨频率作物净灌溉定额测算分析

根据气象资料，采用陆通、王密侠介绍的频率分析法，进行降雨频率计算。参考原西北农业大学康绍忠老师主编的《陕西省作物需水量及分区灌溉模式》，按照丰平年（P=25%）、平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）、特枯年（P=90%）4种模式，计算作物全生育期净灌溉定额。

2.1绘制典型灌区降雨频率曲线8

搜集敦煌市党河等20个灌区气象站多年降雨量资料，选用P-Ⅲ型频率曲线，参考《甘肃省暴雨洪水图集》中参数Cv、Cs，绘制典型灌区降雨频率曲线。

2.2测算概化降雨频率主要作物净灌溉定额

（1）利用2001-2012年气象资料和田间试验观测资料，运用1992年彭曼-蒙特斯公式计算参考作物需水量ET0，利用水量平衡公式计算实际降雨频率条件下的主要作物净灌溉定额ETc，其中作物系数根据甘肃实际情况进行修正。

（2）实际降雨频率概化。对2001-2012年各典型灌区实际降雨量频率P进行概化，即年实际降雨量频率P在1%～37.5%的概化为25%，37.5%～62.5%的概化为50%，62.5%～87.5%概化为75%，87.5%～100%的概化为90%。。

（3）确定降雨概化频率条件下作物净灌溉定额。按照降雨量概化频率，分别统计丰水年（P=25%）、平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）、特枯年（P=90%）的净灌溉定额ETc平均值。

2.3分类统计不同降雨频率作物净灌溉定额提高幅度

分类统计甘肃中部、西部和甘肃省不同降雨频率作物净灌溉定额ETc提高幅度。总结缺少灌溉试验站地区主要作物净灌溉定额ETc分布规律，结果见表1。

表1　甘肃省中西部地区不同降雨频率主要作物净灌溉定额变化幅度

2.4降雨平水年作物净灌溉定额的换算

利用甘肃省中西部地区不同降雨频率主要作物净灌溉定额变化幅度结论，分析换算为降水平水年（P=50%）典型灌区主要作物净灌溉定额。

2.5不同降雨条件下作物净灌溉定额确定

依据甘肃省中西部地区不同降雨频率主要作物净灌溉定额提高幅度的结论，测算各典型灌区不同降雨频率时作物净灌溉定额：一般干旱年（P=75%）小值为平水年（P=50%）的1.15倍，大值为平水年（P=50%）的1.2倍；特枯年（P=90%）为平水年（P=50%）的1.3～1.4倍。

最终测算平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）和特枯年（P=90%）春小麦、春玉米、蔬菜、油料、果树、洋芋、棉花、番茄、瓜类等9种主要作物的净灌溉定额。

3　实际最大供水能力法阈值测算分析

3.1基本原理

首尾测算法和亩均综合净灌溉定额定义可知，田间实际净灌溉用水总量的大小取决于作物净灌溉定额，即取决于灌区亩均综合净灌溉定额的大小。当气象条件相近、年降水量接近时，作物净灌溉定额变化较小，此时渠首毛灌溉用水量越大，灌区灌溉用水有效利用系数就越小。因此选用灌区亩均综合净灌溉定额最大年份的亩均综合净灌溉定额，可以测算得到灌区灌溉用水有效利用系数最小值，这种方法，称为实际最大供水能力法。

3.2测算分析方法

（1）选择典型年。从2001年至2012年的灌溉资料中，选择气象条件相近，年降水量接近、灌区综合灌溉定额最大年份作为典型年。

（2）收集面积、用水量和种植结构等资料。假定灌区实行以沟灌、畦灌、块灌等为主的一般节水灌溉方式，且作物进行充分灌溉。统计典型年实灌面积、毛灌溉用水量，考虑今后农业种植结构调整方向，选取最近的2012年作物种植结构。

（3）测算分析典型灌区平水年、一般干旱年和特枯年3个特殊年份灌溉用水有效利用系数。3个特殊年份主要作物净灌溉定额，以平水年（P=50%）主要作物净灌溉定额计算值为基础，采用本文2.5不同降雨条件下9种主要作物净灌溉定额，分别测算平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）和特枯年（P=90%）典型灌区灌溉用水有效利用系数。

3.3测算分析结果

基于实际最大供水能力法的甘肃省平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）、特枯年（P=90%）灌溉用水有效利用系数分别为0.4762、0.5653、0.6136，作为不同降雨频率全省灌溉用水有效利用系数阈值的最小值，结果见表2。

表2　甘肃省灌溉用水有效利用系数阈值实际供水能力法测算结果

4　水文年法阈值测算分析

4.1基本原理

根据首尾测算法和1992年彭曼-蒙斯特作物参考作物需水量计算公式可知，田间实际净灌溉用水总量的理论基础是作物参考作物需水量ET0。而参考作物需水量又与日最高气温等16个气象因子密切相关。

其他条件不变的情况下，不同水文年气候因素对农作物生长的影响不同，灌区实际灌溉面积和渠首毛灌溉用水量也会及时进行调整。在平水年份气候相对湿润条件下，作物需水量基本不变，灌溉毛用水量相对较小。当气候趋于干旱时，作物需水量增大，而毛灌溉用水量却减少。因此用水文年法测算灌区灌溉用水有效利用系数，能够得到灌溉用水有效利用系数较大值。

4.2分析计算方法

（1）典型年的确定。利用多年降雨频率曲线，查找各典型灌区平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）和特枯年（P=75%）3个特殊年份的年降雨量。利用2001-2012年典型灌区灌溉资料，查找实际年降雨量分别最接近3个特殊年降雨量的对应年份，即为平水年、一般干旱年和特枯年对应的典型年。

（2）不同降雨频率典型年实灌面积和毛灌溉用水量统计。假定灌区实行以沟灌、畦灌、块灌等为主的一般节水灌溉方式，且作物进行充分灌溉。利用2001-2012年典型灌区资料，测算典型年实灌面积、毛灌溉用水量和2012年灌区作物种植结构。

（3）测算分析典型灌区平水年、一般干旱年和特枯年3个特殊年份灌溉用水有效利用系数。3个特殊年份主要作物净灌溉定额，以平水年（P=50%）主要作物净灌溉定额计算值为基础，采用本文2.5不同降雨条件下9种主要作物净灌溉定额，分别测算平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）和特枯年（P=90%）典型灌区灌溉用水有效利用系数。

4.3水文年法测算结果

基于水文年法计算结果是：平水年(P=50%)、一般干旱年(P=75%)、特枯年（P=90%）灌区灌溉用水有效利用系数分别为0.5233、0.6835、0.7097，作为不同降雨频率全省灌溉用水有效利用系数阈值的最大值，结果见表3。

表3　甘肃省灌区灌溉用水有效利用系数阈值水文年法测算结果

5　结论

综合以上实际最大供水能力法和水文年法测算结果，甘肃省灌区灌溉用水有效利用系数阈值范围是：平水年（P=50%）为0.4762～0.5233，一般干旱年（P=75%）为0.5653～0.6835，特枯年（P=90%）为0.6136～0.7097，结果见表4。

1. 中华人民共和国水利部.全国灌溉用水有效利用系数测算分析技术指南[S].北京：中华人民共和国水利部，2011.

2. 高 峰，许建中．灌溉用水有效利用系数测定方法研究[J].灌溉排水学报，2004，23(1)：1-20．

3. 许建中，赵竞成，高 峰，等．灌溉水利用系数综合测定法实例分析[J].中国农村水利水电，2005，47(1)：55-58．

4. 张 丹，张广涛.彭曼-蒙斯特公式在参考作物需水量中的应用[J].安徽农业科学,2006,34（18）：4513-4514.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.08.008

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1672-2469（2014）08-0023-03

杨正华（1963年—），男，高级工程师。