灌溉水有效利用系数的2种测算方法研究分析——以合浦水库灌区为例

谢颂磊

(北海市灌溉试验中心站，广西北海 536000)



灌溉水有效利用系数的2种测算方法研究分析
——以合浦水库灌区为例

谢颂磊

(北海市灌溉试验中心站，广西北海 536000)

摘要运用典型渠段测量和首尾测算分析2种方法对2014年合浦水库灌区的灌溉水有效利用系数进行计算。通过对计算过程和结果的对比分析，认为首尾测算分析法计算过程相对简单，且计算结果合理可信，可为以后灌区灌溉水有效利用系数的测算提供一定参考。

关键词合浦水库灌区；灌溉水有效利用系数；典型渠段测量法；首尾测算分析法

灌溉水利用系数是衡量农业节水效果的关键指标，对任何一种节水技术措施进行分析、比较和评价时都不能离开灌溉水利用系数[1-2]。目前常用的灌溉水有效利用系数测算方法有2种：一种是传统方法典型渠段测量法，即用各级渠道水利用系数和田间水利用系数的乘积来表示，能够反映各级渠道输水利用率状况；另一种是首尾测算分析方法，即田间实际净灌溉用水总量与灌区渠首引入的毛灌溉用水量之比，测定方法简单。笔者采用上述2种方法，分别测算2014年合浦灌区灌溉水利用系数并进行比较分析研究，为灌区灌溉水有效利用系数的测算及节水灌溉的发展提供重要参考。

1合浦水库灌区概况

合浦水库灌区为大型自流引水灌区，灌区地形以平原和丘陵为主，农作物主要为水稻、花生、甘蔗等。合浦水库灌区设计灌溉面积4.67万hm2，有效灌溉面积3.23万hm2，2014年实际灌溉面积2.65万hm2。灌区灌溉水源以小江水库、旺盛江水库为龙头，以石康水库、清水江水库为辅组成。灌区渠道总长1 071.0 km，骨干渠道总长701.1 km，现加固长度170.0 km。

2典型渠段测量法测算灌溉水有效利用系数

典型渠段测量法是通过测算典型渠道单位长度的输水损失率计算渠道水利用系数，再与田间水利用系数相乘得出灌溉水利用系数[3]。

2.1典型渠道及测流渠段的选取在选取典型渠道时，要求从渠道流量、数量、渠床土质、防渗类型等情况进行综合考虑，要求每级典型渠道的平均防渗率和完好率应接近灌区该级渠道的防渗率和完好率。典型渠道选定后，其测流成果基本可以代表该灌区的现状。根据典型渠道沿线的水文地质条件，选择有代表性的渠段(主要考虑防渗情况)，典型渠道的测流段选择可根据实际水流平稳情况选择适宜长度，合浦水库灌区典型渠道及测流段情况见表1。

表1　合浦水库灌区典型渠道及测流段情况

2.2渠系水利用系数的计算

2.2.1损失水量的计算。用流速仪、量水堰观测上、下游2个断面相同时段的流量，并扣除下级渠道中途分水流量，其差值即为损失水量。测量时段内的损失水量为：

W损失=W首-W尾-∑Wi±ΔW渠

(1)

式中，W首为测量时段内典型渠道(渠段)首部测量断面的流量(m3/s)；W尾为测量时段内典型渠道(渠段)尾部测量断面的流量(m3/s)；∑Wi为测量时段内正常运行的下级渠道测量断面的分水流量之和(m3/s)；ΔW渠为测量始末典型渠道(渠段)蓄水量的变化，此次测量值为瞬间流量，故取值为0。

2.2.2渠道水利用系数的计算。首先计算测流段的输水损失率δ渠段，计算公式如下，

δ渠段=W损失/W首

(2)

其次计算测流渠段单位长度的输水损失率δ单渠段。实际中渠道不论是续灌方式还是轮灌方式运行，都是在分水情况下运行，流量自渠首至渠尾逐渐减小，单位长度的损失水量也相应减小，故由δ渠段计算测流段单位长度输水损失率δ单渠段时，必须进行修正换算。测流渠段选定后，影响渠系水利用系数主要是流量变化情况、沿程分水情况及测流段在渠道的位置情况3个因素，因此，引入k1、k2、k33个修正系数。测流渠段单位长度的输水损失率δ单渠段可由式(3)来计算：

δ单渠段=[k2+k3(k1-1)(1-k2)]δ渠段/L渠段

(3)

由δ单渠段可计算第j条典型渠道的输水损失率γj，具体计算见公式(4)：

γj=δ单渠段×L渠道

(4)

式中，L渠道为该级渠道的平均长度，即该级渠道的总长度除以总条数。

因此，第j条典型渠道的渠道水利用系数ηj为：

ηj=1-γj

(5)

合浦水库灌区各典型渠道的ηj计算过程中的参数及结果如表2所示。

表2　典型渠道各参数及渠道水利用系数结果

2.3同级典型渠道的渠道水利用系数计算同一级典型渠道往往有多条，各条典型渠道测算出的渠道水利用系数各不相同，故需要根据典型渠道的布置形式对各典型渠道的ηj进行修正。同级渠道的渠道水利用系数η渠道为：

η渠道=Σ(dj×ηj) (j=1，2，……，m)

(6)

式中,dj为第j条渠道毛流量占该级典型渠道总毛流量的比例；合浦水库灌区各级典型渠道的η渠道结果如表3所示。

表3合浦水库灌区各级典型渠道η渠道结果

Table3TheηCanalresultsoftypicalcanalinHepureservoirirrigationarea

渠道类型Canaltype渠道名称Canalnameηjdjηj×djη渠道ηCanal干渠总干渠0.720.6460.4680.733Main北海干渠0.710.1900.135canal南康西干渠0.820.1140.093南康分干渠0.750.0490.037支渠南康西干火甲支渠0.670.4550.3050.671Branch清水江北干周江支渠0.640.2730.173canal北海干渠旱冲支渠0.710.2730.193

2.4典型渠道测量法计算灌溉水利用系数灌区灌溉水利用系数η水等于各级渠道水利用系数η渠道与田间水利用系数η田间的乘积，合浦灌区田间水利用系数采用经验值0.93，则：

η水=η干渠×η支渠×η田间=0.733×0.671×0.93=0.458

因此，通过典型渠道测量法测算得出的2014年合浦灌区灌溉用水有效利用系数结果为0.458。

3首尾测算法测算灌溉水有效利用系数

首尾测算法是指直接测试统计灌区从水源引入(取用)的毛灌溉用水总量，通过样点田块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水有效利用系数。

3.1样点田块净灌溉用水量计算首尾测算法的关键是选择样点田块和量算末级渠道进出水口流量。通过量算末级渠道进出水口流量，得出样点田块净灌溉用水量。在合浦灌区上中下游分别选取一个样点田块：样点田块1位于合浦县石康镇夏佳塘村，作物为花生，实灌面积3.80 hm2；样点田块2位于铁山港区南康镇火甲村，作物为水稻，实灌面积3.93 hm2；样点田块3位于海城区高德办西江农场，作物为甘蔗，实灌面积5.53 hm2。

样点田块末级渠道进水口、出水口均采用简易量水槛量水，横断面为矩形，槛宽度为0.3 m，量水槛纵剖面见图1。过槛流量计算公式如式(7)所示。

图1　简易量水槛纵剖面图Fig.1　Longitudinal section of simple water threshold

简易量水槛过槛流量计算的影响因素很多，是一个不确定值。从生产实际出发，通过模型试验将流量计算简化为幂指数形式的经验公式：

(7)

式中，Q为过槛流量(m3/s)；h1为槛顶上游水深(m)；C为系数；n为幂指数。

经验公式中系数和幂指数，反映了渠道不同宽度和槛高的影响。根据合浦水库灌区末级渠道量水槛断面尺寸和形式，选择简易量水槛A型，系数C为0.653，幂指数n=1.581[4]。样点田块净灌溉用水量计算公式如下所示：

W净i=W进口i-W出口i=(Q进口i-Q出口i)×Ti

(8)

式中，W净i为第i个样点田块净灌溉用水量(m3)；W进口i为第i个样点田块末级渠道进水口灌溉用水量(m3)；W出口i为第i个样点田块末级渠道出水口灌溉用水量(m3)；Q进口i为第i个样点田块末级渠道进水口测定的流量(m3/s)；Q出口i为第i个样点田块末级渠道出水口测定的流量(m3/s)；Ti为第i个样点田块灌溉时段(s)。

2014年量水槛过槛流量观测时段为4～11月，通过公式(7)、(8)计算得出样点田块末级渠道进出水口灌溉用水量及净灌溉用水量，结果见表4。

表4　样点田块末级渠道进出水口灌溉用水量及净灌溉用水量

3.2作物单位面积平均净灌溉用水量作物单位面积平均净灌溉用水量(净灌溉定额)计算见公式(9)：

(9)

式中，M净i为灌区第i种作物单位面积平均净灌溉用水量，即净灌溉定额(m3/hm2)；W净i为第i个样点田块的净灌溉用水量(m3)；Ai为第i个样点田块第i种作物的面积(hm2)。

根据表4中的数据和公式(9)计算得出，合浦灌区花生、水稻、甘蔗净灌溉定额分别为：12.87、25.73、19.07m3/hm2。灌区种植的蔬菜等其他作物未设样点田块，根据广西壮族自治区地方标准《农林牧渔业及农村居民生活用水定额》(DB45/T804-2012)确定净灌溉定额分别为蔬菜18.33m3/hm2、其他作物5.33m3/hm2。

3.3灌区净灌溉用水量通过调查统计得出，2014年合浦灌区的实际灌溉面积和作物组成为：实际灌溉面积为2.65万hm2，其中水稻1.98万hm2，甘蔗0.41万hm2，花生0.17万hm2，蔬菜0.05万hm2，其他0.03万hm2。根据公式(10)计算灌区净灌溉用水量。

(10)

式中，W净为灌区的净灌溉用水量(m3)；N为灌区作物种类总数；i为第i种作物。根据公式(10)计算得出，2014年合浦水库灌区净灌溉用水总量为14 295万m3。

3.4灌区毛灌溉用水总量灌区毛灌溉用水总量为灌区各水源渠首毛灌溉用水量加和。渠首毛灌溉用水量采用水库放水量记录统计数据，时段为4～11月，经统计，小江水库、旺盛江水库渠首毛灌溉用水量为28 585万m3，清水江水库渠首毛灌溉用水量为3 612万m3，合计32 197万m3，即2014年合浦水库灌区毛灌溉用水总量为32 197万m3。

3.5首尾测算法灌溉水利用系数的计算灌溉水有效利用系数的计算如下：

η水=W净÷W毛=14 295(万m3)÷32 197(万m3)

=0.444

现快速启动、制动和频繁地换向[9]。该系统并联油路的多位换向控制阀时，可控制执行元件单动或复合运动。

5结论

研究表明，液压式红枣采摘机相对其他大型采摘机具有操作灵活多变、采摘具有选择性、对枣树木本损伤小、成本低等优点。液压式红枣采摘机的应用可以充分利用机械运动进行采摘，使原本低效率的采收有了一定的提高，并且降低了采摘的人工成本，在采摘速度上比人工采摘有了显著的提高。

该设计采用小型拖拉机为源动力，结构简单不复杂，理论上达到了采摘要求及其他相应工作条件，有一定的利用价值。

但同时，该项目可能出现以下问题：首先，由于红枣采摘机的伸缩性能不能确定，所以适用范围有一定的局限性。其次，采摘过程中振动器振动可能造成采摘器的转动而伤及操作者，所以增加了支架，一方面起到固定作用，另一方面，避免伤及操作者。对于项目可能出现的问题，需要在未来的工作中进一步探讨和研究。

参考文献

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Analysis of the Two Calculation Methods of the Effective Utilization Coefficient of Irrigation Water

——Taking Hepu Reservoir Irrigation Area as an Example

XIE Song-lei(Irrigation Experiment Center Station of Beihai City, Beihai, Guangxi 536000)

AbstractBoth typical canal section measurement method and head-end measurement method were used to calculate the effective utilization coefficient of irrigation water in Hepu reservoir irrigation area in 2014. By comparing the calculation process and results, we found that the head-end measurement method was relatively simple. And its calculation results were reasonable and credible, which provided certain references for the calculation of effective utilization coefficient of irrigation water in Hepu reservoir irrigation area.

Key wordsHepu reservoir irrigation area; Effective utilization coefficient of irrigation water; Typical canal section measurement; Head-end measurement method

收稿日期2015-12-10

作者简介谢颂磊(1985- )，男，山东菏泽人，助理工程师，硕士，从事农田水利建设与管理工作。

中图分类号S 277

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)02-310-03