灌溉水有效利用系数测算分析中泡田入渗水量测量方法探讨

路加明

一、概述

灌溉水利用系数是综合反映灌区工程状况、用水管理水平、灌溉技术水平的一个重要指标，也是作为水利改革发展的一个重要量化指标。是水利现代化考核指标体系中的重要组成部分。

目前江苏省宿迁市灌溉水利用系数测算样点灌区采用直接量测法，根据灌区的规模大小采用不同的方法，对于大型样点灌区，支渠及以上的渠系采用渠系水利用系数法，支渠以下的采用首尾测算法；对于重点中型样点灌区，分析骨干渠系构成情况，大型样点灌区的直接量测方法进行；对于一般中型样点灌区，支渠以上渠系采用渠系水利用系数法，支渠及以下采用首尾测算法；对于小型样点灌区，干渠就相当于大型灌区的支渠，因此有条件的灌区可以采用对干渠采用渠系水利用系数法，干渠以下采用首尾测算法。

二、测算分析原理

1.原理

灌溉水利用系数是指在一次灌水期间被农作物利用的净水量与水源渠首处总引进水量的比值。它是衡量灌区从水源引水到田间作用吸收利用水的过程中水利用程度的一个重要指标，也是集中反映灌溉工程质量、灌溉技术水平和灌溉用水管理的一项综合指标，是评价农业水资源利用，指导节水灌溉和大中型灌区续建配套及节水改造健康发展的重要参考。

灌区灌溉用水除一部分被农作物吸收利用外，其余部分在输水、配水和灌水过程中损失掉。主要有：（1）渗水损失，包括各级输水渠道通过渠底、边坡土壤空隙渗漏的水量，以及田间深层渗漏的水量；（2）漏水损失，含由于地质条件、生物作用或施工不良而导致裂缝所漏出灌区的水量；（3）蒸发损失。据河南省人民胜利渠的试验资料，三者分别占总输水损失的81%、17%、2%。

2.具体方法

（1）首尾测定法

首尾测定法指不必测定灌溉水、配水和灌水过程中的损失，而直接测定灌区渠首引进的水量和最终储存到作物计划湿润层的水量（即净灌水定额），从而求得灌溉水利用系数。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。

首尾测定法是建立在灌区进行灌溉试验的基础上，因此也可称灌溉试验法或净灌水定额法。该方法克服了传统测定方法工作量大等缺点，适用于各种布置形式的渠系，但只是单纯为了确定灌区的灌溉水利用系数,不能分别反映渠系输水损失和田间水利用的情况。如在任何一级渠道上防渗，降低渠道透水性，提高渠道水利用系数，都会收到同样的效果。

（2）典型渠段测量法

典型渠段测量法，首先选择具有代表性的典型渠道及测流断面，测流段应基本具有稳定规则的断面；其次选择测量方法，测定时尽量采用流速仪表、量水建筑物测流，采用其他方法时，要用流速仪来率定。

（3）综合测定法

综合测定法就是将首尾测定法、典型渠道测量法及对灌溉水利用系数的修正等综合考虑的一种方法，它克服了传统测量方法中工作量大，需要大量人力、物力才能完成的缺点，又弥补了只测量典型渠段而引起较大误差的不足，本文主要讨论首尾测定法。

三、测算方法

1.灌区毛灌水总量的确定

首尾测算法是从定义出发，抓住“首”“尾”两个关键点。“首”即渠首的引水总量，亦称毛灌溉用水总量；“尾”即流入农田内被作物吸收利用的水量，亦称净灌溉用水总量。通过计算净灌溉用水总量占毛灌溉用水总量的比值，从而得出农业灌溉水有效利用系数。计算公式如下：

式中：

ηw—灌区灌溉用水有效利用系数；

Wj—灌区净灌溉用水总量，m3；

Wa—灌区毛灌溉用水总量，m3。

2.灌区净灌溉用水总量的确定

净灌溉用水量采用水位变化法测定（水田）即:

hi=he-hs

式中：hi—灌水深度，m；

he—灌水结束后田面水深，m；

hs—灌水开始时的田面水深，m。

具体测定方法如下：

（1）灌水前有水层田块的测定方法

在每个田块适当的测量位置，灌水前打入木桩（或水尺,下同），其上端与起始水位相平，灌水结束20min后，以此木桩上端作为起点，测定水深H1，忽略灌水过程中的入渗水量，该水深即为灌水深度。为便于寻找木桩位置，在木桩附近插入树枝、旗帜作为标识。

（2）灌水前无水层田块的测定方法

在每个田块的适当位置，灌水前打入木桩，其上端与地面相平。灌水结束20min后，以此木桩上端作为起点，测定水深，该水深即为不考虑入渗损失的灌水深度H1。

灌水前另外固定某点，采用无底的铁筒或者塑料筒（上下直径必须相同），埋于地面以下20cm以上，以防止侧渗（筒壁与土壤紧密结合）。灌水前桶内须预铺设塑料布等起到防冲作用，灌水前还需在桶内预先打入木桩，其上端水平，高出地面H（H一般可取大田设计灌水深度）。迅速加水与木桩顶端齐平，灌水结束20min后，以此木桩上端作为标准，测定筒内水位，此水位与木桩顶端的差值即为灌水过程中的入渗水量H2。此次灌溉的实际灌水深度 H=H1+H2。

（3）每个灌区综合净水深的测定方法

由于灌区田块分布分散，各田块灌水不同步，且不能每个田块都监测水深。因此，根据灌溉习惯及田块的分布情况，将整个灌区划分为若干部分，作为代表田块。在每次灌水时，监测每个代表性田块灌溉范围和田间水深，净灌溉水量即为各个灌溉面积与田间水深的乘积之和。计算公式如下：

式中：Ai—田块灌溉面积，m2；

hi—田块净水深，m；

n—田块数。

四、测算方式改进

根据相关技术资料分析，宿迁地区水田泡田期大约2～4d，在水稻生长期的4%左右，泡田水量占水稻生长期总水量的30%～40%，提高泡田水量监测精度对整个测算分析成果的精度起到一定作用。

1.原测算方法分析

原泡田入渗水量测算方法存在以下几个方面问题：（1）Φ200镀锌铁皮无底筒如何埋于地下不扰动原土；（2）埋于地下不少于20cm太浅，绝大部分土壤入渗深度不止20cm；（3）筒内打入木桩的做法严重扰动原土，Φ200的圆筒内打入40mm×60mm的木桩对土壤产生较大的挤密作用，减少入渗水量；（4）灌后20min，测量筒内下降的水层深度，得到入渗水量，20min入渗时间太短，农民泡田一般24h左右。

2.泡田入渗水量测量改进

（1）工具制作：采用Φ200长度1200mm的镀锌钢管，钢管下口制作成内直外坡的刀口，距离上口350mm处对称焊一对把手，再制作一只内径略大于前述镀锌钢管外径的深度为150mm、厚度不小于100mm的钢帽，并焊一对把手，便于套上、取下，另制作Φ10长度为1000mm的钢钎一根。

（2）购买2m钢卷尺一把或者1m的直尺一把，内径大于250mm长度大于800mm的塑料袋若干只，12磅大锤一把，容积10L的水壶一只。

（3）将Φ200mm长度1200mm的镀锌钢管垂直直立于地面（带刀刃口一端向下），套上钢帽，用大锤把钢管打入土壤500～700mm（根据土壤特性决定，如沙土打入300mm即可），取下钢帽，将塑料袋放入钢管内，口向上，袋口翻出钢管上口，用水壶将清水缓慢注入钢管中塑料袋内，至不漫出为止（约距管口20～50mm），用尺子测量水面至管口深度Ha并记录，再用钢钎把塑料袋底捅破，缓慢上提塑料袋，让塑料袋中水全部漏在钢管内，从捅破塑料袋底开始计时 10min、30min、1h、2h、6h、12h时段测量水面至管口深度Hb并记录,这样就测量到不同时长的泡田入渗水量H2=Hb-Ha，根据对不同土壤的大量实验，一般2h后入渗水量增加很小，不超过2%,故取2h时测量的泡田入渗水量为计算用的泡田入渗水量H2。

五、结论建议

对于灌溉水有效利用系数测算分析中误差的控制，测量过程中做到精确减少测算中的误差