灌溉水利用系数的相关研究和展望

何 凡

一、引言

灌区灌溉水利用系数是衡量灌区从水源引水到田间形成为作物吸收利用的土壤水的过程中，灌溉水利用程度的一个关键指标，也是集中反映灌区管理水平、灌溉技术以及灌溉工程质量的一项综合指标。根据灌溉水利用系数的内涵，可用下式表示：

式中：ηg为灌区灌溉水利用系数；wi为田间农作物消耗水量；wq为渠首引入水量。

我国地域辽阔，有大型灌区402处、中型灌区5200 多处、小型灌区1000 多万处，灌区大小不一、分布广泛，而不同水平年、不同气候条件下的用水效率会有很大的差异，从而计算出的灌溉水利用系数精度也会受到影响。因此，提出灌溉水利用系数的影响因素和提高灌溉水利用系数的措施，并提供不同水平年、不同气候条件下的灌溉水利用系数计算方法对灌区的发展具有较高的参考价值。

二、国内灌溉水利用系数的相关研究进展

张涛等对灌溉水利用系数的传统测定方法进行了阐述，并分析了该方法在测定中存在的主要问题及其影响因素。张荣彪根据区域水量平衡原理，在分析灌溉水损失途径的基础上，提出了提高灌溉水利用率的工程措施、管理措施和技术措施。张德全通过对各级渠道的水利用系数防渗前和防渗后的数据比较，得出了提高灌溉水利用系数最直接有效的途径是对各级渠道进行有效的防渗。许建中等提出了测定灌溉水利用系数的综合测定计算方法，并以漳河灌区为例进行了应用分析。李英能通过分析传统方法确定灌溉水利用系数存在的问题和难点，提出了用作物净灌水定额、年度净灌水总量以及灌区作物产量来推求灌溉水利用系数的简易方法。沈逸轩等建议用年灌溉水利用系数取代规范中没有确定时段观念的其他灌溉水利用系数，并给出了年灌溉水利用系数的计算公式。彭世彰等系统地探讨了目前我国灌溉水利用系数状况以及提高灌溉水利用系数的工程技术与高效用水调控技术等主要措施，分析了当前提高灌溉水利用系数存在的问题。

三、国内灌溉水利用系数的测定方法及问题

1.传统法测定灌溉水利用系数

传统方法中灌溉水利用系数的确定是通过渠系水利用系数和田间水利用系数相乘得到的。

式中：ηg为灌溉水利用系数，ηc为渠系水利用系数，ηt为田间水利用系数。

此方法过程比较复杂，工作量大，准确性难以得到保证。但更容易掌握和分析整个灌区的灌水过程，便于分析测算结果的合理性。

2.首尾法测定灌溉水利用系数

首尾测算法中灌溉水利用系数是灌溉工程范围内农作物消耗的灌溉水量与从渠首引入水量的比值。

对于渠灌区：

其中：wi为田间农作物消耗水量，wq为渠首引入水量。

对于井灌区：

式中：ηz为井灌水利用系数；ηq为灌区的灌溉水利用系数；wz为利用地下水灌溉引入的水量。

首尾法可绕开测定渠系水和田间水利用系数这两个难点，直接用渠首引进的水量和最终被作物消耗的水量来确定，但是由于对输配水过程的忽略，导致无法验证最终计算结果的合理性。

3.年灌溉水利用系数的研究

用年灌溉水利用系数取代规范中没有确定时段观念的其他灌溉水利用系数，提出了年灌溉系数的定义和计算公式。

式中：ΣW耗是指在输水过程中被作物消耗的水分，不包括回归到地表或地下的回归水；ΣW供是渠首供水总量；A实为灌区实际灌溉的面积；mp净均为灌区当年实测净灌溉定额的平均值（或者是相当于本年干旱程度、灌溉保证率是P 时灌区的设计净灌溉定额的均值）；m毛为毛灌溉定额。

此方法首先出发点是年均值，其次无需研究复杂的水运动全过程，不需要考虑回归水利用等问题，所以此方法计算出的年灌溉系数可靠高，简便易操作。但是，它的缺点是无法得知整个输配水过程的具体信息，并且这种方法对水资源年报统计的要求十分高。

4.修正的连乘计算方法

在综合考虑灌区的越级现象、回归水利用、管理水平等三方面因素，提出了改进传统的连乘计算公式的计算方法。

式中：ηgL为修正后的灌溉水利用系数；K1、K2、K3分别为越级现象修正系数、回归水利用修正系数、管理水平修正系数。

其中：

式中：i 为被越级渠道数目；Ai为第i 个被越级渠道所灌溉的面积；η越为被越级渠道水利用系数。由公式可以看出越级修正系数是一个与越级灌溉面积及其被越级渠道水利用系数有关的修正系数，K1≥1。

式中：A 为灌溉面积；C 是一个和渠道水利用系数及各渠道水灌溉面积有关的一个参数。

总体上，若降雨丰于平水年，则回归水利用率较低，反之，其回归水利用率则较高。从各级渠道来说，级别越高的渠道所产生的损失水量其回归水利用率较低，反之，其回归水利用率则较高。

K3为管理水平修正系数，具体数值按规范确定，若管理水平达部颁标准，取0.97，管理水平达省颁标准取0.93，其他情况取K3≤0.85。

四、灌溉水利用系数的影响因素

1.不同渠道防渗措施的影响

渠道输水是目前我国农田灌溉的主要方式。不同地区对渠道不同的防渗标准直接影响着渠系水利用系数，从而影响到灌溉水利用系数。此外，不同的防渗措施也会对渠道水利用系数产生较为显著的影响。

2.灌溉技术的影响

喷灌可使得水的利用率达到80%，微喷通过微喷头喷洒进行局部灌溉，比一般的喷灌更省水，滴灌可使水的利用率高达90%以上。不同的灌溉方式及技术直接影响着田间水利用系数，从而影响了灌溉水利用系数。

3.灌区规模的影响

渠系水利用系数不仅取决于各级渠道的水文地质、渠道建筑工程状况、管理水平、作物种植结构等因素，还与灌区规模有关，随着灌区规模的减小，输水距离缩短，灌溉水利用系数随之提高。反之，渠系水利用系数降低，灌溉水利用系数也就随之降低。

4.渠道流量大小的影响

对同一渠道来说，渠道水利用系数随着渠道流量的增大而提高，即渠道流量越大，利用系数越高。据实测资料，交口灌区北干渠引用流量6.377m3/s 时，渠道水利用系数较高，为0.97～0.98；引用流量为3.47m3/s 时，渠道水利用系数相对降低，为0.92～0.94。

5.管理水平的影响

提升灌区的管理水平将间接地提高灌区的灌溉水利用系数。比如在渠道行水时，渠道水利用系数随着一次行水持续时间的增长而提高，到一定时间趋于稳定；渠道渗漏使渠道水利用系数降低；配水时集中用水与分散用水关系到下一级相应用水渠道引用流量的大小及水流工作，因而也直接影响渠道水利用系数的高低。

五、提高灌溉水利用系数的措施

1.减少渠系输水损失，提高渠系水利用系数

进行以渠道防渗和低压管道输水为中心的灌区工程改造和实施科学合理的输配水、减少漏水、泄水和弃水等水量损失，以提高渠系水利用系数。采用渠道防渗可减少渗漏量50%以上，从而提高灌溉水利用系数。加强渠系输配水管理也可提高渠系水利用系数。

2.减少田间无效耗水，提高田间水利用系数

推广先进的灌水方式、灌水技术以及农艺措施可以减少田间无效耗水，提高田间水利用系数。如采用激光控制平地技术可使农田灌溉水利用率提高20%～30%；喷灌可使灌溉水利用系数达到0.8 以上；通过在灌区开展作物调亏灌溉、控制性分根交替灌溉、水稻控制灌溉和精准灌溉等高效用水调控技术，可减少田间无效水的消耗。

3.加强回归水的重复利用，减少渠首灌溉引水量

灌溉水利用系数存在一定的尺度效应，回归水及其重复利用是导致灌区灌溉水利用系数产生尺度效应的主要原因。在北方灌区，可以通过井渠结合的方式，联合调配地表水与地下水，重复利用渠系和田间的渗漏水；在南方丘陵地区，可以采用如长藤结瓜式灌溉系统，利用灌区内的塘堰及中小型水库拦截部分灌溉水径流损失的水量。

六、结论与展望

1.结论

本文对国内外有关灌溉水利用系数的研究进展进行了总结，并提出了当前国内灌溉水利用系数的常用计算方法有传统法、首尾测定法、年灌溉水利用的计算方法、修正后的连乘计算方法以及综合测定法等，阐明了不同方法的适用性，提出了灌溉水利用系数主要由渠道防渗、灌溉技术、灌区规模、不同年份、渠道流量以及管理水平等因素所决定，指出了提高灌溉水利用系数的措施主要从提高渠系水利用系数、提高田间水利用系数和减少渠首引入水量等方面入手。

2.展望

综上所述，今后的研究内容可以从以下几方面开展：

（1）监测灌溉水利用系数的动态变化。

（2）确定灌区适宜的渠道衬砌率和灌溉水利用系数的阈值。

（3）制定多水源联动调配与优化调度方案■