农田灌溉水有效利用系数影响因素分析

乔 木，韩 城

（德州市水利局，山东 德州253000）

德州市自2013年起开始使用“首尾测算分析法”，在全市范围内开展农田灌溉水有效利用系数测算分析工作，对跟踪分析灌区灌溉水源利用率变化情况、制定灌区改造与节水灌溉发展规划、评价节水潜力与节水灌溉发展成效、建设节约型社会及实行最严格的水资源管理制度等方面提供数据支撑和依据。

德州市灌溉水源主要为引黄水、地下水及部分客水。由于德州市农田灌溉多采用“以井保丰、以河补源”“井渠结合”的灌溉模式，为避免在测算过程中重复计算水量，在测算过程中将大型灌区有效灌溉面积范围内的井灌区及部分小型灌区作为大型灌区的灌域考虑，统一列入大型灌区进行测算，以此将全市分为12个灌区，其中2个大型灌区、7个中型灌区及3个小型灌区，总有效灌溉面积为45.36万hm2，水源工程类型主要为引水闸、灌溉泵站和机井，其中引水闸528处，灌溉泵站1 285处，灌溉机井72 426眼。

1 测算方法

德州市农田灌溉水有效利用系数完全采用《山东省灌溉水有效利用系数测算分析技术指导细则》（以下简称《技术导则》）中进行测算，即直接用进入田间可被作物吸收利用的水量(净灌溉用水量)与灌区从水源取用的灌溉总水量(毛灌溉用水量)的比值来计算灌区灌溉水有效利用系数。首先选择能代表大型灌区、中型灌区、小型灌区3种不同规模与类型、不同灌溉方式、不同工程状况、不同水源条件与管理水平的样点灌区，构建相对稳定的市级灌溉水有效利用系数测算分析网络;其次选择样点灌区典型田块，测算样点灌区典型田块年亩均净灌溉用水量，计算样点灌区净灌溉用水量，同时采用直接量测法测算分析样点灌区年毛灌溉用水量；然后通过“首尾测算分析法”计算分析样点灌区灌溉水有效利用系；最后采用加权平均法计算全市农田灌溉水有效利用系数。

2 影响因素

2.1 地下水取水量统计困难

以德州市大型样点灌区潘庄引黄灌区为例，根据灌区农田灌区水源实际情况，潘庄灌区农田灌溉水源主要为引黄水及地下水，以此根据《技术导则》“首尾测算分析法”潘庄灌区农田灌溉毛灌溉用水量由为渠首引黄河水水量和地下水取水量组成。而根据统计数据潘庄灌区有效灌溉面积范围内共有灌溉机井38 000余眼，且灌溉机井大都由农户自行管理使用，灌溉时机及亩次灌水量随机性较大。以现有基层水利工程的管理水平，精确量测灌溉地下水取水量不仅任务量大，而且统计精度难以保证。

2.2 渠系水利用系数精度影响

德州市两大引黄灌区是全德州市各县（市、区）城乡生活用水的主要水源，因此不仅仅承担着农田灌溉用水输水任务，更要承担沿途各县（市、区）水库供水的重任，以保障城乡居民饮水安全。同样以潘庄灌区为例，沿途齐河、禹城、武城县、夏津县、陵城区、德城区、宁津县等县（市、区）均需取用潘庄灌区引黄水量用以城乡生活。根据《技术导则》要求，农田灌溉水有效利用系数毛灌溉水量的计算需扣除城乡生活用水，在测量过程中城乡生活用水计量点取水量虽然容易取得，但是计算过程中需根据渠系水利用系数反推至渠首进行扣除。因此渠系水利用系数的估算精度直接影响整体农田灌溉水有效利用系数的测算精度。

2.3 净灌溉用水量的获取误差

由于典型田块的灌溉情况观测及水量测量主要依靠基层水管单位，基层观测员层次低直接影响测算分析数据的准确性。一是由于基层水管单位缺少具有一定专业技术水平的技术人员，基层观测人员大都年龄偏大、学历偏低、技术水平较差，而且观测人员员常变动，缺乏持续性和稳定性；二是基层观测人员观测频率也存在不同程度偏差，主要因素是观测人员与种植户并不是同一人，不能及时掌握灌水时机，从而影响到典型田块观测数据的真实性；三是由于观测人员理论技术水平有限，对土壤取样数量、作物不同生长期土壤取样深度、灌前灌后的观测时机、取样后的记录及处理都缺乏精度，造成基础数据偏差过大。

3 解决措施

3.1 选取典型井灌区计算地下水取水量

德州市在估算地下水取水量的过程中，结合《技术导则》典型田块的选取办法，在样点灌区的上、中、下游进一步选取一定数量的典型井灌区，用以计算地下水的取水量。通过实测典型井灌区的年亩均取水量，及充分调研样点灌区的上、中、下游年度井灌面积，计算样点灌区地下水取水量，计算公式如下：

1）计算同区域井灌区的年亩均取水量。

式中：W井i为样点灌区同片区井灌区第i种作物的亩均地下水取水量，m3；W井毛为同片区第i种作物第l个典型井灌区亩均取水量，m3；A井i为同片区第i种作物第l个典型井灌区灌溉面积，亩；N为同片区第i种作物典型井灌区数量，个。

2）计算样点灌区地下水取水总量。

式中：W井为样点灌区地下水取水水总量，m3；W井ij为样点灌区j个片区内第i种作物亩均地下水取水量，m3；A井ij为样点灌区j个片区内第i种作物井灌面积，亩；m为样点灌区j个片区内的作物种类，个；n为样点灌区片区数量；大型灌区n=3，中型灌区n=2，小型灌区n=1。

3.2 连乘法估算渠系水有效利用系数

德州市大型灌区为典型的并联渠道，即几条下级渠道均由同一条上级渠道供水的方式为并联渠系，干、支渠的联接方式通常为非等效并联渠系，也就是几条支渠的引水流量和渠道水利用系数不相同，干渠渠段的流量和各段的渠道水利用系数也不相同，因此传统“连乘法”计算灌区渠系水有效利用系数极为复杂。但是，在本次的计算中计算渠系水有效利用系数并不是为了获取灌区整体的输水效率，而仅仅是为了反推水库的渠首取水量，所以只需计算取水点以上至渠首单条线路的渠系水利用系数，由此即将并联渠道简化为串联渠道，计算简单可靠。灌区居民生活用水计算公式如下：

1）计算各水库取水点的渠系水有效利用系数。

式中：η渠i为第i处水库取水点以上的渠系水有效利用系数；Q干净，Q支净，Q斗净分别为第i处取水点以上干渠、支渠、斗渠的毛流量，m3；Q干毛，Q支毛，Q斗毛分别为第i处取水点以上干渠、支渠、斗渠的净流量，m3。（德州市水库取水计量点多在干渠、支渠，因此未出现斗渠的计算）。

2）计算水库反推至渠首的取水量（城乡生活用水在农田灌溉水有效利用系数毛灌溉水量计算中的扣除量）。

式中：为水库反推至渠首的取水量，m3；为为第i处水库取水计量点的取水量，m3；为为第i处水库取水点以上的渠系水有效利用系数。

3.3 多举措减小净灌溉用水量数据误差

一是加强资金保障，德州市市级每年列支20万元作为农田灌溉水有效利用系数测算经费，用以列支技术支撑单位工作经费及量水设施器材费用，为基础数据测取得做好基础保障；二是在以各县（市、区）为测算主体的测算工作模式基础上，强化技术支持单位技术支持，各县（市、区）基层水管单位仅负责典型田块灌溉时机的观察，灌前灌后的数据测量及处理由技术支持单位负责，为基础数据测取得做好技术保障；三是双倍选取典型田块，在根据《技术导则》选取典型田块的基础上，另外选取备用典型田块，两组田块同时观测并取样，以防错过灌水时机造成的漏测，为基础数据测取得做好双保险。

4 结语

有效测算提高农田灌溉水有效利用系数是一项繁杂且长期的工作，而对农田灌溉水有效利用系数测算精度影响因素的研究是提高灌溉水利用系数测算分析成果准确性与可靠性的关键，通过对德州市农田灌溉水有效利用系数测算精度影响因素及解决措施的分析、研究，有效提高了德州市农田灌溉水有效利用系数的测算精度及可靠性，在一定程度上提高了测算工作的工作效率。