灌區灌溉水利用系數試驗分析

2013-10-24 12:08:34王彧坤

黑龍江水利科技 2013年2期

王彧坤

( 黑龍江省水文局，哈爾濱150001)

我國目前灌區平均灌溉水利用系數很低，節約用水潛力很大。因此，研究分析灌溉水利用系數，探討其測定和計算方法，對了解我省灌區灌溉水利用水平的現狀和存在問題，提高灌溉水的利用率，促進水資源的可持續利用有著積極的意義［1］。

1. 工作流程

1.1 外業測量工作

2011年4月開始籌劃外業測量工作，5月—9月開展渠系水利用系數及田間水利用系數測驗工作。九龍灌區、馬場灌區全年共施測流量186 份，其中有效測次160 份，整個流量測次分布在水稻生長的返青期、孕穗期、乳熟期、黃熟期，全年共取土樣分析32個。

1.2 田間水利用系數測算

田間水利用系數為灌溉水貯存到作物計劃濕潤層中的凈水量與從渠系末端進入田間水量的比值［2］，可采用計算法或實測法進行分析:

1.2.1 計算法

式中: ηt為田間水利用系數; m 為設計灌水定額，m3/hm2; A 為末級固定渠道控制的實灌面積，hm2; W為末級固定渠道放出的總水量，m3。

1.2.2 實測法

在灌區中應選擇具有代表性的田間地塊，通過實測灌水前后3 d內土壤含水量的變化，計算凈灌水定額，求得田間水利用系數，計算公式為:

式中: β2、β1分別為灌水前后計劃濕潤層的土壤含水率( 以干土重的百分數表示) ; γ 為土的干容重，t/m3; H 為計劃濕潤深度，m。

1.3 測算結果

經全年測算，九龍灌區、馬場灌區渠系水利用系數分別為0.557 和0.531，平均值為0.554;田間水利用系數為0.727 和0.682，平均值為0.705。本年實驗灌溉水利用系數為0.391。

2 灌區水資源、土地利用及工程現狀

2.1 灌區水資源

2.1.1 地表水

九龍灌區、馬場灌區位于雅魯河左岸，取雅魯河水進行自流灌溉，水質好，是本區可靠的灌溉水源。

2000年九龍灌區取水口處P =75%保證年份年來水量為9.04 ×108m3，5—8月灌溉期來水量為5.21 ×108m3;2010年九龍灌區取水口處P =75%保證年份年來水量為8.92 ×108m3，5—8月灌溉期來水量為5.11 ×108m3。

2000年馬場灌區取水口處P =75%保證年份年來水量為8.80 ×108m3，5—8月灌溉期來水量為4.98 ×108m3;2010年馬場灌區取水口處P =75%保證年份年來水量為8.72 ×108m3，5—8月灌溉期來水量為4.86 ×108m3。

2.1.2 地下水

根據齊齊哈爾市和龍江縣地下水資源開發利用規劃報告中按平均布井法確定的可開采模數估算區域地下水可開采量，區域地下水可開采量總計為550.8×104m3/a。開發水田后增加渠系入滲和田間灌溉滲入量兩項，前者由渠首引水量乘以渠系入滲系數估算，本區渠系入滲系數為0.13 ～0.14;田間灌溉滲入量由進入田間灌溉水量乘田間灌溉滲入系數估算，田間灌溉滲入系數0.18，兩者入滲量為412.29 ×104m3/a。本灌區地下水可采量為963.09×104m3/a。

2.1.3 水資源現狀

九龍灌區現狀水田面積1 667 hm2，現狀平均灌溉定額18 000 m3/hm2，年地表水資源利用量3000 ×104m3。馬場灌區現狀水田面積967 hm2，現狀平均灌溉定額18 000 m3/hm2，現狀年地表水資源利用量1740 ×104m3。

2.2 灌區土地利用現狀

九龍灌區內總土地面積4 587 hm2。其中耕地面積3 667 hm2，居民及其它占地面積533 hm2，水面30 hm2，其它用地367 hm2。水稻、玉米、雜糧的種植比例為1∶1∶0.2，現有水田實灌面積1 667 hm2。

馬場灌區內總土地面積4 600 hm2。其中耕地面積3 467 hm2，居民及其它占地面積533 hm2，水面253 hm2，其它用地347 hm2。水稻、玉米、雜糧的種植比例為1∶2.35∶0.15，現有水田實灌面積967 hm2。

2.3 灌區工程現狀

九龍灌區水源為雅魯河水，渠首為有壩取水，自流灌溉。進水閘3 孔，開敞式結構，引水流量為9.47 m3/s?，F有輸水總干渠1 條，長1.45 km; 干渠2 條，總長23.65 km; 支渠13 條，總長29 km; 干溝1條，長16 km; 支溝8 條，總長15.58 km; 已有建筑物56 座，其中攔河壩2 座、閘22 座、橋涵29 座、跌水1座、渡槽2 座。

馬場灌區灌溉渠道工程共有輸水總干渠1 條，長6.2 km;干渠4 條，總長25.60 km; 支渠24 條，總長41.80 km;干溝2 條，長6.75 km; 支溝20 條，總長27.20 km。支溝排水進入干溝后，在西甸子村附近排入八岔河。

3 灌溉水利用系數測驗

3.1 土壤含水量測算步驟

按規范規定在試驗田地灌水前后進行分土層取樣，烘干處理、稱重，計算土壤含水量。

3.1.1 田間水利用系數計算

田間水利用系數計算公式為:

式中: β2、β1分別為灌水前后計劃濕潤層的土壤含水率( 以干土重的百分數表示) ; γ 為土的干容重，t/m3; H 為計劃濕潤深度，m; A 為實灌面積，hm2; W為實灌水量，m3。具體測量步驟如下:

1) 將盛土的鉛盒( 直徑6 0mm，高30 mm) 洗凈烘干，放入干燥器中冷卻至室溫，迅速用感量為1/100 g的普通天平準確稱重，即W1) 。

2) 按采樣要求，取新鮮潮濕土樣約25 g放入鉛盒中，平鋪后蓋好，迅速稱重( 要有3個重復) ，濕土加鉛盒重為W2。

3) 將裝入濕土的鉛盒蓋子打開，鉛盒的蓋子平放在盒下，一同放入烘箱內保持105 ～110 ℃烘烤8 h，取出加蓋，放在干燥器中冷卻至室溫，迅速稱重，即W3。

3.1.2 土壤含水量計算計算公式為:

式中: W 為土壤含水量，即單位重量干土中含有的水分重量，%; W1為鉛盒重量，g; W2為濕土加鉛盒重量，g; W3為干土加鉛盒重量，g。

3.2 土壤容重測算

土壤容重大小反映土壤結構、透氣性、透水性能以及保水能力的高低，測定土壤容重的方法很多，本次實驗采用環刀法，計算公式為:

式中: V 為環刀容積，cm3; r 為環刀內半徑，cm; h 為環刀高度，cm; л 為圓周率，即3.1416。

土壤容重計算公式為:

式中: rs 為土壤容重，g/cm3; G 為環刀內濕樣重，g;V 為環刀容積，cm3; W 為樣品含水量，%。

此法允許平行絕對誤差＜0.03 g/cm3，取算術平均值。本次土壤容重值采用九龍灌區實驗站的實測資料。

4 九龍灌區渠系水利用系數

本年渠系水利用系數測驗，共施測總干渠流量4次，有效測次4 次，計算得出渠系水利用系數為0.949;共施測分干渠流量11 次，有效測次11 次，計算得出渠系水利用系數為0.897;支渠共施測15 次，有效測次12 次，計算得出支渠渠系水利用系數為0.871;共施測斗渠流量4 次，有效測次4 次，計算得出渠系水利用系數為0.880; 共施測農渠流量7 次，有效測次7 次，計算得出渠系水利用系數為0.853。本次測算流量＞1.0 的取小數后兩位數字; ＞0.1 的取小數后三位數字; ＜0.1 的取小數后四位數字。詳見表1 ～表4。

灌區渠系水利用系數為各級渠道水利用系數的乘積，即η渠系= η總干×η分干×η支×η斗×η農，經計算得出九龍灌區渠系水利用系數為0.557。