甘肅省灌溉用水有效利用系數閾值測算分析探討

楊正華

（甘肅省水利廳水利管理局 甘肅蘭州 730000）

甘肅省灌溉用水有效利用系數閾值測算分析探討

楊正華

（甘肅省水利廳水利管理局 甘肅蘭州 730000）

甘肅是資源型和工程型缺水的省份，農業生產主要依賴灌溉，研究分析全省灌溉用水有效利用系數具有重要意義。全省選擇20處典型灌區，以田間觀測作物凈灌溉定額為基礎，采用首尾測定法、彭曼-蒙特斯理論公式和水量平衡公式，測算分析不同降雨頻率9種主要作物凈灌溉定額，分別采用實際最大供水能力法和水文年法，測算分析全省灌溉用水有效利用系數閾值范圍：平水年（P=50%）為0.4762～0.5233，一般干旱年（P=75%）為0.5653～0.6835，特枯年（P=90%）為0.6136～0.7097。

閾值分析 灌溉用水 利用系數 甘肅省

一個領域或一個系統的界限稱為閾，其數值稱為閾值，又叫臨界值。灌區灌溉用水有效利用系數閾值，就是在農業灌溉臨界條件下所產生的灌溉用水有效利用系數最低值或最高值。不同水文年氣候條件不同，灌溉用水有效利用系數也不同。由于不可避免存在輸水滲漏、蒸發等水量損失，灌區灌溉用水有效利用系數不可能為100%，研究灌溉用水有效利用系數閾值具有重要意義。按照2011年水利部《全國灌溉用水有效利用系數測算分析技術指南》的要求，主要運用首尾測算法，同時運用1992年彭曼-蒙特斯公式計算參考作物需水量公式和水量平衡公式進行校核和修正，測算分析作物凈灌溉定額，分別采用實際最大供水能力法和水文年法測算分析甘肅省農業灌溉用水有效利用系數閾值。

1　典型灌區的選擇

采用典型調查的方法，從《甘肅省2012年灌溉用水有效利用系數測算分析成果報告》的114個樣點灌區中選擇敦煌市黨河灌區、金塔縣鴛鴦灌區、高臺縣友聯灌區、甘州區大滿灌區、甘州區盈科灌區、山丹縣馬營河灌區、涼州區西營河灌區、民勤縣紅崖山灌區、景泰縣景電灌區等9個大型灌區，金塔縣黑河灌區、高臺縣羅城灌區、涼州區黃羊河灌區、靖遠縣南川灌區、榆中縣三角城灌區、麥積區渭惠渠灌區、崆峒區涇河灌區等7個中型灌區，永靖縣羅川、馬路塬、塔坪等3個小型灌區，涼州區清源1個純井灌區，共計20個灌區作為典型灌區，典型灌區的選擇具有較好的代表性。

2　不同降雨頻率作物凈灌溉定額測算分析

根據氣象資料，采用陸通、王密俠介紹的頻率分析法，進行降雨頻率計算。參考原西北農業大學康紹忠老師主編的《陜西省作物需水量及分區灌溉模式》，按照豐平年（P=25%）、平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）、特枯年（P=90%）4種模式，計算作物全生育期凈灌溉定額。

2.1繪制典型灌區降雨頻率曲線8

搜集敦煌市黨河等20個灌區氣象站多年降雨量資料，選用P-Ⅲ型頻率曲線，參考《甘肅省暴雨洪水圖集》中參數Cv、Cs，繪制典型灌區降雨頻率曲線。

2.2測算概化降雨頻率主要作物凈灌溉定額

（1）利用2001-2012年氣象資料和田間試驗觀測資料，運用1992年彭曼-蒙特斯公式計算參考作物需水量ET0，利用水量平衡公式計算實際降雨頻率條件下的主要作物凈灌溉定額ETc，其中作物系數根據甘肅實際情況進行修正。

（2）實際降雨頻率概化。對2001-2012年各典型灌區實際降雨量頻率P進行概化，即年實際降雨量頻率P在1%～37.5%的概化為25%，37.5%～62.5%的概化為50%，62.5%～87.5%概化為75%，87.5%～100%的概化為90%。。

（3）確定降雨概化頻率條件下作物凈灌溉定額。按照降雨量概化頻率，分別統計豐水年（P=25%）、平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）、特枯年（P=90%）的凈灌溉定額ETc平均值。

2.3分類統計不同降雨頻率作物凈灌溉定額提高幅度

分類統計甘肅中部、西部和甘肅省不同降雨頻率作物凈灌溉定額ETc提高幅度。總結缺少灌溉試驗站地區主要作物凈灌溉定額ETc分布規律，結果見表1。

表1　甘肅省中西部地區不同降雨頻率主要作物凈灌溉定額變化幅度

2.4降雨平水年作物凈灌溉定額的換算

利用甘肅省中西部地區不同降雨頻率主要作物凈灌溉定額變化幅度結論，分析換算為降水平水年（P=50%）典型灌區主要作物凈灌溉定額。

2.5不同降雨條件下作物凈灌溉定額確定

依據甘肅省中西部地區不同降雨頻率主要作物凈灌溉定額提高幅度的結論，測算各典型灌區不同降雨頻率時作物凈灌溉定額：一般干旱年（P=75%）小值為平水年（P=50%）的1.15倍，大值為平水年（P=50%）的1.2倍；特枯年（P=90%）為平水年（P=50%）的1.3～1.4倍。

最終測算平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）和特枯年（P=90%）春小麥、春玉米、蔬菜、油料、果樹、洋芋、棉花、番茄、瓜類等9種主要作物的凈灌溉定額。

3　實際最大供水能力法閾值測算分析

3.1基本原理

首尾測算法和畝均綜合凈灌溉定額定義可知，田間實際凈灌溉用水總量的大小取決于作物凈灌溉定額，即取決于灌區畝均綜合凈灌溉定額的大小。當氣象條件相近、年降水量接近時，作物凈灌溉定額變化較小，此時渠首毛灌溉用水量越大，灌區灌溉用水有效利用系數就越小。因此選用灌區畝均綜合凈灌溉定額最大年份的畝均綜合凈灌溉定額，可以測算得到灌區灌溉用水有效利用系數最小值，這種方法，稱為實際最大供水能力法。

3.2測算分析方法

（1）選擇典型年。從2001年至2012年的灌溉資料中，選擇氣象條件相近，年降水量接近、灌區綜合灌溉定額最大年份作為典型年。

（2）收集面積、用水量和種植結構等資料。假定灌區實行以溝灌、畦灌、塊灌等為主的一般節水灌溉方式，且作物進行充分灌溉。統計典型年實灌面積、毛灌溉用水量，考慮今后農業種植結構調整方向，選取最近的2012年作物種植結構。

（3）測算分析典型灌區平水年、一般干旱年和特枯年3個特殊年份灌溉用水有效利用系數。3個特殊年份主要作物凈灌溉定額，以平水年（P=50%）主要作物凈灌溉定額計算值為基礎，采用本文2.5不同降雨條件下9種主要作物凈灌溉定額，分別測算平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）和特枯年（P=90%）典型灌區灌溉用水有效利用系數。

3.3測算分析結果

基于實際最大供水能力法的甘肅省平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）、特枯年（P=90%）灌溉用水有效利用系數分別為0.4762、0.5653、0.6136，作為不同降雨頻率全省灌溉用水有效利用系數閾值的最小值，結果見表2。

表2　甘肅省灌溉用水有效利用系數閾值實際供水能力法測算結果

4　水文年法閾值測算分析

4.1基本原理

根據首尾測算法和1992年彭曼-蒙斯特作物參考作物需水量計算公式可知，田間實際凈灌溉用水總量的理論基礎是作物參考作物需水量ET0。而參考作物需水量又與日最高氣溫等16個氣象因子密切相關。

其他條件不變的情況下，不同水文年氣候因素對農作物生長的影響不同，灌區實際灌溉面積和渠首毛灌溉用水量也會及時進行調整。在平水年份氣候相對濕潤條件下，作物需水量基本不變，灌溉毛用水量相對較小。當氣候趨于干旱時，作物需水量增大，而毛灌溉用水量卻減少。因此用水文年法測算灌區灌溉用水有效利用系數，能夠得到灌溉用水有效利用系數較大值。

4.2分析計算方法

（1）典型年的確定。利用多年降雨頻率曲線，查找各典型灌區平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）和特枯年（P=75%）3個特殊年份的年降雨量。利用2001-2012年典型灌區灌溉資料，查找實際年降雨量分別最接近3個特殊年降雨量的對應年份，即為平水年、一般干旱年和特枯年對應的典型年。

（2）不同降雨頻率典型年實灌面積和毛灌溉用水量統計。假定灌區實行以溝灌、畦灌、塊灌等為主的一般節水灌溉方式，且作物進行充分灌溉。利用2001-2012年典型灌區資料，測算典型年實灌面積、毛灌溉用水量和2012年灌區作物種植結構。

（3）測算分析典型灌區平水年、一般干旱年和特枯年3個特殊年份灌溉用水有效利用系數。3個特殊年份主要作物凈灌溉定額，以平水年（P=50%）主要作物凈灌溉定額計算值為基礎，采用本文2.5不同降雨條件下9種主要作物凈灌溉定額，分別測算平水年（P=50%）、一般干旱年（P=75%）和特枯年（P=90%）典型灌區灌溉用水有效利用系數。

4.3水文年法測算結果

基于水文年法計算結果是：平水年(P=50%)、一般干旱年(P=75%)、特枯年（P=90%）灌區灌溉用水有效利用系數分別為0.5233、0.6835、0.7097，作為不同降雨頻率全省灌溉用水有效利用系數閾值的最大值，結果見表3。

表3　甘肅省灌區灌溉用水有效利用系數閾值水文年法測算結果

5　結論

綜合以上實際最大供水能力法和水文年法測算結果，甘肅省灌區灌溉用水有效利用系數閾值范圍是：平水年（P=50%）為0.4762～0.5233，一般干旱年（P=75%）為0.5653～0.6835，特枯年（P=90%）為0.6136～0.7097，結果見表4。

1. 中華人民共和國水利部.全國灌溉用水有效利用系數測算分析技術指南[S].北京：中華人民共和國水利部，2011.

2. 高 峰，許建中．灌溉用水有效利用系數測定方法研究[J].灌溉排水學報，2004，23(1)：1-20．

3. 許建中，趙競成，高 峰，等．灌溉水利用系數綜合測定法實例分析[J].中國農村水利水電，2005，47(1)：55-58．

4. 張 丹，張廣濤.彭曼-蒙斯特公式在參考作物需水量中的應用[J].安徽農業科學,2006,34（18）：4513-4514.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.08.008

TV93

B

1672-2469（2014）08-0023-03

楊正華（1963年—），男，高級工程師。