柴達木盆地德令哈灌區典型地塊小麥灌溉用水量監測試驗與分析

宋潤峰 韓啟霞

摘要柴達木盆地幅員遼闊，礦產資源豐富，但水資源匱乏是其經濟發展的“瓶頸”之一。2014年柴達木盆地用水總量為9.88億m3，其中農業用水量占85.6%，節約用水潛力較大。根據柴達木盆地德令哈灌區典型地塊小麥灌溉用水量的監測試驗，發現小麥種植灌溉用水量遠低于該地區相關統計數據，渠道滲漏和管理粗放是傳統小麥種植用水效率較低的主要原因，可以考慮通過提高渠道襯砌率和強化灌溉管理等方式來提高用水效率。

關鍵詞柴達木盆地；德令哈灌區；灌溉用水量監測試驗；節約用水

中圖分類號S274文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）23-0206-03

Test and Analysis on Wheat Irrigation Water Monitoring of Typical Plot in Delingha Irrigation Area of Qaidam Basin

SONG Runfeng，HAN Qixia

（Delingha subbureau of Qinghai Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Delingha，Qinghai 810007）

AbstractQaidam Basin has a vast territory and rich in mineral resources，but water shortage is one of the "bottlenecks" of economic development. In 2014， the total water consumption in Qaidam Basin was 988 million m3， the agricultural water consumption was 85.6% and the water conservation was potential. According to the monitoring test of wheat irrigation water consumption in the typical land area of the typical land in the Delingha irrigation area in Qaidam Basin. It was found that the water consumption of wheat cultivation was much less than the statistical data was calculated. The main reasons for the low efficiency of traditional wheat cultivation were the canal seepage and extensive management， which can be considered to improve the efficiency of water use by improving the channel lining rate and strengthening irrigation management.

Key wordsQaidam basin；Delingha irrigation area；Irrigation water consumption monitoring test；Water saving

柴達木盆地地域遼闊，面積約為26萬km2，因豐富的鹽湖資源而出名，氯化鉀、氯化鎂、氯化鋰等儲量占全國已探明儲量的90%以上，還有石油、煤，以及多種金屬礦藏，如冷湖的石油、魚卡的煤、錫鐵山的鉛鋅礦等都很有名，所以素有“聚寶盆”的美稱。盆地內雨量稀少，太陽輻射強烈，氣候干旱，氣溫較低，多風沙，在這種氣候條件下，其自然植被以草甸植被為主，其次為荒漠植被，植物生長稀疏，覆蓋度低，土壤風蝕、沙化侵蝕嚴重。

柴達木盆地屬于資源性缺水較為嚴重的地區，單位面積水資源量只占全青海省平均水平的23%左右。盡管多年平均地表水資源量44.1億m3[1]，但集流少、可利用量低，且水資源區域分布與工農業生產布局不相匹配，經濟開發區水資源匱乏，影響了主體資源的開發利用，成為柴達木盆地經濟發展的“瓶頸”之一。2014年柴達木盆地用水總量為9.46億m3，其中農林牧漁用水量為8.10億m3，占用水總量的85.60%，每公頃用水量高達17 160 m3[2]，可見農業用水比重大、效率低，節約用水潛力巨大。

德令哈灌區灌溉面積4 327 hm2，灌區干渠總長33.10 km，其中土渠為18.33 km，未襯砌渠段大部分已形成自然沖溝，渠系嚴重老化失修；分干渠總長18.90 km，全部為襯砌渠道，經多年運行，現大部分渠段已老化失修；南干渠總長6.00 km，經多年運行，渠道已老化失修；支渠共有56條，總長213.22 km，多數為襯砌渠道，灌區管理模式落后，農田灌溉水有效利用系數較低。

該研究選取德令哈灌區典型地塊（種植小麥）進行灌溉用水量試驗，旨在通過對正常水肥供應下引退水量和土壤含水量等相關因子的監測試驗，嚴格控制灌溉次數及用水量，獲得沒有輸水滲漏等理想狀況下的實際灌溉用水量，分析傳統灌溉毛用水量偏高的原因，并提出節約用水建議方案，為推廣農業節水技術和使用節水設備提供基礎依據，對緩解柴達木盆地水資源開發利用壓力、優化工農業用水結構、有效提高水資源的利用效率和效益、改善生態環境、促進傳統農業向現代農業轉變有重要意義。

1技術與方法

選取便于測量的德令哈灌區典型地塊進行灌溉用水監測試驗，通過直接測驗典型地塊斗渠的引水量、退水量和土壤含水量，計算得到較為準確的小麥種植灌溉用水量，分析傳統灌溉用水效率較低的原因。

1.1主要儀器

LS10型流速儀：型號為740057，計算公式為V=0.095 8n+0.044 1，流速使用范圍0.10～4.00 m/s。TDR3000土壤水分速測儀：采用時域反射原理測量百分比體積水容量，分辨率1.0%，精度±3.0%，范圍0%～飽和。

1.2典型地塊及監測斷面選擇

1.2.1選取原則。①監測渠段順直、穩定，形狀盡量對稱。②水流平穩集中，且無岔流、分流、壅水、回水等現象。

③順直渠段具有足夠長度，渠段床質堅固、平滑、穩定。④交通便利，便于測驗，通視條件好。

1.2.2典型地塊和監測斷面。

通過實地查勘，按照上述原則在德令哈灌區選取方便開展試驗的3.37 hm2土地作為典型地塊，上層土壤為黏土，下層為沙粒，種植作物全部為小麥。在地塊渠道布設進水口、退水口監測斷面各1處，用于引退水量監測。為了減少水流對監測精度的影響，斷面設在水流平穩處。

1.3主要監測指標

1.3.1引退水量。

德令哈灌區典型地塊的引退水量均采用實測流量過程線法推求，流量測驗采用懸桿流速儀法，布設4條測深垂線，2條測速垂線，測速歷時不少于100 s。垂線的流速測點布置位置采用相對水深0.6[3-4]，岸邊流速系數采用0.8[3]；水道斷面測深垂線的布設及單次流量測驗允許誤差均按照《河流流量測驗規范》有關規定進行控制。

監測采取委托觀測來水時間和專業人員巡測流量的方式。在灌溉前，測量人員需提前到達測流斷面，完成測流準備工作，根據該灌區農戶往年灌溉經驗，按照實際引退水情況做好布設流量測次工作，以滿足控制引退水口流量變化過程為原則。在監測過程中，對典型地塊退水斷面實行專人駐守，保證了退水水量無漏測。

德令哈灌區典型地塊引退水監測斷面水文監測實施方案如下：無論進水口或退水口，斷面形狀均為梯形，斷面頂部寬度均為0.88 m，監測方式為巡測，監測頻次根據流量變化過程進行布置，測流方式采用流速儀法，垂線布設2條，測速歷時≥100 s，測深為懸桿。

灌區引退水量計算方法如下：

W總引=1/2{t0Q0+t1（Q0+Q1）+t2（Q1+Q2）+……+tnQn}（1）

式（1）中，W總引為灌區總引水量（m3或萬m3）；tn為灌區各個不同時距（s）；Qn為灌區相應時間的瞬時流量值（m3/s）。

W總退=1/2{t0Q0+t1（Q0+Q1）+t2（Q1+Q2）+……+tnQn} （2）

式（2）中，W總退為灌區總退（排）水量（m3或萬m3）；tn為各個不同時距（s）；Qn為相應時間的瞬時流量值（m3/s）。

1.3.2土壤含水量。

按照《土壤商情監測規范》相關要求[5]，采用TDR3000土壤水分速測儀在固定測點進行土壤含水量數據采集，采集采用1 m2的面積上等距布設4個測點，每個測點分別在10、30、50、70 cm的位置上測取土壤濕度，通過平均計算，取得土壤不同層面的土壤濕度。監測方法和監測儀器應保持相對的穩定，并及時對監測數據進行檢查分析，保證監測數據的科學合理、真實可靠。為了監測資料具有代表性，監測點位于典型地塊中心，地理位置97°48′20″ E，36°02′46″ N。

1.4監測時段

2014年全年灌溉期監測，共灌溉7次，時間分別為5月23日、6月5日、6月24日、7月11日、8月14日、11月2日、11月3日。其中5～8月的5次灌溉，主要是根據土壤含水量監測，以及降雨、氣溫等氣象因素決定是否灌水，以保障小麥正常生長發育所必需的水分。11月的2次灌溉為冬灌，主要作用有：一是儲水蓄墑。冬灌后，水分會以結晶狀態存在于土壤中，不會因重力等因素淋失掉，且溶于土壤溶液中的礦質營養也不會淋溶損失，可以較好地保存于土壤中，因而起到儲水蓄墑的功能。二是預防春旱。德令哈冬季較長，降水少，春季也有較長時間的普遍干旱，巴音河春季水量小，冬灌既能充分利用水資源，又能給春耕小麥種子萌發提供充足的水分。三是改善土壤結構。經過上一年的土壤耕種后，會使土壤板結，耕作層堅硬，塊狀結構增多；冬灌后由于土壤晝夜凍融交替的作用，會使土壤結構團粒化，使第2年種植小麥的土壤根際環境得到改善。根據當地農民長期耕種總結的“夜凍日消，冬灌正好”經驗，11月初進行冬灌最合適。每次灌溉起止時間詳見表1。

2用水量監測試驗

2.1引水量監測

在灌區典型地塊引退水量實際監測中，根據高、中、低各級水位的水流特性、斷面控制情況和測驗精度要求來確定測次，使之合理分布于各級流量變化的轉折點處，便于掌握整個灌溉時段的水量變化，以加大水量計算的精度。

按照水文測驗規范要求，分別在進水口和出水口布設了流量監測點，由于7次灌溉均無退水，流量監測主要集中在進水口，在整個灌溉期間，共測流35次。單次測流按照流量測驗規范要求，測流垂線布設2條、測點歷時大于100 s、岸邊系數為0.8。典型地塊各監測斷面引退水流量過程線見圖1。

經試驗，典型地塊一次灌溉時間需5～6 h。灌溉開始開閘放水至水量平穩、灌溉結束至流量為零整個周期需3～5 min，因此，流量測次需布置6～10次，一般在水流經過基本斷面水量平穩后，開始第1次測流，之后每隔1 h測流1次。為了使監測到的水量更加準確，可在灌溉過程中渠道水量有顯著變化時增加測次，最多一次灌溉測流次數可達10次，基本控制了渠道過水量的變化過程，取保每次引水量計算的準確性。

2.2退水量監測試驗得出，全年7次灌溉均未有退水現象。

2.3土壤含水量監測

通過對監測資料進行統計分析，典型地塊的土壤含水量監測結果如下：10 cm土壤含水量在16.4%～29.7%；30 cm土壤含水量在20.6%～34.1%；50 cm土壤含水量在26.7%～36.7%；70 cm土壤含水量在24.2%～38.9%。

2.4豐平枯水年判定

按照有關技術規定，該試驗根據德令哈灌區水源巴音河德令哈（三）水文站的徑流量模比系數來確定2014年德令哈地區的豐平枯特征。徑流量接近歷年最大值的年份為豐水年，徑流量接近多年平均值的年份為平水年，徑流量接近歷年最小值的年份為枯水年。

模比系數（Kp）=某一年徑流量/多年平均徑流量； 劃分標準為：Kp≥1.20為豐水年、1.10≤ Kp≤1.20為偏豐水年、0.90≤Kp≤1.10為平水年、0.80≤Kp≤0.90為偏枯水年、Kp<0.80為枯水年。

德令哈（三）水文站多年平均徑流量為3.316×108 m3，2014年徑流量為2.899×108 m3，徑流模比系數Kp為0.874。因此，確定德令哈（三）水文站2014年為偏枯水年。

2.5用水量與小麥產量

通過對德令哈農場灌區典型地塊5月23日至11月3日監測資料分析計算，得出典型地塊引水總量為2.704×104 m3，退水總量為0，實際用水總量2.704×104 m3，共收獲小麥20 730 kg。典型地塊用水量監測統計見表2。

3結論與建議

3.1結論

通過灌溉用水量監測試驗，德令哈農場灌區3.37 hm2典型地塊2014年共灌水7次，其中5次為小麥生長期灌溉，2次為小麥收獲后冬灌；用水總量為2.704×104 m3，單位面積用水量為8 025 m3/hm2，遠低于青海水資源公報統計的海西州17 160 m3/hm2[2]的毛灌溉用水量；共收獲小麥20 730 kg，產量為6 151 kg/hm2，高于海西州2014年國民經濟和社會發展統計公報公布的5 220 kg/hm2的產量[6]。

該試驗典型地塊的單位面積用水量遠低于海西州相關調查統計數據，小麥產量較海西州平均水平略高，分析主要

原因有以下幾點：①海西州大部分灌區干渠老化失修，支渠以下砌渠率不高，部分支渠防滲襯砌損壞嚴重，且灌區土壤為沙質土，渠道輸水過程中漏損率較大。該試驗選擇的典型地塊未統計輸水過程中干渠支渠的漏損水量。

②海西州大部分灌區管理較為粗放，農民灌水普遍采用大水漫灌、串灌的落后方式，不僅造成水資源的浪費，也容易導致水、土、肥流失的加劇，甚至會引發農田次生鹽漬化的發生與發展。該試驗由專業技術人員對灌溉過程進行規范管理，杜絕了大水漫灌等浪費用水情況。③海西州大部分灌區灌溉水費按面積征收，大部分農民有“既然交錢了，就要多灌點，越多越好” 的錯誤澆地思想。

3.2建議

加大資金投入力度，對德令哈灌區進行配套設施建設，提高支渠及斗渠的砌渠率，減少輸水過程中的“跑冒滴漏”情況。加大對灌區農民的灌溉節水宣傳培訓，組建農民用水協會對田間灌水進行精細化管理，強化灌區管理，杜絕大水漫灌等粗放灌水方式。強化灌區用水測量與監控，對灌溉用水水費征收標準進行改革，由原來的按面積收費改為按用水量收費，提高農民的節水積極性。

安徽農業科學2017年

參考文獻

[1]

陳冰，李麗娟，郭懷成，等.柴達木盆地水資源承載方案系統分析[J].環境科學，2000，21（3）：16-21.

[2] 青海省水利廳.2014青海省水資源公報[R].2014.

[3] 中華人民共和國水利部.河流流量測驗規范：GB 50179—93[S].北京：中國水利水電出版社，1993.

[4] 水利部長江水利委員會水文局.水位觀測標準：GB/T 50138—2010[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[5] 中華人民共和國水利部.土壤墑情監測規范：SL 364—2006[S].北京：中國水利水電出版社，2006.

[6] 海西州統計局.海西州2014年國民經濟和社會發展統計公報[R].2014.