灌溉水利用系數的相關研究和展望

何 凡

一、引言

灌區灌溉水利用系數是衡量灌區從水源引水到田間形成為作物吸收利用的土壤水的過程中，灌溉水利用程度的一個關鍵指標，也是集中反映灌區管理水平、灌溉技術以及灌溉工程質量的一項綜合指標。根據灌溉水利用系數的內涵，可用下式表示：

式中：ηg為灌區灌溉水利用系數；wi為田間農作物消耗水量；wq為渠首引入水量。

我國地域遼闊，有大型灌區402處、中型灌區5200 多處、小型灌區1000 多萬處，灌區大小不一、分布廣泛，而不同水平年、不同氣候條件下的用水效率會有很大的差異，從而計算出的灌溉水利用系數精度也會受到影響。因此，提出灌溉水利用系數的影響因素和提高灌溉水利用系數的措施，并提供不同水平年、不同氣候條件下的灌溉水利用系數計算方法對灌區的發展具有較高的參考價值。

二、國內灌溉水利用系數的相關研究進展

張濤等對灌溉水利用系數的傳統測定方法進行了闡述，并分析了該方法在測定中存在的主要問題及其影響因素。張榮彪根據區域水量平衡原理，在分析灌溉水損失途徑的基礎上，提出了提高灌溉水利用率的工程措施、管理措施和技術措施。張德全通過對各級渠道的水利用系數防滲前和防滲后的數據比較，得出了提高灌溉水利用系數最直接有效的途徑是對各級渠道進行有效的防滲。許建中等提出了測定灌溉水利用系數的綜合測定計算方法，并以漳河灌區為例進行了應用分析。李英能通過分析傳統方法確定灌溉水利用系數存在的問題和難點，提出了用作物凈灌水定額、年度凈灌水總量以及灌區作物產量來推求灌溉水利用系數的簡易方法。沈逸軒等建議用年灌溉水利用系數取代規范中沒有確定時段觀念的其他灌溉水利用系數，并給出了年灌溉水利用系數的計算公式。彭世彰等系統地探討了目前我國灌溉水利用系數狀況以及提高灌溉水利用系數的工程技術與高效用水調控技術等主要措施，分析了當前提高灌溉水利用系數存在的問題。

三、國內灌溉水利用系數的測定方法及問題

1.傳統法測定灌溉水利用系數

傳統方法中灌溉水利用系數的確定是通過渠系水利用系數和田間水利用系數相乘得到的。

式中：ηg為灌溉水利用系數，ηc為渠系水利用系數，ηt為田間水利用系數。

此方法過程比較復雜，工作量大，準確性難以得到保證。但更容易掌握和分析整個灌區的灌水過程，便于分析測算結果的合理性。

2.首尾法測定灌溉水利用系數

首尾測算法中灌溉水利用系數是灌溉工程范圍內農作物消耗的灌溉水量與從渠首引入水量的比值。

對于渠灌區：

其中：wi為田間農作物消耗水量，wq為渠首引入水量。

對于井灌區：

式中：ηz為井灌水利用系數；ηq為灌區的灌溉水利用系數；wz為利用地下水灌溉引入的水量。

首尾法可繞開測定渠系水和田間水利用系數這兩個難點，直接用渠首引進的水量和最終被作物消耗的水量來確定，但是由于對輸配水過程的忽略，導致無法驗證最終計算結果的合理性。

3.年灌溉水利用系數的研究

用年灌溉水利用系數取代規范中沒有確定時段觀念的其他灌溉水利用系數，提出了年灌溉系數的定義和計算公式。

式中：ΣW耗是指在輸水過程中被作物消耗的水分，不包括回歸到地表或地下的回歸水；ΣW供是渠首供水總量；A實為灌區實際灌溉的面積；mp凈均為灌區當年實測凈灌溉定額的平均值（或者是相當于本年干旱程度、灌溉保證率是P 時灌區的設計凈灌溉定額的均值）；m毛為毛灌溉定額。

此方法首先出發點是年均值，其次無需研究復雜的水運動全過程，不需要考慮回歸水利用等問題，所以此方法計算出的年灌溉系數可靠高，簡便易操作。但是，它的缺點是無法得知整個輸配水過程的具體信息，并且這種方法對水資源年報統計的要求十分高。

4.修正的連乘計算方法

在綜合考慮灌區的越級現象、回歸水利用、管理水平等三方面因素，提出了改進傳統的連乘計算公式的計算方法。

式中：ηgL為修正后的灌溉水利用系數；K1、K2、K3分別為越級現象修正系數、回歸水利用修正系數、管理水平修正系數。

其中：

式中：i 為被越級渠道數目；Ai為第i 個被越級渠道所灌溉的面積；η越為被越級渠道水利用系數。由公式可以看出越級修正系數是一個與越級灌溉面積及其被越級渠道水利用系數有關的修正系數，K1≥1。

式中：A 為灌溉面積；C 是一個和渠道水利用系數及各渠道水灌溉面積有關的一個參數。

總體上，若降雨豐于平水年，則回歸水利用率較低，反之，其回歸水利用率則較高。從各級渠道來說，級別越高的渠道所產生的損失水量其回歸水利用率較低，反之，其回歸水利用率則較高。

K3為管理水平修正系數，具體數值按規范確定，若管理水平達部頒標準，取0.97，管理水平達省頒標準取0.93，其他情況取K3≤0.85。

四、灌溉水利用系數的影響因素

1.不同渠道防滲措施的影響

渠道輸水是目前我國農田灌溉的主要方式。不同地區對渠道不同的防滲標準直接影響著渠系水利用系數，從而影響到灌溉水利用系數。此外，不同的防滲措施也會對渠道水利用系數產生較為顯著的影響。

2.灌溉技術的影響

噴灌可使得水的利用率達到80%，微噴通過微噴頭噴灑進行局部灌溉，比一般的噴灌更省水，滴灌可使水的利用率高達90%以上。不同的灌溉方式及技術直接影響著田間水利用系數，從而影響了灌溉水利用系數。

3.灌區規模的影響

渠系水利用系數不僅取決于各級渠道的水文地質、渠道建筑工程狀況、管理水平、作物種植結構等因素，還與灌區規模有關，隨著灌區規模的減小，輸水距離縮短，灌溉水利用系數隨之提高。反之，渠系水利用系數降低，灌溉水利用系數也就隨之降低。

4.渠道流量大小的影響

對同一渠道來說，渠道水利用系數隨著渠道流量的增大而提高，即渠道流量越大，利用系數越高。據實測資料，交口灌區北干渠引用流量6.377m3/s 時，渠道水利用系數較高，為0.97～0.98；引用流量為3.47m3/s 時，渠道水利用系數相對降低，為0.92～0.94。

5.管理水平的影響

提升灌區的管理水平將間接地提高灌區的灌溉水利用系數。比如在渠道行水時，渠道水利用系數隨著一次行水持續時間的增長而提高，到一定時間趨于穩定；渠道滲漏使渠道水利用系數降低；配水時集中用水與分散用水關系到下一級相應用水渠道引用流量的大小及水流工作，因而也直接影響渠道水利用系數的高低。

五、提高灌溉水利用系數的措施

1.減少渠系輸水損失，提高渠系水利用系數

進行以渠道防滲和低壓管道輸水為中心的灌區工程改造和實施科學合理的輸配水、減少漏水、泄水和棄水等水量損失，以提高渠系水利用系數。采用渠道防滲可減少滲漏量50%以上，從而提高灌溉水利用系數。加強渠系輸配水管理也可提高渠系水利用系數。

2.減少田間無效耗水，提高田間水利用系數

推廣先進的灌水方式、灌水技術以及農藝措施可以減少田間無效耗水，提高田間水利用系數。如采用激光控制平地技術可使農田灌溉水利用率提高20%～30%；噴灌可使灌溉水利用系數達到0.8 以上；通過在灌區開展作物調虧灌溉、控制性分根交替灌溉、水稻控制灌溉和精準灌溉等高效用水調控技術，可減少田間無效水的消耗。

3.加強回歸水的重復利用，減少渠首灌溉引水量

灌溉水利用系數存在一定的尺度效應，回歸水及其重復利用是導致灌區灌溉水利用系數產生尺度效應的主要原因。在北方灌區，可以通過井渠結合的方式，聯合調配地表水與地下水，重復利用渠系和田間的滲漏水；在南方丘陵地區，可以采用如長藤結瓜式灌溉系統，利用灌區內的塘堰及中小型水庫攔截部分灌溉水徑流損失的水量。

六、結論與展望

1.結論

本文對國內外有關灌溉水利用系數的研究進展進行了總結，并提出了當前國內灌溉水利用系數的常用計算方法有傳統法、首尾測定法、年灌溉水利用的計算方法、修正后的連乘計算方法以及綜合測定法等，闡明了不同方法的適用性，提出了灌溉水利用系數主要由渠道防滲、灌溉技術、灌區規模、不同年份、渠道流量以及管理水平等因素所決定，指出了提高灌溉水利用系數的措施主要從提高渠系水利用系數、提高田間水利用系數和減少渠首引入水量等方面入手。

2.展望

綜上所述，今后的研究內容可以從以下幾方面開展：

（1）監測灌溉水利用系數的動態變化。

（2）確定灌區適宜的渠道襯砌率和灌溉水利用系數的閾值。

（3）制定多水源聯動調配與優化調度方案■