銅官灌區水稻灌溉制度設計

馬 奪，張瑞剛

(1.湖南中天水利水電勘察設計有限公司，長沙 410200； 2．水利部長江水利委員會 河湖保護與建設運行安全中心，武漢 430010)

作物灌溉制度是灌區規劃和設計的重要指標，是根據作物需水特性和當地氣候、土壤、農業技術及灌水技術等因素而制定的整套方案[1]。合理可行的灌溉制度，對優化灌溉規模、優化水資源調度方案及提高水資源利用率都十分重要[2]。本文結合湖南省長沙市望城區1951-2015年長系列降雨資料，選擇不利降雨頻率，綜合水量平衡法，進行銅官灌區水稻灌溉制度設計，可為同類項目科學灌溉提供理論參考。

1 灌區概況

銅官電灌站是湖南省長沙市望城區最大的電灌站灌區，位于湘江望城段東岸銅官鎮，距長沙市區32 km，水陸交通條件良好。該電灌站始建于1964年，是望城區重要的產糧基地，灌區水源為湘江，依靠銅官電灌站提水灌溉。灌區建成以來，每遇干旱季節，均發揮了重要的作用，有力地緩和灌區的干旱，是灌區約0.36×104hm2農田抗旱的核心，確保了糧食生產安全。

2 灌溉保證率及設計代表年

2.1 設計依據及計算方法

根據《節水灌溉工程技術規范》(GB/T 50363-2006)和《灌溉與排水工程設計規范》(GB 50288-1999)的有關要求[3-4]，并參照湘潭市灌溉試驗站資料，采用時歷年法進行計算。根據望城區1951-2015年(64年)降雨資料及選定的灌水方式、作物耗水時等按水量平衡法計算歷年灌溉定額，并對歷年灌溉定額進行頻率分析，選出2～3個符合設計保證率的年份，以其中灌水分配過程不利的一年為典型年，以該年的灌溉制度作為設計灌溉制度。

2.2 灌溉保證率選擇

項目區的水源主要來自區域內水庫、山塘和河壩蓄水，灌溉用水不足時由銅官電排補水。項目區種植作物全部為水稻。根據《灌溉與排水工程設計規范》(GB 50288-2018)表3.1.2[5]，并結合當地農業種植的實際情況,本次灌溉保證率取90%。

2.3 設計代表年的選擇

灌溉保證率取90%，與灌溉保證率同頻率有： 4-10月排頻同頻率的年份為2007年(89.83%)和2011年(90.91%)。再比較最不利年份，最終選定2011年作為設計代表年。

3 灌溉制度

水稻灌溉制度是指水稻播種前及全生育期內的灌水次數、每次灌水日期和灌水定額以及灌溉定額，水稻的灌溉定額即為泡田定額與生育期定額之和。銅官灌區水稻灌溉制度設計本次按照水量平衡原理，利用降雨與蒸發資料進行長系列操作計算，計算出歷年灌溉制度成果表。

3.1 灌水方法及泡田期、生育期階段劃分

銅官灌區水稻灌水方式采用“薄、淺、濕、曬”的控制灌溉模式，即薄水插秧、淺水返青、薄濕分蘗 、曬田蹲苗、回水攻胎、淺薄楊花、濕潤灌漿、落干黃熟；田間水量平衡時，采用“淺水勤灌”法，田間適宜水深根據湘潭市灌溉試驗站資料確定其水層上下限，超則排，少則蓄，灌水方式根據水稻不同生育階段對水分的要求控制田間水分，保持對禾苗的最佳供水，協調好禾苗對水、肥、氣熱的關系，發揮省水、增產的效果。生育階段適宜水深見表1。

表1 灌區水稻灌溉定額不同生育期田間適宜水深表[6]

3.2 灌溉定額

3.2.1 泡田定額

泡田期的灌溉用水量(泡田定額)可用下式計算[7]：

M1=6.67h0+0.667(S1+e1t1-P1)

式中：M1為泡田期灌溉用水量，m3/畝；h0為插秧時田面所需的水層深度，mm；S1為泡田期的滲漏量，mm；t1為泡田期的天數，d；e1為t1時期內水田田面平均蒸發強度，mm；P1為t1時期內的降水量，mm。

根據項目區土壤、氣象條件和灌水經驗，查閱長沙市望城區劃資料，結合當地經驗，早稻泡田期為4月20-27日，中稻泡田期為5月5-14日，晚稻泡田期為7月22-31日,確定雙季早稻泡田定額為825 m3/hm2；雙季晚稻泡田定額為900 m3/hm2；中稻泡田定額為975 m3/hm2。

3.2.2 水稻生育期灌溉定額

水稻各生育期內的灌溉定額計算采用水量平衡原理分析計算法，計算時段為日，即根據每年的逐日降水、作物逐日需水、滲漏量等在生育期內逐日進行田間水量平衡確定。

水量平衡方程式：

H1+P+m-E=h2

式中：H1為時段初田面水層深度，mm；h2為時段未田面水層深度，mm；P為時段內的降雨量，mm；m為時段內的灌水量,mm；E為時段內田間耗水量,mm；C為時段內排水量,mm。

計算方法：如果時段初(日)的農田水分處于適宜水層上限(hmax)經過一個時段的消耗，田面水層降至適宜水層下限(hmin)便需進行灌溉，灌至適宜水層上限，如時段內有降雨，時段灌消耗后的田面水層大于適宜水層上限，則需排水，排到適宜水層上限。項目區雙季稻灌溉定額分配值見表2。設計代表年單季稻灌溉定額分配值見表3。

表2 灌區雙季稻灌溉定額分配值表

表3 灌區單季稻灌溉定額分配值表

項目區水稻灌溉定額成果見表4。

表4 灌區水稻灌溉定額 /m3·(畝)-1

3.2.3 綜合灌溉定額

根據灌區實際情況，灌區內水稻種植結構見表5。

表5 灌區水稻種植比例表

現狀灌區內雙季稻、單季稻的種植比為76.5∶13.5，因此,綜合定額=雙季稻灌溉定額×76.5%+單季稻灌溉定額×13.5%。灌區綜合灌溉定額分配值表見表6。

表6 灌區綜合灌溉定額分配值表

3.3 設計灌溉制度

通過對銅官灌區進行長系列供需平衡分析，在64年長系列灌溉制度中選出設計保證率為P=90%，水稻灌溉定額選2011年為設計代表年。灌區早稻灌溉定額為3 525.0 m3/hm2，晚稻灌溉定額為5 250.0 m3/hm2，單季稻灌溉定額為4 875.0 m3/hm2，綜合灌溉定額為7 371.0 m3/hm2。

4 成果分析

灌溉制度的成果是灌區規劃設計的關鍵，將銅官灌區的灌溉定額與鄰近灌區試驗站成果進行比較分析，兩者結果基本一致。對比《湖南省用水定額》(DB43/T 388-2014)，銅官灌區屬于Ⅲ區，在保證率為P=90%情況下，早稻灌溉定額為3 675 m3/hm2，晚稻灌溉定額為6 300 m3/hm2，單季稻灌溉定額為6 000 m3/hm2，綜合灌溉定額為8 440.95 m3/hm2。因此，本次設計成果滿足規范要求。

5 結 語

對銅官灌區這樣采用電灌站長距離輸水的灌區而言，研究和確定灌溉制度具有非常重大的科學意義。基于水量平衡法，研究銅官灌區水稻灌溉制度設計，并將計算成果與鄰近灌區試驗站成果、湖南省用水定額進行比較，計算結果滿足要求，方法可靠。計算成果可以作為灌區規劃設計的重要依據，對同類項目灌溉制度設計具有一定的參考價值和指導意義。