灌區(qū)凈灌溉用水量實(shí)驗(yàn)分析

郭思怡

（安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院，安徽合肥 230088）

降雨時(shí)空分布的不均導(dǎo)致了中國北方地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對灌溉的依賴性較大，灌溉有利于作物生長和促進(jìn)糧食增產(chǎn)[1-2]。農(nóng)業(yè)需水量受氣候、水文、土壤及種植結(jié)構(gòu)等變化環(huán)境的綜合影響，其中氣候變化和種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整是影響灌溉需水量變化的主要驅(qū)動(dòng)因子。作物需水量和灌溉需水量是制定灌溉計(jì)劃和進(jìn)行水資源規(guī)劃的重要基礎(chǔ)[3-5]。灌區(qū)凈灌溉用水量是指灌入田間的、可被作物利用的水量。通常情況下，對于旱作物來說，凈用水量是指灌溉后保留在作物根系內(nèi)能被作物吸收利用的水量；對于水稻，除保留在根系層內(nèi)的水量外，還包括為保證水稻正常生長所必須的一定水層深度內(nèi)的水量。本次灌區(qū)凈灌溉用水量實(shí)驗(yàn)結(jié)合潁上縣2019 年度人民河灌區(qū)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。

1 灌區(qū)基本情況

1.1 潁上縣概況

潁上縣位于安徽省淮北平原南端，東鄰鳳臺(tái)，西毗阜南，南隔淮河與壽縣、霍邱相望，北與阜陽、利辛接壤。地理位置坐標(biāo)為東徑 115°56′～116°38′、北緯 32°27′～32°54′之間，東西長 72.5km，南北寬56.1km，總面積1859km2。

潁上縣屬暖溫帶與北亞熱帶的過渡地帶、半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，季風(fēng)明顯，四季分明，氣候溫和，降水適中，日照充足，無霜期長，適宜多種農(nóng)作物生長。在氣候特點(diǎn)上，春季少雨多風(fēng)，易出現(xiàn)干旱；夏季炎熱多雨，常發(fā)生洪澇；夏秋之交，時(shí)遇伏旱；冬季寒冷干燥，雨水偏少。多年平均降水量942mm，但降水在年際間和年內(nèi)的分布不均，年最大降水量達(dá)1722.5mm（1954 年），年最小降水量僅406.8mm（1966 年），年降水極差超過1300mm；全縣年均降水107d，夏季集中在6—8 月，占全年降水量的60%以上；年平均氣溫15.1℃，年平均日照時(shí)數(shù)為2213.3h，平均全年10~20℃之間的氣溫日數(shù)為177d，積溫4133.5℃；多年平均無霜期221d，多年平均蒸發(fā)量為920.5mm，年最大和最小蒸發(fā)量分別為1214.9mm 和 680.8mm。

截至2018 年底，潁上縣共有各類灌區(qū)4068 處，總有效灌溉面積96.5 萬畝。其中型灌區(qū)10 處，有效灌溉面積59.4 萬畝；小型灌區(qū)3 處，有效灌溉面積1.5 萬畝；井灌區(qū)4055 處，有效灌溉面積35.6 萬畝。

1.2 人民河灌區(qū)

人民河灌區(qū)位于潁上縣東部，涉及夏橋、江店孜、黃壩、劉集、黃橋五個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和慎城鎮(zhèn)街道辦事處，人口26.86 萬人，設(shè)計(jì)灌溉面積15 萬畝。灌區(qū)內(nèi)無蓄水工程，主要水源工程為新長林站，引潁河過境水流入人民河干渠，設(shè)計(jì)灌溉流量為15.4m3/s。

本次測算分上下游兩片進(jìn)行，上游片分別選取汪莊、吳莊、王西莊3 塊田作為樣點(diǎn)田塊，下游片分別選取王橋、方莊、汪圩3塊田作為樣點(diǎn)田塊。灌區(qū)主要種植水稻、小麥，水稻6 月17 日泡田，6 月 19 日播種，9 月 30 日收割。全生育期灌水 6~8 次，畝產(chǎn)1000 斤左右。旱作物主要為小麥，選定樣點(diǎn)田塊作物種植為水稻。人民河灌區(qū)田間灌溉情況調(diào)查表見圖1。

圖1 人民河灌區(qū)田間灌溉情況調(diào)查表

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 土壤干容重測定

每個(gè)典型田塊對角線取三個(gè)取土點(diǎn)，按10cm 一層，用環(huán)刀分層取樣，共取4 層，每層取3 個(gè)土樣，后稱重、烘干計(jì)算每個(gè)典型田塊土壤干容重。

2.2 土壤含水率測定

泡田前或灌溉前，田里土壤有開裂時(shí)，需測定土壤含水率，取土方法同土壤干容重測定法，后稱重、烘干計(jì)算土壤含水率。

2.3 田間水層測定

在樣點(diǎn)田塊對角線上至少選兩點(diǎn)用角鋼設(shè)置田間水層深度測樁，灌溉前測量并記錄樣點(diǎn)田塊田間水深。灌溉完24h 后，在樣點(diǎn)田塊測樁處再次測量并記錄樣點(diǎn)田塊田間水深。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

人民河整個(gè)生育期田間試驗(yàn)，灌區(qū)水稻6 月17 日泡田，泡田前測定土壤含水率，泡田后測定田面水深，根據(jù)測算，泡田水量分別為：上游 1#168mm、上游 2#176mm、上游 3#167mm；下游1#154mm、下游2#147mm、下游3#160mm。

除了泡田，整個(gè)生育期共灌水6 次，灌水時(shí)間分別為6 月25日、7 月 18 日、8 月 2 日、8 月 8 日、8 月 29 日、9 月 10 日根據(jù)每次灌水前后測量結(jié)果，計(jì)算該次畝均凈灌溉用水量，得出該典型田塊畝均凈灌溉用水量，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 潁上縣2019 年度直接觀測法樣點(diǎn)灌區(qū)凈用水量計(jì)算

4 成果合理性分析

為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果是否合理，本文采用計(jì)算分析法計(jì)算人民河灌區(qū)凈灌溉用水量，與實(shí)驗(yàn)分析法結(jié)果進(jìn)行對比分析。

水稻的凈灌溉需水量包括泡田水量、蒸發(fā)蒸騰水量以及必要的滲漏水量三部分。水稻全生育期（包括泡田）凈灌溉定額計(jì)算式為：

式中：Mi-水稻凈灌溉定額，mm；ETc-水稻的蒸發(fā)蒸騰量，mm；Pe-水稻生育期內(nèi)的有效降雨量，mm；Fd-水稻全生育期滲漏量，mm；Mo-育秧前的泡田定額，mm；Ge-水稻全生育期間地下水的利用量，mm。

作物各階段的需水量ETc的計(jì)算利用同階段的參考作物蒸發(fā)量ET0與相應(yīng)階段的作物系數(shù)的乘積求得，參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0采用1992 年聯(lián)合國糧農(nóng)組織提出的最新修正彭曼－蒙特斯公式計(jì)算，作物系數(shù)根據(jù)安徽省主要作物需水量等值線圖研究成果與FAO（聯(lián)合國糧農(nóng)組織）推薦的84 種作物的標(biāo)準(zhǔn)作物系數(shù)和修正公式，以及安徽省新馬橋灌溉試驗(yàn)站、蕭縣岱西灌溉試驗(yàn)站近年的灌溉試驗(yàn)資料。

潁上縣水稻種植地區(qū)的地下水埋深相對較大，水稻的地下水利用量不予考慮。泡田定額根據(jù)當(dāng)?shù)毓喔仍囼?yàn)或灌溉經(jīng)驗(yàn)確定。以水稻凈灌溉定額近似代替畝均凈灌溉用水量分析計(jì)算水稻凈灌溉用水量，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 潁上縣典型灌區(qū)主要作物凈灌溉定額

與實(shí)驗(yàn)分析法得出的人民河灌區(qū)水稻凈灌溉定額384m3/畝相比，計(jì)算分析法計(jì)算出來得水稻凈灌溉定額354 相差8%，兩者差距較小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果合理。