灌溉水利用系数综合测定法

　　灌溉水利用系数是衡量农业节水效果的关键指标。对任何一种节水技术措施进行分析、比较和评价时都不能离开灌溉水利用系数。但是，我国目前各地和各灌区所给出的灌溉水利用系数却难以作为比较与衡量的标准。从各地区来讲，目前统计出的灌溉水利用系数差异极大，很多数据明显地存在错误，影响灌溉水利用系数正常测定的主要原因是传统测定方法存在测定工作量巨大、测定条件难以保证等，急需对灌溉水利用系数进行分析研究。综合测定计算方法是在分析研究的基础上提出的，既克服了传统测量方法中工作量大，需要大量人力、物力才能完成的缺点，又弥补了只测量典型渠段而引起较大误差的不足，而且能反映出灌区渠系用水情况、灌溉工程质量及灌溉用水管理水平等。为灌区今后经常性地测量符合实际的灌溉水利用系数及指导灌区节水工程改造等提供了一种切实可行的汁算方法。

　　一、典型渠道的选择及要求

　　1．选择具有代表性的典型渠道

　　典型渠道应包括衬砌渠道和未衬砌渠道，其工程完好率分别接近全灌区该级衬砌和未衬砌渠道的工程完好率，过水流量接近该级渠道的平均值。典型渠段的了程完好率和过水流量应接近典型渠道的平均值。

　　2．测流断面的选

　　应选择在渠段平直、水流均匀、无旋涡或回流的地方，断面应与水流方向垂直。测流段应基本具有稳定规则的断面。全面、认真地检查拟测渠道，清除测水断面处及附近淤积物和石块等，保持测流断面的完整和通畅。

　　3．测量方法的选择

　　测定时尽量采用流速仪表、量水建筑物测流，采用其他方法时，要用流速仪来率定。

　　4．测定条件要求

　　应在实际灌溉运行条件下测定流量及水量。测段内分水口正常分水，测量时段内渠道(渠段)流量应尽可能保持稳定。

　　5．测量渠道数量的选择

　　为减少工作量，可采取抽样测量，衬砌与未衬砌渠道分别进行测量，各级渠道按表1确定测渠数量。

　　对于井灌区，以县域为单位，以井为单元进行抽样测定。每个县域的典型井数为6眼井，其中3眼井为已建节水灌溉工程，3眼井为未建节水灌溉工程。井的选择要有代表性，应接近全县渠道防渗率和工程完好率的平均水平；测定时井的运行状态应为正常灌溉情况下的一般状态。

　　6．测量典型渠段长度要求

　　流量小于1m³/s时，渠段长度不小于lkm；流量为1～l0m³/s时，渠段长度不小于3km；流蛆为l0～30m³/s时，渠段长度不小于5km；流量大于30m³/s时，渠段长度不小于l0km。

　　二、典型渠道单位长度的输水损失率δ典渠道的计算

　　1．典型渠道(渠段)测量时段内损失水量计算

　　测量时段内的损失水量W损失为：

　　式中：W_首为测量时段内典型渠道(渠段)首部测量断面的累计水量；W_尾为测量时段内典型渠道(渠段)尾部测晕断面的累汁水量；ΣW_i为测量时段内正常运行的下级渠道测量断面的累计水量；△W_渠为测量始末典型渠道(渠段)蓄水量的变化，增加的情况取“-”号，减少的情况取“+”号。

　　要求水位、流量在测量时段内基本恒定，渠段首部、分水口及渠段尾部可同时测量。

　　2．典型渠段的输水损失δ_典段。

　　典型渠段的输水损失率等于典型渠段测量时段内损失水量与渠段上游断面的累汁水量之比，即：

　　3．典型渠道单位长度的输水损失率δ_典渠道

　　实际渠道不论是按续灌方式运行还是按轮灌方式运行，都是在分水情况下运行，流量自渠首至渠尾逐渐减小，单位长度的损失水量也相应减少，故由典型渠段的输水损失率计算实际渠道单位长度输水损失率时，必须进行换算。典型段选定后，影响渠系水利用系数的因素主要有流量变化情况、沿程分水情况及典型段选择的位置情况。因此，根据灌区实际测量验证，引入k1、k2、k3三个修正系数，典型渠道单位长度的输水损失率可由下式计算：

　　其中：

(4)

　　式中：L_典渠段为典型渠段的长度，若测量段为整条典型渠道时L_典渠段为整条典型渠道的长度，km。k₁为输水系数，Q_o为渠首流量，Q_e为渠尾出流流量。k₂为分水系数，实际渠道的分水情况是很复杂的，为便于应用，简化为线性分水，即假定换算到单位渠长上的分水量，自渠首至渠尾呈直线变化；如果实际渠道接近均匀分水，即上下游控制面积区别不大，则：k₂=0.5；B为渠道控制区的平均宽度；△B为在控制区宽度呈线性变化的假定下，首部与尾部的宽度差。K₃为位置修正系数，L₁为典型渠段中心点到典型渠道渠首的距离，L为典型渠道的长度。

　　三、灌溉水利用系数的计算

　　1．渠道水利用系数η_渠道

　　首先计算渠道单位长度的辅水损失率率σ_渠道，渠道单位长度的辅水损失率等于所选该级各典型渠段输水损失率σ_典渠道i按渠道长度L_典渠道i进行加权平均的计算值，即：

　　则，某级渠道的输水损失率δ_渠为：

　　式中：L_渠 渠为该级渠道的平均长度(km)，即该级渠道的总长度除总条数。

　　因此，某级渠道的渠道水利用系数η渠道为：

　　2．田间水利用系数η田间

　　根据《节水灌溉技术规范》(SL207-98)，田间水利用系数应按下式进行计算：

　　式中：η_田间为田间水利用系数；A为农渠控制的实灌面积，W_农净为一次灌溉农渠放出的总水量，m为设计净灌水定额。

　　充分灌溉为在作物生育期完全按高产需要水量灌溉。充分灌溉时，根据作物主要根系活动层确定不同作物不同生育期的计划湿润层深度，据此校核设计净灌水定额。稻区田间水利用系数可取0.95以上。非充分灌溉为在作物生育期部分地按生长需要实施灌溉。非充分灌溉的判别应根据作物需水量和有效降雨量、土壤水分消耗、灌溉定额等参数确定。即非充分灌溉条件下的设计净灌水定额可取实际亩均毛灌水量的90%～95%，即非充分灌溉条件下的田间水利用系数可取为0.9～0.95，亏缺量大时取上限，亏缺量小时取下限。

　　也可在灌区中选择有代表性的地块，通过实测灌水前后(2天左右)土壤含水量的变化，计算净灌水定额，算出田间水利用系数。

　　3．灌溉水利用系数η_水

　　灌溉水利用系数等于渠系水利用系数η_渠与田间水利用系数η_田间的乘积，即：

　　四、灌溉水利用系数的修正

　　1．渠道越级输水的修正

　　在灌区中存在越级渠道输水现象时，应进行修正，使计算结果更加符合实际。设根据不同的越级状况，渠系组成类型有m种，对应的灌溉面积为A₁、A₂…A_m；则渠道越级输水修正后的灌溉水利用系数为：

　　式中：η₁、η₂…η_m，为对应于A₁、A₂…A_m的灌溉水利用系数；f₁，f₂…f_m分别为A₁、A₂…A_m占总面积的权重。

　　2．渠道布置形式的修正

　　在非等效并联渠道中，同级渠道的渠道水利用系数不相等，流量也不相同。渠系水利用系数不能用各级渠道水利用系数相乘的积来计算。对于i、j上下两级非等效并联渠道，其渠系水利用系数应按下式计算：

　　式中：η_ij为i、j两级渠系的渠系水利用系数；d_k为下级第k条渠道的毛流量占下级渠道总毛流量的权重；η_i为上级渠道的渠道水利用系数；η_jk为下级第k条渠道的渠道水利用系数。

　　对非等效并联渠道的渠系水利用系数修正后，与田间水利用系数相乘即可得到灌溉水利用系数。

　　五、灌溉水利用系数的校核

　　1．首尾测定法计算灌溉水利用系数

　　在灌区中根据自然条件、作物种类的不同，选择典型灌溉地块，测定灌区每次灌水时，渠首引进的水量和作物净灌水定额以及实灌面积，用下式计算灌溉水利用系数η_水：

(12)

　　式中：m_i为第i种作物的净灌水定额；A_i为第i种作物的实灌面积；W为渠首总引水量；n为灌区作物种植种类。

　　也可通过实测灌水前后2天左右内土壤含水量的变化，计算净灌水定额，算出灌溉水利用系数：

　　式中：β_1i、β_2i为第i种作物灌水前、后计划湿润层的土壤含水率(以干土重的百分数表示)；γ_i为种植第i种作物的土的干容重，t/m³；H_i为种植第i种作物的计划湿润层深度，m。

　　2．灌溉水利用系数校核分析

　　将利用典型渠段测量法得到的灌溉水利用系数，进行越级输配水及渠道布置形式等修正计算出的灌溉水利用系数，与首尾测定法算出的灌溉水利用系数进行比较分析。

　　六、灌溉水利用系数普查测定表

　　为便于测定、计算，设定综合测定法有关表格(表2～表10，略)。　■

(作者单位：许建中、赵竞成，中国灌溉排水发展中心；高峰、黄修桥、李英能，水利部农田灌溉研究所)
责任编辑 岳梦华