灌溉用水有效利用系数对需水量的影响

（河南省豫东水利工程管理局三义寨分局）

灌溉用水有效利用系数对需水量的影响

□孟玉清□李世月□聂鑫鑫□宋欣玲

（河南省豫东水利工程管理局三义寨分局）

研究灌区引黄需水量，有利于为黄河管理部门编制中长期水量调度方案提供决策依据，便于协调黄河水资源供需矛盾。文章通过计算三义寨灌区主要作物理论灌溉需水量，结合灌区灌水现状推算灌区引黄灌溉净需水量，从而求得不同灌溉水利用系数时灌区引黄需水量，定量分析得出灌溉水利用系数每提高0.01灌区引黄节水量及增加的灌溉面积和粮食产量，对缓解灌区水资源危机和保障粮食核心区生产安全意义重大。建议今后从灌溉水利用系数的影响因素即工程因素、自然因素、灌溉管理水平、灌溉技术水平、农艺节水技术等方面采取措施，增加投资和加强管理来提高灌区灌溉水利用系数。

灌溉用水；有效利用系数；引黄需水量；影响

0 引言

随着最严格的水资源管理制度的实施，水资源日益短缺，各部门、各地区之间用水矛盾日益突出，农业用水在各行业用水中的比例呈逐年减少的趋势，截至目前，每年得不到灌溉的有效灌溉面积达到了6.67×106hm2，仅全国大型灌区每年就缺水2.00×1010m3，农业缺水呈现加重的趋势。特别是我国黄河下游地区，本来已短缺的水资源形势更加严峻，各灌区用水矛盾日益突出。因此，研究引黄需水量，探究灌溉水利用系数对灌区引黄需水量的影响，定量分析灌溉水利用系数每提高0.01的灌区引黄节水量，可为黄河管理部门编制中长期黄河水量调度方案提供决策依据，这将进一步提高黄河水量调度的科学性和前瞻性，对协调黄河水资源供需矛盾、缓解灌区水资源短缺现象，保障国家粮食安全都具有重要意义，同时也为其他引黄灌区研究引黄需水量提供参考。

1 研究区域概况

三义寨引黄灌区是河南省水利厅直管的大型灌区，担负着国家粮食生产基地豫东平原地区的农业灌溉和商丘市城市生活及工业生产供水任务。灌区取水口过水能力150 m3/s。灌区范围涉及开封、商丘两市的9个县（区），灌区设计灌溉面积21.73万hm2。灌区灌溉主要用水为黄河水和地下水。黄河水自取水口无坝自流引水，经过灌区引水总干渠、枢纽工程和各级渠系，通过引水或提水向田间输送灌溉。地下水则通过机电井提水进行灌溉。灌区灌溉采用渠灌、井灌、井灌与渠灌相结合的灌溉模式。面上配套工程在布局上采用灌排合一的方式。引水渠道和主要河道及排水沟，相互贯通形成输水网络，满足灌溉用水。灌区自1994年通水至2011年，共计引水43多亿m3，灌溉面积220.40万hm2次，补源287.40万hm2次，灌区工程效益显著。

2 灌区理论灌溉需水量计算

2.1 计算时段的选取

由于灌区主要作物冬小麦生育期为每年10月份到次年的5月份，棉花为4月份至10月份，夏玉米为6月份至9月份，灌区理论灌溉需水量测算必须与主要作物生育期相对应，故本研究计算时段统一选用为2011年10月至2012年10月。

2.2 灌区理论灌溉净需水量

灌区的灌溉需水量不仅受到灌区种植作物种类和种植面积的影响，还和灌区的气候、土质以及灌溉管理水平等因素有着密切的关系。灌区年灌溉用水量是指灌区一年灌溉需要的水量，它是由灌区实际灌溉面积、土壤性质、水文地质情况、气象条件以及各种作物的种植比例、各种作物的需水情况、灌溉管理水平、灌溉管理措施、灌溉节水措施等共同决定的。灌区某种作物一次灌水所需要的净灌溉用水量为某种作物的灌溉面积与该种作物的次灌水定额乘积，灌区作物全年净灌溉用水量为各种作物一次灌水所需的净灌溉用水量之和。

灌溉用水由水源地经各级渠道输送到田间，由于渠道渗漏、蒸发及田间渗漏等因素会造成水量损失。衡量灌溉水利用率的指标用η来表示，灌区的毛灌溉用水量计算公式为：

式中：M毛为灌区毛用水量，M净为灌区净灌溉用水量，η为灌溉水利用系数。

2.3 水平衡方程

研究采用观测分析法，水量平衡方程用作物需水量、有效降雨量、地下水利用量、田间净灌溉用水总量来表示。用下式进行计算：

式中：ETc为灌区主要农作物需水量；P为有效降雨量；G为地下水补给利用量。其他符号意义同前。

2.4 有效降雨量

有效降雨量是指能保持在田间被作物吸收用于生长发育的那部分水量，其值可以用总降雨量与地表径流、深层渗漏量之差进行计算，其有效作用的大小取决于降水强度、土壤质地、植被覆盖、地下水等情况。有效降雨量的计算方法有很多，在本研究中，为了计算方便，首先确定有效降雨的系数，通过系数乘以次降雨量所得数值即为有效降雨量。目前我国已经形成了一套适用于我国的不同降水量级的有效降水系数，即次降雨量＜5 mm，系数取0；5 mm＜次降雨量＜50 mm，系数取1；50 mm＜次降雨量＜150 mm，系数取0.8；次降雨量＞150 mm，系数取0.7。在计算三义寨引黄灌区有效降水量时，采用该经验有效降雨系数及河南省惠北水利科学试验站日观测降雨资料进行有效降雨量计算，见表1。

由表1可以看出，灌区2011年10月至2012年10月年有效降雨量为453.50 mm。

表1 灌区有效降雨量逐旬、月计算表 单位：mm

2.5 地下水补给量

地下水补给量的计算是采用惠北试验站多年观测试验得出的灌区地下水利用量的经验计算公式结合灌区的地下水埋深观测资料计算得出。根据监测统计资料的分析，灌区绝大部分地下水埋深＞2.80 m，地下水补给量基本为0，因此本测算忽略地下水补给量。

2.6 作物需水量计算

作物需水量是设计灌溉制度的主要依据，灌区作物需水量计算主要采用国内penman修正式来计算参考作物腾发量，方法采用公式3计算。

式中：ETc是指作物需水量，ET0指参考作物腾发量，Kc是指作物系数。

参考作物需水量和作物系数直接采用惠北科学实验站试验测定的数值。根据《三义寨灌区续建配套与节水改造骨干工程项目总体可行性研究报告（2012-2020年）》中的资料，三义寨灌区目前主要种植作物为小麦和玉米，经济作物为棉花，其种植比例为小麦82%、玉米70%、棉花25%。整理灌区小麦、棉花、玉米三种作物的作物系数如表2、表3、表4所示。

在作物需水量的计算过程中，主要计算了三义寨灌区主要种植作物2012年的生育期冬小麦、棉花、玉米的需水量分别为457.43、450.22、323.33 mm。结合作物种植比例，经计算，灌区2012年综合作物需水量为713.98 mm。

2.7 理论灌溉需水量计算

数据进行整合计算，可以得到灌区主要作物的生育期灌溉需水量。在计算灌区灌溉需水量时，小麦、棉花、玉米三种主要作物的种植比例分别为82%、25%、70%，灌区综合作物年灌溉需水量260.48 mm，2012年灌区实灌面积17.07万hm2，则2012年灌区年灌溉需水量为4.45亿m3。

表2 三义寨灌区主要作物小麦作物系数（Kc）表

表3 三义寨灌区主要作物棉花作物系数（Kc）表

表4 三义寨灌区主要作物玉米作物系数（Kc）表

3 灌溉引黄净需水量计算

3.1 井灌水量

井灌水量是根据灌区地下水资源总量6.92亿m3和地下水可开采量为5.85亿m3结合灌区地下水多年平均开采量3.85亿m3，占总用水量的63%。因此在研究中，认为灌区井灌水量占灌溉总水量的63%。

3.2 地下水回归补给量

本研究直接采用泾惠渠灌区地下水和水量平衡调查对影响回归水利用量的各个因素综合分析结果，将14.20%作为计算三义寨灌区地下水回归补给量占灌溉水量百分比。

3.3 灌溉引黄需水量计算

根据灌区2012年理论灌溉需水量、井灌水量、地下水回归水补给量的计算数据，灌区的灌溉引黄净需水量为理论灌溉需水量与井灌水量、地下水回归补给量之差，计算结果为1.02亿m3。

综上所述，根据灌区的作物种植比例，采用综合作物灌溉需水量，结合灌区当年的实际灌溉面积，灌区2012年实际灌溉总需水量为4.45亿m3；由于灌区为井渠结合灌溉的大型灌区，综合考虑井灌水量和地下水的回归补给量，确定出2012年灌区灌溉引黄净需水量为1.02亿m3。

4 灌溉水利用系数的概念及提高灌溉水利用系数的措施

灌溉水有效利用系数指田间净灌溉用水量与相同区域毛灌溉用水量之比，是衡量灌区从水源引水到田间作物吸收利用水的过程，是评价灌溉水利用程度的一个重要指标，也是集中反映灌溉工程质量、灌溉技术水平和灌区用水管理水平的一项综合指标。

由此可知，该数值的大小受灌区工程状况、配套设施、渠道衬砌防渗等工程因素的影响，同时也受引水量、土壤墒情、地下水资源、降水情况和土壤地质情况等自然因素的影响，还受灌区农作物种植结构、节水工程投资、农艺节水技术、水价管理等灌溉技术和灌溉管理水平的影响，作为灌区管理单位则应从灌溉工程、自然因素、灌溉管理水平、灌溉技术水平、农艺节水技术等方面采取措施，增加投资和加强管理来提高灌区灌溉水利用系数。

5 不同灌溉水利用系数的引黄需水量计算及引黄节水效益分析

三义寨灌区2012年灌溉水利用系数测算值为0.46，在现状水平年的基础上灌溉引黄净需水量为1.02亿m3，不同灌溉水利用系数的引黄需水量如图1所示：

图1 不同灌溉水利用系数的灌溉引黄需水量

由上图可以看出，现状条件下灌溉水利用系数每提高0.01大约就可为灌区节水500万m3。按灌区规划，采用小灌水定额，灌溉制度优化，求得不同作物不同水平年灌溉定额为：75%保证率时，小麦2 700 m3/hm2，玉米1425 m3/hm2，棉花1 350 m3/ hm2，那么节水量可增加灌溉小麦18.52 hm2，玉米35.09 hm2，棉花37.04 hm2；按规划水平年水分生产率达1.50 kg/m3以上，可增加粮食产量7 500 t以上，对有效缓解灌区水资源短缺，保障灌区粮食安全意义重大。

6 结语

通过以上研究分析可知，灌溉水利用系数对灌区的引黄需水量有很大影响，对农业节水意义重大。灌区的管理工作者要提高灌溉水利用系数以节约引黄需水量，增加作物需水保证率，缓解水资源供需矛盾，保证经济社会和生态环境的可持续发展。建议今后从影响灌溉水利用系数的工程因素、自然因素、灌溉管理水平、灌溉技术水平、农艺节水技术等方面采取措施，增加投资和加强管理来提高灌区灌溉水利用系数。

［1］白雪莲.内蒙古河套灌区引黄用水统计预测研究［D］.郑州，华北水利水电学院，2012.

［2］山仑，等.中国农业节水［M］.北京：中国农业出版社，2004.

［3］顾宇平，黄修桥，窦以松，等.节水灌溉工程技术规范：GB/ T50363-2006［S］.北京：中国计划出版社，2006：1-32.

［4］冯跃华，冯峰，孟玉清，等.三义寨灌区灌溉用水有效利用系数研究［R］.开封：河南省豫东水利工程管理局，2015：37-47.

TV213.9

A

1673-8853（2017）04-0018-03

2017-2-23

编辑：符蕾

河南省2014年水利科技攻关项目（项目编号：GG201429）

孟玉清（1967-），女，高级工程师，主要从事引黄灌区工程建设与管理工作。