基于直接量测法对农田灌溉水利用系数的测算分析——以盐都区小型灌区为例

韦爱群，王天华，刘倩文，杨鹏程

（1.江苏省水文水资源勘测局盐城分局，江苏 盐城，224051；2.江苏省水文水资源勘测局无锡分局，江苏 无锡，214000）

灌溉水利用率系数的测定是一项系统工程，它涉及气象、水文、作物品种、地下水位埋深等多个因素，并且与水利工程设施情况、管理水平、当地的灌溉制度等密切相关。

灌溉水利用率用于反映灌区渠系输水和田间灌溉用水情况，衡量灌区从水源引水到田间作物用水过程中水利用效率的一个指标，在区域农业水资源利用和节水灌溉评价中发挥着重要的作用。

为贯彻落实我国水资源制度，充分发挥农业用水效率，科学有效指导农业灌溉，我们提出对农田灌溉用水系数进行测算，通过合理选取样点灌区，观测灌区用水量，采用直接测算法计算农田灌溉水利用系数，全面了解农田用水状况，为农田灌溉用水均衡提供科学依据[1]。

1 全区农田概况及用水情况

盐都区地处江苏省中部里下河地区，位于北纬33°07′～33°26′，东经 119°41′～120°13′之间。东、北部与亭湖区、建湖县相邻，南部与大丰市、兴化市相望，西部与宝应县接壤。全区总面积1 046.0km2。土地总面积151.7万亩，其中：耕地面积84.7万亩；园地4.28万亩；林地21.75万亩；水域及水利设施用地21.45万亩；城乡建设、工矿、基础设施等其他用地19.52万亩。

境内地势平坦低洼，河网密布，湖荡成片，圩子成群，全区共有大小沟河3 500多条，其中圩外河道30多条。全区范围内的灌区规模主要是以连片种植面积在1万亩以下的小型灌区（圩区）为主，水资源分区属里下河腹部区，该区域土壤为黏质土，保水能力强。

全区现有小型灌区228处，总面积937.3km2。试验期间，根据所选择的3处小型样点灌区测算所得的毛灌溉定额与净灌溉定额，采取算术平均后分别作为全区小型灌区的毛灌溉定额和净灌溉定额，结合全区小型灌区60.4万亩的水稻播种面积，分别计算出盐都区2020年小型灌区的毛灌溉用水总量与净灌溉用水总量。

2 样点灌区的基本情况和代表性分析

2.1 样点灌区的选择

盐都区农田灌溉水有效利用系数的影响因素主要从灌溉水量损失方面考虑，包括防渗措施、土壤质地及地下水埋深、渠道级别及灌溉技术等。盐都区地处里下河腹部区，境内土壤分为水稻土、沼泽土两大类，其中水稻土分布面积最广，占耕地面积90%以上。由于长期开发，土壤得到改造，有利于种植业、养殖业的发展。地下水埋深浅，渗漏损失小。采用节水灌溉技术，如渠道灌溉与管道灌溉、大水漫灌与节水控灌溉等之间均存在差异。此外，灌区用水管理水平的高低也是影响农田灌溉水有效利用系数的因素。作物种类的不同，如水旱作物间不同的灌水补给方式，对农田灌溉水有效利用系数的影响也不可小觑[2，3]。

盐都区均为小型灌区，单个灌区面积多集中在1000亩以下，且小型灌区之间存在一定差异，灌溉管理水平也参差不齐，导致部分小型灌区间的灌溉水有效利用系数差异较大。在实际测算时，尽量选择具有代表性的小型灌区作测算样点。

本次试验中，所选样点灌区在全区的分布较为分散，分别位于全区东南部的大冈、中南部的尚庄和位于西南部的楼王镇，基本涵盖了全区的土壤类型。

在选择小型灌区时，考虑到农业种植结构的调整，大冈佳富灌区选择在土地流转的农业示范园内，灌区实行统一管理，主要代表着盐都区现代农业的种植模式，整体管理水平较高；楼王花季园灌区属于传统的农业种植方式，当地的种植水稻历史悠久，主要代表着精耕细作的传统种植方式，整体管理水平较高；而尚庄瑞北灌区，其管理方式相对粗放，管理水平在三个灌区中最低。从灌溉管理水平分析，既有管理水平较高的小型样点灌区，也有管理水平一般的小型样点灌区，其测算成果能够较好地代表全区的整体水平。盐城市盐都区2020年度农田灌溉水有效利用系数样点灌区名单，具体见表1。

表1 盐都区2020年度样点灌区基本信息汇总表

2020年度盐都区的样点灌区共3处，典型田块6个。土壤类型为黏质土，观测作物主要为水稻，样点灌区采用水稻、小麦轮作的种植方式，水稻与小麦的种植比例约为1：1.1，全区复种指数为182.6%。结合盐都区实际，对于小型灌区本次参与测算的作物仅考虑水稻这一单一作物。测算时种植的水稻品种以全县普遍栽植的淮稻5号及两优688制种稻为主，基本能代表全区的水稻种植品种。盐都区地处里下河腹部区，河网密布、交通发达，水面积及交通用地占比较大，有效灌溉面积年际变化较小，与设计灌溉面积相差较大。

2.2 样点灌区代表性分析

保证所选择的样本具有代表性是开展灌溉水有效利用系数测算的前提条件，必须加以保证。因此，对于样点灌区的选择，主要考虑以下因素：

（1）灌区所在区域的代表性。区域代表性主要是影响灌区的降水量、土壤类型等自然因素，进而影响作物的种植比例、灌水习惯。

（2）灌区面积的代表性。灌溉水有效利用系数具有明显的尺度效应，灌区面积影响分析尺度，而且从实际管理来看，灌区面积影响到灌区管理组织的完善程度，在一定程度上反映了管理水平的高低。盐都区小型灌区数量众多，且连片面积多集中于面积在1000亩以下的规模，本次选择的小型灌区设计灌溉面积基本控制在320～450亩之间，基本能代表全区整体灌区规模。

（3）灌区管理水平的代表性。在评价灌区管理水平时，本次研究主要考虑了以下因素：硬件的建设水平，包括渠道衬砌率、渠系建筑物配套率、节水灌溉工程覆盖面积率；组织管理机构，包括灌区管理人员的配备、技术人员数量、规章制度、基层用水协会组织数量等；节水灌溉技术推广状况，水稻为主的灌区，主要是水稻节水灌溉模式、节水模式推广面积及其比例；管理水平，按照优、良、一般进行评估，每个档次均抽取一定数量的灌区进行测试，保障样本的均匀分布。将小型灌区细分为管理较好的现代农业示范园集中管理模式、传统农业精耕细作模式、传统农业粗放管理模式三种管理水平，均作一定数量的选取，不同的管理水平，均取一定数量的灌区作为样本。

根据盐都区1956～2020年面降水资料统计，盐都区多年平均降水量1 023.4mm；2020年当年降水量1 182.3mm，降水经验频率23.1%，属于丰水年型。

3 样点灌区系数测算分析成果检验

3.1 典型田块的选择

2020年度盐都区的3个样点灌区各有2个田块，即共有典型田块6个。田块的位置居于灌区中部，以避免边际效应对典型田块的测算值产生影响；同时作物的种植品种应与整个灌区保持一致，田块的管理水平，施肥状况，田块的整体平整度、灌溉渠道的类型及长度，要求基本能代表整个样点灌区平均水平[4～6]。

3.2 典型田块净灌溉水量的测量[7]

开展测量前，为提升田间水层深度的测量精度，利用稻田渗漏量测量装置对稻田的渗漏量进行对比观测，该测量装置包括一个桶形的渗桶，在桶壁上开有进水口，桶壁内安装有测量尺。测量时，在田间开挖大于渗桶截面的坑，将渗桶埋置在坑内，使水口与地面平齐，将土回填，使渗桶内的土与田间的表土在同一水平高度，进行种植。稻田放水时将渗桶上的进水口打开，放完水后利用橡胶塞将进水口堵住，即可通过桶壁内安装的测量尺进行稻田土壤水渗漏量的测定。测验地块地处平原、地势平坦，地面坡度小，对灌水均匀度的影响可以忽略不计。灌区的测量采用直接量测法。具体步骤如下：在每个典型田块的适当位置打入木桩，作为测量基准点。

3.2.1 水稻田在田面有水层时的测定方法

相较无水层田块，有水层田块田间土壤达到饱和含水量，因逐年开展典型田块灌溉水利用系数研究，研究田块具有地下水埋深浅，土壤保水性强，渗漏损失小的特点。因试验田块间相对独立封闭，田间有水层时灌溉产生的串水、渗水可以忽略不计。且小型灌区有灌溉面积小，泵站实测流量大的优势，一次灌水时间约为12h，植株蒸腾时间短，田面蒸发小，对水位计量影响微小。记录每次加水前水位和加水后水位，因田间损失较小，两者之差可记为加水量。

3.2.2 水稻田灌水前无水层田块的测定方法

在每个田块的适当位置，灌水前打入木桩，其上端与地面相平。灌水结束20min后，以此木桩上端作为起点，测定水深，该水深即为不考虑入渗损失的灌水深度H1。无水层田块加水后有部分水将渗入土壤中，因而在灌水前另外固定某点，采用直径25cm的圆铁皮筒（上下直径相同）插入土中20cm以上，以防止侧渗（筒壁与土壤紧密结合）。灌水前桶内预铺设塑料布等起到防冲作用，灌水前在桶内预先打入木桩，其上端水平，高出地面H（H一般可取大田设计灌水深度）。迅速加水与木桩顶端齐平，灌水结束20min后，以此木桩上端作为标准，测定筒内水位，此水位与木桩顶端的差值即为灌水过程中的入渗水量H2。此次灌溉的实际灌水深度为：H=H1+H2。对于旱作物，采用计划湿润层法。灌水前后分别测定计划湿润层土壤含水率，计算净灌水量。利用上述装置及水稻全生育期的累计耗水量深度，直接测试出水稻的实际灌水深度，计算出典型田块的净灌溉用水定额；结合样点灌区的播种面积，计算出样点灌区的净灌溉用水量。

3.3 样点灌区净灌溉水量的测量

将样点灌区中若干块典型田块的净灌溉定额进行算术平均，作为该样点灌区的净灌溉定额；将净灌溉定额与播种面积相乘，作为样点灌区的净灌溉用水总量。将样点灌区净灌溉水用水总量分析汇总，见表2。

表2 盐都区样点灌区净灌溉水量计算表

3.4 样点灌区毛灌溉水量的测量

小型灌区的测算相对简单，部分小型灌区在水利配套工程建设时，在渠首引水头部安装了水量计量装置，试验中可以借助于该设备进行灌区毛水量的推算；2020年的测算对于尚未安装水量计量装置的灌区，借助于便携式流速仪（StalkerⅡSVR型）实测推算，也可以利用输水渠道中现有的分水闸、量水堰进行测量推算。其中佳富灌区、瑞北灌区、花季园灌区的泵站设计流量分别为 0.15m3/s、0.15m3/s、0.2m3/s，渠首引水量分别为 7.18（万 m3/年）、4.78（万 m3/年）、2.60（万 m3/年），小型灌区灌溉面积较小，泵站流量较大，有助于减小改水成数进而提升灌水质量。

3.5 计算灌溉水有效利用系数

典型田块净灌溉定额试验结束后，将参与测算的典型田块田间净灌溉情况进行整理，得表3。

表3 盐都区灌溉水有效利用系数计算表

将田间净灌溉水层深度H（mm）换算为净灌溉定额（m3/亩）需乘以换算系数0.667，即：

毛灌溉用水量Wt，采用下式计算：

式中，Q为泵站实测流量，m3/s；T为提水总时长，s。

由此可计算出灌溉水有效利用系数：

式中，ηw为灌溉水有效利用系数；mj为净灌溉定额，m3/亩；Aj为末级固定渠道控制的实灌面积，亩；Wt为毛灌溉用水总量，m3。

典型田块净灌溉定额试验结束后，将参与测算的典型田块田间净灌溉情况进行整理，得出盐都区2020年农田灌溉水有效利用系数为0.670。计算结果见表4。

表4 盐都区小型样点灌区计算成果汇总表

盐城市盐都区2020年与2019年的灌区选择一致，种植模式相同，所以其结果具有可比性。现将2020年农田灌溉水有效利用系数与2019年的数据相对比，结论见表5。

表5 盐都区2019～2020年灌溉水有效利用系数汇总表

4 结论

随着水资源问题日益突出，水资源利用率在农业灌溉方面日益受到重视，科学的计算农业灌溉水利用率，可通过合理配置水资源，显著提升水资源利用率。以盐城市盐都区农田灌溉水为例，计算出2020年的农业灌溉水利用率，得到如下结论：

（1）2020年盐都区农田灌溉水利用系数为0.670，该结果与盐都区现有的农田灌溉水平基本相符，与2019年的测算结果相持平，能较好地反映盐都区现有农田灌溉水平，本次测算成果基本合理、可靠。

（2）在进行样点灌区测算时，重点加强了渠首引水量与田间水层深度测量方面的测定，极大地减少因测量误差对计算结果造成的影响。

（3）通过试验实测，盐都区2020年农田灌溉水有效利用系数为0.670，参考《盐城市2020年灌溉水有效利用系数测算成果报告》，盐都区农田灌溉水有效利用系数测定结果在盐城市所属各县（市、区）中处于领先水平，可为县域农田灌溉用水发展提供一定参考。