灌区灌溉水有效利用系数问题

灌区灌溉水有效利用系数问题

张蔚榛

灌区灌溉水有效利用系数是灌区评价的重要指标。由于我国目前对灌溉水渗漏损失含义的理解不同，对灌区灌溉水利用系数的计算方法不同，因而对同一个灌区计算出的渠系水有效利用系数和灌溉水利用系数往往有很大差异。因此，灌区灌溉水利用系数问题是一个当前亟待进一步研究解决的问题。
渠道水和田间灌溉水的损失包括蒸发损失、渗漏损失和灌溉退水的几部分。蒸发损失难以再度直接利用，因而是无效的消耗。渠道和田间灌溉渗漏的水量大部将补给地下水。在灌区地下水位埋藏较浅的情况下，耕地的地下水的一部分将通过土壤的毛管作用，输送到作物的根系层，作为农田需水量，有效地利用于农作物的蒸发和蒸腾（在地下水埋深大的地区，为了满足作物需水的要求需要加大灌溉定额）。地下水的一部分将自灌溉的耕地转移到灌区内外的非耕地和荒地，并消耗于天然植被的蒸发和蒸腾，起到保护灌区生态环境的作用。在灌区采用井渠结合灌溉的情况下，通过水井可以重复利用渠道渗漏到含水层的地下水进行灌溉，灌区下游也可以利用上游的灌溉退水进行灌溉。这些原来被认为是损失的水量都是可以有效利用的。在灌区灌溉水有效利用系数计算中，如何考虑这部分水量是值得探讨和研究的问题。
根据灌溉水源的不同,我国北方灌区主要有： 1. 单纯利用地下水灌溉的纯井灌区； 2.
以利用地下水为主，采用沟渠引蓄地面水进行灌溉和补充地下水为辅进行灌溉的以井为主以渠补源灌区；3.
以利用渠道引取地面水为主和利用水井提取地下水相结合进行灌溉的井渠结合灌区和4.
单纯利用渠道系统引用地面水进行灌溉的纯渠灌区等四种类型。由于灌区的类型不同灌区灌溉水利用系数的计算方法也有显著差异。
1．单纯地表水或地下水灌区灌溉水利用系数的计算方法
我国常用的灌溉水利用系数η水确定方法主要有以下两种：一种是传统的方法，即各级渠道水利用系数连乘法，另一种方法是水量平衡法，即田间有效总用水量与灌区毛总用水量比法。
(1) 单纯地表水灌溉的渠灌区情况
在单纯的渠灌区若灌区有总干渠、干渠、分干渠、支渠、斗渠、农渠和毛渠等7级渠道,各级渠道平均水有效利用系数分别为η总干、η分干、η干、η支、η斗、η农、η毛，田间水的平均有效利用系数为η田，采用各级渠道水利用系数连乘法时，灌区灌溉水的利用系数可用以下公式计算。即：
η水=η总干η分干η干η支η斗η农η毛η田
(1)
某灌区各级渠道水的平均有效利用系数分别为0.93，0.786，0.827，0.824，0.824，0.850，0.861，田间水平均有效利用系数取0.85，则现状条件下灌溉水的有效利用系数为0.255。
传统的灌溉水利用系统的计算方法一般仅适用于“灌区内灌溉水重复利用比例很小的情况”；
不同年分不同季节，灌溉水的利用系统应是不同的；且同一灌区内同一级渠道的大小、长短不同，同一级渠道的渠道水的有效利用系数总干，干，
支，η斗是不相同的，因此，难以选定一个全灌区平均的总干，干，
支，η斗。由于一个灌区内不同干渠控制范围有大小，不一定都有4级～5级渠道，因而，不一定都需要用4级～5级渠道有效系数连乘，如果有的干渠控制范围内渠道只有2级，而将全灌区4级或5级渠道有效系数
连乘，势必求得的灌溉水利因系数偏小。北方灌区有的地区地下水再利用（井渠结合灌区），有的退水再利用，若认为渠道渗漏水和退水全部是损失水量，灌溉水的有效利用系数必然偏小，南方水稻田损失的水量和回归水重复利用量较大，如渠道渗漏水量全部认为是损失量，灌溉水利用系数也会偏小。在灌区灌溉水有效利用系数计算中如何合理考虑这部分有效水量实质的进一步研究的问题。

hao3ren

2006年02月04日 19:38:25

2楼

在单纯的渠灌区采用田间有效总用水量与灌区毛总用水量比法计算灌溉水的利用系数时，计算公式为：

（2）

（3）
式中：
A总为灌区的总灌溉面积，m净为灌区的平均净灌溉定额，W总为灌区毛总用水量。若灌区总引水量为52亿m3，总灌溉面积为860万亩，灌区平均净灌溉定额为200
m3/亩，则η水 = 0.33。
灌区水量平衡的方法，避开了难以选定的渠道和田间水利用系数，而直接用田间净耗水量平均值与毛供水量的比值计算灌溉水利用系数，因为不需要众多的难以确定的渠道水利用系数和田间水利用系数，有很大的优点。然而在不同年份（降雨保证率不同）每个斗渠（或农渠）所控制田块,在不同季节的净灌水定额mp均净是不同的，由于每个田块与渠首之间所经过的渠道级数并不一定相同，如何合理地选择全灌加权平均的m净也是决定灌区灌溉水有效利用系数的一个关键技术问题。
理论上讲以上两种方法，即所谓的传统方法和灌区水平衡方法，实际上其基本原理是一样的，只是简化的方法不同。设一个灌区总干有g个干渠，分别为干1、干2、……、干g；第g个干渠有j个支渠，分别为支gj；第gj个支渠有d个斗渠，分别为斗gjd；斗渠下有n个农渠或n个田块，田块或农渠控制面积为Agjdn，净灌溉定额为mgjd·n净，有效利用系数为ηfgjd·n，则根据水量平衡方程可以写成以下通式：
（4）
由于每个干渠干g的有效利用系数η干g都是不同的，每个支渠支gj，每个斗渠斗gid和田间农渠fgjdn的η支gj，η斗gjd和ηfgjdn都是不同的，严格说来必须知道这些有效利用系数和mgidn净才能求得灌区灌溉水的利用系数，实际上两种计算方法，都是近似计算法，如果各农渠（或田块）mgidn净都取平均值（或认为都是一样的）m净；各干、支、斗、农的η干g，η支gjd，η斗gjd，ηfgjdn，均取平均值η干，η支，η斗，ηf
，则（4）可以简化为：
（5）
自（5）式可写成：
(6)
表明实际上两种方法都是近似简化的计算方法，在采用传统的方法时需要有5个级别的渠道水平均利用系数。
灌区水平衡方法中除W总可实测外只需要一个灌区m净值，但实际上都隐含假设了η总干，η支，η斗，ηf为平均值，m净也是灌区的平均值。
单一区段的渠道损失常用的静水法和动水法两种方法进行测量。静水法的精度较高，采用流速仪测量的动水法精度较差。渠道的渗漏损失除与渠道流量有关外，还与渠道处于自由渗流和顶托渗流状态有关，而渗流状态主要决定于地下水的埋深。在地下水埋深较浅、顶托作用较强时，渠道的渗漏随时间的增加而减少。由于静水法的投资较高，对干旱地区有连续输水要求的地区又难以采用，且在将一定流量下渠段的渗漏损失，换算为流量变化条件下的整个渠道的渗漏损失时，还要根据区段资料在理论或经验公式的基础上进行许多计算工作，也会降低计算的精度。我国大中灌区控制面积较大，同一级渠道控制面积、渠道的断面也差别较大，因此如何实现渗漏损失的由点到面的转换，由个别区段的渗漏损失资料合理地计算整个渠系水的利用系数和灌溉水的有效利用系数是一个亟待解决的问题。

hao3ren

2006年02月04日 19:38:33

3楼

在有实测管理资料，有干、支、渠量水设备的情况下，应当根据闸门量水的实测干、支渠流量和水量，Q干、Q支、W干、W支资料，利用以下计算公式求得干渠或支渠有效利用系数：
在这种情况下，实际上η干或η支中已包含了灌区灌溉水中退水的重复利用的影响等因素，因而也更加切乎实际。
(2) 单纯利用地下水灌溉的井灌区情况
单纯利用地下水灌溉的井灌区有两种情况：一种是降雨量在500～600mm以上的半湿润地区，在采取综合节水措施的条件下地下水的补给基本可以满足灌溉用水的需要时单纯利用地下水灌溉的井灌区，另一种是山前冲轰击汕地区地下水的侧向补给比较充足，单纯利用地下水灌溉可以满足灌溉需要的井灌区。
半湿润地区的井灌区地下水的补给主要是降雨，在灌区内分布比较均匀，因而大部分灌区都是水井抽出的地下水立即在当地田间用来灌溉，渠道输水的距离短，一般渠道只有一级或两级，灌溉水的利用系数较高，计算也比较简单，用两种计算方法（利用系数连乘法和水量平衡法）求得的灌溉水利用系数不会有很大差异。
山前冲洪积扇以侧向补给为主要水源的井灌区，地下水的开发利用方式多为水源地或群井汇流的方式。有时在灌区的上游又群井开采出的地下水或直接输送至下游灌区或在平原水库中存蓄后再输送至下游灌区，在第一种情况下计算到达田间的水量时仅需考虑渠道的输水损失，而在第二种情况下还要考虑水库蓄水过程中的渗漏蒸发损失。
应当特别指出，井灌区渠道和田间损失除一部分消耗与蒸发，一部分消耗于生态耗水外，大部分渗漏量将补给地下水，在水井抽水时可以重复利用于灌溉，这部分水量在计算灌溉水的利用系数时必须自渠道和田间损失水量中扣除。由于井灌区渠道级数较少，且多采用防渗措施，渗漏的水量又可以重复利用于灌溉，因此，井灌区灌溉水的有效利用系数高于渠灌区，这是井灌区水利用系数计算的显著特点。
2．考虑灌溉渗漏的地下水、渠道退水重复利用时的灌区灌溉水利用系数的计算方法
在我国采用地表水地下水联合运用的井渠结合灌区，渠道和田间灌溉水渗漏的水量中除有一部分消耗于潜水蒸发外，大部分补给地下水。补给地下水的水量一部分消耗于生态用水(天然植被的用水)，一部分将被水井提取用来进行灌溉或作为工业和生活用水（即社会经济用水）。在过去水资源规划和管理中生态用水往往不列为专门的用水项目，而作为无效消耗。因此，在计算灌区灌溉水有效利用系数时，仅将社会经济用水作为有效水量。在单纯考虑社会经济用水（灌溉用水）的情况下灌溉水的有效利用系数应是地表水有效利用系数和地下水有效利用系数的加权平均值。例如，某灌区灌溉总引水量为52亿m3，总灌溉面积为860万亩，各级渠道水的平均有效利用系数分别为0.93，0.786，0.827，0.824，0.824，0.850，0.861，田间水平均有效利用系数取0.85，则现状条件下灌溉水的有效利用系数为0.255，灌区约有总引水量的0.745消耗于蒸发和补给地下水。若补给地下水的水量占其中的80%，而用于耕地腾发量的地下水量占其中的40%，消耗于生态用水的水量占其中的30%，可开采利用的地下水量占其中的30%，则可开发利用的地下水量约占总引水量的18%，即9.4亿m3。若地下水的有效利用系数为：

η井水=η农 .ηf=0.95×0.85=0.807

则由水井开采利用的地下水有效利用量应占总引水量的0.18×0.95×0.85=0.145，则灌区灌溉水的有效利用系数η水可自0.255提高到0.40。若考虑地下水的补给量中可用于耕地腾发量的地下水量占其中的40%，则非井渠结合灌区实际的灌溉水有效利用系数应为η水
= 0.255 + 0.745×0.8×0.4 = 0.493。
实行井渠结合后灌区灌溉水有效利用系数可提高到η水 = 0.255 + 0.145 + 0.745×0.8×0.4 = 0.638。
在综合考虑社会经济用水和生态用水时，农田消耗的地下水和生态用水均应作为有效用水的一部分，在这种情况下灌区灌溉水的有效利用系数η水自0.255可以提高到η水=
0.255 + 0.745×0.8×0.7 + 0.145 = 0.817。
灌区灌溉水的利用系数问题，目前的还研究得很不够。特别是在考虑渗漏补给的地下水消耗于耕地的腾发、生态耗水的情况下，渠道和田间灌溉水的渗漏补给地下水的水量中有多少消耗于耕地作物的蒸发和蒸腾，多少消耗于非耕地天然植被的腾发，多少灌溉退水得到重复利用，如何通过实际观测资料确定。为了保持灌区水盐平衡防止灌区积盐，需要有多少含盐的地下水作为生态用水排出区外，有多少地下水可以通过水井开采重复利用进行灌溉，如何通过地下水模拟或其他方法确定。在考虑将这部分水量作为有效利用的水量时，如何确定渠系水和灌溉水的有效利用系数才更切乎实际，都是值得进一步研究探讨的问题。

hao3ren

2006年02月04日 19:39:57

4楼

我找到了这篇文章，只可惜里面有几个公式没有，请知道的兄弟给补上