灌区灌溉水有效利用系数测算分析技术
“首尾测算法”
1.灌区灌溉水有效利用系数测算方法概述
1.1灌区灌溉水有效利用系数的内涵
（1）灌区灌溉水有效利用系数
灌溉水是指采用必要的工程技术措施，对天然状态下的水进行有目的的干预、控制和改造，为农田灌溉提供的水量。灌溉水可以是从水库、河流引来或用水泵提取的地表水，也可以用水泵从井提取的地下水。灌区在灌水时，灌溉水除一部分为被灌溉的农作物耗用外，还有一部分水量是在输水、配水和灌水过程中损失掉，没有被农作物利用，这部分水量也称为非生产性水量损失。这些损失主要有：①渗漏损失，包括各级输水渠道渗漏和田间深层渗漏；②蒸发损失，渠道中的水面蒸发，一般仅占渗漏损失的1/20～1/50；③田面流失，由于灌水流量过大，与灌水沟、畦规格不相适应，水稻田的田埂不坚固，或采用不合理的灌水方法，流失到灌溉地以外的水量；④泄水损失，由于配水与田间灌水不协调，或控制建筑物不完整以及不良的灌水习惯，流失到排水沟或灌区以外的水量；⑤跑水损失，因工程质量不好，引起渠堤决口跑水造成水量损失。灌区灌溉水有效利用系数就是：渠首的总引进水量扣除了损失水量外，能够被农作物利用的净水量与渠首的引进灌溉水量的比值。可用下式表示：
?g?WWjm （1-1）
式中：ηg—灌区灌溉水有效利用系数； wj —灌溉时能够被农作物利用的净水量； wm—渠首引入的总水量。
（2）测定灌区灌溉水有效利用系数的意义
灌溉水有效利用系数是反映灌区从水源引进的灌溉水能被作物吸收利用程度的重要指标，也是反映灌区输水、配水和田间灌水所采用的工程、技术和管理水平高低的指标。在我国国家标准《节水灌溉工程技术规范》中规定：灌区的灌溉水有效利用系数，大型灌区不应低于0.50；中型灌区不应低于0.60；小型灌
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区不应低于0.70；井灌区不应低于0.80；喷灌区、微喷灌区不应低于0.85；滴灌区不应低于0.90。而据2011年测算分析，我国目前灌区平均灌溉水有效利用系数仅为0.51 ，节约用水的潜力很大。因此，进一步加大灌区续建配套节水改造，发展高效节水灌溉，提高灌溉水有效利用系数是我国灌区建设中一项重要的战略任务，任重而道远。
灌溉水有效利用系数是衡量从水源引水到田间作物利用过程中灌溉用水效率状况的一个关键性指标，能够比较客观真实地反映灌溉工程设施状况、灌溉技术水平、用水管理水平等多种因素对灌溉用水效率的综合影响，因而也成为政府科学规划和宏观决策的重要依据。为适应今后我国节水灌溉发展的形势和资源节约型社会建设的要求，跟踪测算分析各省及全国灌溉用水效率的变化情况，为正确评价全国节水灌溉发展成效、科学制定节水灌溉发展目标和分析节水潜力提供基础依据和支撑，开展灌溉水有效利用系数的测算工作具有十分重要的意义。
1.2确定灌区灌溉水有效利用系数的传统方法
灌溉水从水源引入贮存到作物根层供作物吸收利用，是通过灌区各级渠道输水至田间，均匀地分配到指定的灌溉面积上，贮存在作物根层土壤中转化为土壤水来实现的。因此，灌溉水在这个过程中的水量损失，可分解成渠系输水损失和田间灌水损失两部分。渠系水利用系数是衡量渠系输水利用程度的指标；田间水利用系数是衡量田间灌溉水利用程度的指标。
（一）渠系水有效利用系数的确定
渠系水利用系数用扣除各级渠道输水损失后，进入田间的净水量与渠首引水量的比值来表示。因此，要确定渠系水利用系数应首先确定各级渠道的渠道水利用系数。
1、渠道水有效利用系数：
是同时期放入下一级渠道的流量（或水量）之和与该级渠道首端进入的流量（或水量）的比值。
（1）计算方法：可用下式计算：
Q???Qqms??WWms （1-2）
式中： ηq—渠道水利用系数；
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ΣQs、ΣWs—同时期放入下一级渠道的流量（或水量）； Qm、Wm—渠道首端引入的流量（或水量）。
（2）测定方法：
1）动水测定法：根据渠道沿线的水文地质条件，选择有代表性的渠段，其长度应符合：①流量小于1m3/s时，渠道长度L≥1km；②流量为1～10m3/s时，L≥3km；③流量为10～30m3/s时，L≥5km；④流量大于30 m3/s时，L≥10km。中间无支流，观测上、下游两个断面同时段的流量，其差值即为损失水量。
2）静水测定方法：选择1 段具有代表性的渠段，长度50～100m，两端堵死，渠道中间设臵水位标志，然后向渠中充水，观测该渠段内水位下降过程，根据水位变化即可计算出损失水量。
用上述两种测定方法测定渠段的水量损失后，换算成单位长度水量损失率，即可用下式计算出渠道水利用系数：
??1??L （1-3）
g式中：σ—渠道单位长度水量损失率（%/km）； L—渠道长度（km）。
2、渠系水有效利用系数：
是在一轮灌水期间或一定时期间末级固定渠道供给田间的总水量与渠首从水源引入的总水量之比值。可用下式计算：
?c?WWtm （1-4）
式中：ηc—渠系水利用系数；
Wt—在一轮灌水期间末级固定渠道供给田间的总水量； Wm—渠首从水源引入的总水量。
渠系水利用系数也可以用各级渠道水利用系数连乘的方法求得，如下式所示（以4级固定渠道为例）：
????????? （1-5）
cgydn式中：ηc—渠系水利用系数； ηg—干渠渠道水利用系数；
ηy—支渠的加权平均渠道水利用系数；
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ηd—斗渠的加权平均渠道水利用系数； ηn—农渠的加权平均渠道水利用系数。
计算某级渠道的加权平均渠道水利用系数时，应用同级各条渠道实测的正常流量值与各条渠道的渠道水利用系数的乘积求取。如下式所示：
...?.Q??Q??Q??....Q??.....Q?Q?Q?...........Q112233no123nn. （1-6）
式中：ηo—某级渠道的加权平均渠道水利用系数； Qn—某级渠道的某条渠道正常流量；
ηn—某级渠道的某条渠道的渠道水利用系数。
（二）田间水有效利用系数的确定
田间水利用系数用扣除灌溉水从末级固定渠道末端进入田间过程中的水量损失后，贮存到作物计划湿润层中的净水量与从末级固定渠道末端进入田间水量的比值来表示。
（1）计算方法：可用下式计算： ??tWWjt?AMWjtj （1-7）
式中： ηt—田间水利用系数；
wj —灌后贮存到作物计划湿润层中的净水量； wt—从末级固定渠道末端进入田间的水量。
AJ—灌区净灌溉面积；
Mj—灌溉前后实测作物计划湿润层土壤水分得出的灌水定额。
（2）测定方法：在灌区中选择有代表性的灌溉地块，通过实测灌水前后（1～3d内）土壤含水量的变化，计算净灌水定额，用下式算出田间水利用系数：
?????HA?10 ?? （1-8）
W221tt式中：β1、β2—分别为灌水前后作物计划湿润层的土壤含水率（以干土重的百分数表示）；
γ—土的干容重（t/m3）； H—作物计划湿润层深度（m）；
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A—灌溉面积（hm2）； 其余符号同前。
水稻如采用旱作栽培，则田间水利用系数的计算和测定方法同上述；如采用淹灌，则净灌水定额为灌后达到田面设计水层深度增加的水量与稳定渗漏量之和，测定和计算方法可参照有关规范。 （三）灌溉水有效利用系数的确定
（1）对于渠灌区，可用下式计算： ??gWWjm???? （1-9）
ct式中各符号意义同前。
（2）对于井渠结合灌区，可用下式计算： ??g?W??WzzqqW （1-10）
式中： ηz—井灌水利用系数； Wz—灌溉时地下水用量；
ηq—渠灌水利用系数； Wq—灌溉时渠首引进的水量；
W—井渠结合灌区总灌溉用水量，即Wz+ Wq。
1.3 灌区灌溉水有效利用系数传统确定方法存在的问题和难点
从以上对灌溉水有效利用系数的传统确定方法的叙述得知，用这些测定计算方法确定灌溉水有效利用系数很繁杂，综合起来有以下问题和难点：
1、测定工作量很大
一个灌区的固定渠道一般都有干、支、斗、农4级，大型灌区级数更多，而每一个级别的渠道又有多条，特别是斗、农渠数量更多，采用（1-6）式计算某级渠道的加权平均渠道水利用系数时，测定工作量很大。灌溉地块自然条件和田间工程情况也存在差异，要取得较准确的田间水利用系数，也需要选择众多的典型区进行测定。可见无论是渠系水利用系数，还是田间水利用系数测定工作量都很大，这亦是目前许多灌区没有系统测定过灌溉水有效利用系数的原因。
2、测定所需的条件难以保证
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