翟 厚 松

(安徽省淠史杭灌区管理总局，安徽 六安 237005)

0 引 言

我国水资源短缺问题日显突出，农业用水占全国总用水量的64%以上[1]，且灌溉方式粗放，灌溉水有效利用率较低。灌溉水有效利用系数是评价农业灌溉用水效率的重要参考指标[2]，也是直接反映工程配套和管理水平的综合性指标[3]。灌溉水有效利用系数的测算和分析，可为判断农业节水潜力提供依据，并使各地节水农业的主攻方向得到进一步的明确。

根据测算，2017年全国灌溉水有效利用系数平均约为0.55左右[4]，这意味着从水源处引用1 m3的灌溉水，最后仅有0.55 m3能被农作物吸收利用，这与发达国家0.7至0.8[5]的利用系数差距很大，因此提高灌溉水的利用效率成为了节水的第一要务。目前灌溉水有效利用系数的测算，普遍采用水利部《全国现状灌溉水有效利用系数测算技术方案》及《全国农田灌溉水有效利用系数测算分析技术指导细则》中推荐的首尾法[6-8]，该方法具有简单准确的优点，但利用这种方法测定样点田块的净灌水量时，仍需要较多的人力物力支出[9-12]，对于大型灌区及管理人员较少的中小型灌区来讲，具体实施仍有非常大的难度[9,11]。因此，如何快速准确的测算灌区内的净灌水总量，仍是当前测算灌溉水有效利用系数的难点，寻找相应的简易替代方法也成为许多业内人士重点关注的问题[9]。

本文以淠史杭灌区淠河总干渠灌溉片为实例，利用水量平衡原理来估算区域净灌水量，并以此为基础对2019年度的灌溉水有效利用系数进行估算，最后与实测法测定的结果进行对比、分析，从而分析确定估算法替代实测法的可行性和精度，期望能为灌溉水有效利用系数的测算工作提供有益的探索与尝试。

1 研究区域与方法

1.1 灌区的基本情况

淠史杭灌区始建于1958年，由毗邻的淠河、史河、杭埠河3个子灌区组成，控制面积1.313 万km2，设计灌溉面积73.3 万hm2，是我国三座特大型灌区之一。灌区具有防洪、灌溉、城镇供水、生态供水、发电、航运、旅游等综合功能。

作为实例的淠河灌区，设计灌溉面积44 万hm2，近期实际灌溉面积41 万hm2，其中自流灌溉28.73 万hm2，提水灌溉15.27 万hm2，在灌溉面积上已超过一般大型灌区。

1.2 样点田块

2019年灌溉水有效利用系数测算时，在淠河总干渠灌溉片的上、中、下游选择了三处典型田块，分别为淠河灌区戚桥分局张拐山段、三十铺分局马集段、高刘分局新民坝段三处样点田块。三处典型田块又分别选取2个、3个、2个重复典型田块，共7个典型田块进行淠河灌区农田灌溉水有效利用系数的测定。

表1 样点田块面积及位置基本信息表Tab.1 Basic information on the area and location of the sample plots

1.3 田块净灌溉用水的实际测定

1.3.1 首尾法确定灌溉水有效利用系数的基本方法

根据《全国现状灌溉水有效利用系数测算技术方案》及《全国农田灌溉水有效利用系数测算分析技术指导细则》的有关规定，首尾法测定的灌溉水有效利用系数用下式计算：

(1)

式中：η为灌区灌溉水有效利用系数；W净为灌区净灌溉用水总量，m3；W毛灌区毛灌溉用水总量，m3。

1.3.2 毛灌溉用水总量的确定

样点灌区的毛灌溉用水总量由下式计算：

(2)

式中：W样毛为样点灌区年毛灌溉用水总量，m3；W样毛i为样点灌区第i个水源取水量，m3；n为样点灌区水源数量，个。

1.3.3 净灌溉用水总量的确定

样点灌区的净灌溉用水总量由下式计算：

(3)

式中：W样净为样点灌区年净灌溉用水总量，m3；Wij为样点灌区j个片区内第i种作物单位面积均净灌溉用水量，m3/hm2；主要为水稻，而其他旱作物雨养即可满足；Aij为样点灌区j个片区内第i种作物灌溉面积，hm2；淠河灌区的总灌溉面积为36.27万 hm2，水稻面积32.80万 hm2，而其他旱作物3.47万 hm2；m为样点灌区j个片区内的作物种类；n为样点灌区片区数量，n=3。

1.3.4 田块净灌溉用水量

在每次灌水前后按《灌溉试验规范SL13-2015》[13]有关规定，观测典型田块内不同作物年内相应生育期内计划湿润层的土壤质量含水率或体积含水率(或田间水层变化)，计算该次单位面积净灌溉用水量，得出该典型田块不同作物种类年单位面积净灌溉用水量。在各次单位面积净灌溉用水量的基础上，推算该作物年单位面积净灌溉用水量 ，即：

(4)

式中：W田净为某典型田块某作物年单位面积净灌溉用水量，m3/hm2；W田i为典型田块第i次灌溉的净灌溉用水量，m3/hm2；n为典型田块年内总灌水次数，次。

1.4 田块净灌溉用水的估算

利用水量平衡方程[14]估算田块净灌溉用水量，即：

W田净=ETc+Wd+Wp-Pe-G

(5)

式中：ETc为作物需水量，mm，用下式估算：

ETc=KcET0

(6)

式中：Kc为作物系数，根据安徽省淠史杭灌区灌溉试验总站的测算结果如表2；ET0为参考作物蒸腾蒸发量，mm；根据《灌溉试验规范(SL13-2015)》的要求，利用彭曼-蒙蒂斯(Penman-Monteith)公式计算，结果如表2。

表2 淠河灌区水稻参考作物蒸发腾发量(ET0)与作物系数(Kc)Tab.2 Rice reference crop evapotranspiration (ET0) and crop coefficient (Kc) in Pihe Irrigation District

Wd为渗漏量，mm；根据安徽省淠史杭灌区灌溉试验站灌溉试验成果，淠史杭灌区稻田渗漏量1.2 mm/d。

Wp为泡田育秧用水量，mm；根据安徽省淠史杭灌区灌溉试验站灌溉试验成果，水稻泡田育苗定额定为100 mm。

Pe为有效雨量，mm。

Pe=σP

(7)

式中：P为实际雨量，mm，各样点田块的实际雨量见表3；σ为降雨有效利用系数，根据2019年安徽省淠史杭灌区灌溉试验总站的测算结果σ= 0.94。

G为地下水利用量，mm，淠史杭灌区的地下水位低，利用量为0。

表3 样点田块水稻降雨量Tab.3 Rainfall of rice in the sample plots

2 结果与分析

2.1 实测法确定的田块净灌溉用水量

基于实测法确定的田块净灌溉用水量值汇于表4中，其中戚家桥两块田(1号、2号)的净灌溉用水分别为359.1、331.8 mm,马集两块田(3号、4号、5号)的净灌溉用水分别为424.2、404.3、503.6 mm,高刘6号、7号田的净灌溉用水分别为493.4 mm、485.3 mm。

表4 直接观测法样点灌区净用水量Tab.4 Net water consumption in sample irrigation area of measurement method

2.2 估算法确定的田块净灌溉用水量

根据式(5)所示的水量平衡方程估算分析各样点田块的净灌溉用水量，结果如表5所示。与表2中的相关数据比较可以看到，直接观测法与估算法所确定的各样点田块的净灌溉用水量没有明显的差异。

2.3 灌溉水有效利用系数

表6中列出的是两种方法测算的淠河灌区几个支渠系2019年灌溉水有效利用系数，可以看出，两种方法确定的净灌水量和灌溉水有效利用系数差别很小。2019年淠河灌区从渠首引水总量为19.1 亿m3，结合2019年淠河灌区的降雨分析，塘坝水库用水量约为6.4 亿m3；净灌溉用水为13.4 亿m3，灌溉水有效利用系数为0.52。其中，张寿支渠的灌溉水有效利用系数为0.60，望天沟分渠为0.67，吴大岗斗渠为0.66，徐圩农渠为0.69。

2.4 估算法与实测法结果的对比分析

估算法和实测法测定结果的相关关系绘制于图1，图中数据显示，不同监测样段上，两种方法确定的净灌溉用水总量之间的相关系数的平方值(R2)为0.936 4，均方根误差(RMSE)为17.982 5，标准化均方根误差(MRE)为3.60%；而两种方法确定的灌溉水有效利用系数之间的R2=0.954 6，RMSE=0.014 1，MRE=1.39 %，表明估算方法确定的灌溉水利用系数具有较高的一致性和稳定性。

表5 样点田块的净灌溉用水量 mm

表6 样点灌区净灌溉水有效利用系数Tab.6 Effective utilization coefficient of net irrigation water in the sample irrigation area

3 讨论与结论

本项研究结果表明，2019年淠河灌区灌溉水有效利用系数为0.53，较2018年的0.50有所增加，这一方面是近年来灌区续建配套与节水改造使灌区水利工程日趋完善的原因[9,15]，另一方面可能是因为2019年降雨较少、干旱使得灌区加强了对水资源调度的严格管理[16]，严格按照作物需水规律供水，杜绝跑水、漏水所致[17]。此外，本研究的结果表明，在2019年的作物生长和灌溉管理条件下，对淠河灌区而言，利用估算法确定的净灌水总量和灌溉水有效利用系数，与首尾法实际测算的结果无显著差异，说明在适当的条件下，估算法可以作为一种有效的测算灌溉水有效利用系数的方法使用，从而大大减少确定田间实际净灌溉用水量所需的人力和物力，提高灌溉水利用系数的测算效率。由于本项研究只是利用一年的数据，以及针对一个灌区进行的研究，结果是否具有广泛的适用性，还需要在多个不同类型的灌区，以及不同的水文年型下进行更加深入、系统的对比分析才能确定。

图1 两种方法确定结果的比较Fig.1 Comparison of the determination results of the two methods