灌排理论新技术

考虑空间尺度的灌溉水利用系数测算方法
摘要：本文通过计算农、斗、支、干渠的损失水量，进而计算各级的灌溉水利用系数,考虑不同尺度对灌溉水利用系数的影响；最后考虑到灌溉回归水的重复利用问题以及回归水等因素对灌溉水利用系数的影响。

关键词：灌溉水利用系数；尺度；回归水
Abstract: in this paper, by calculating the loss of the main canal water of agriculture, bucket, and, we calculate the water use coefficient at all levels of irrigation and considering the influence of different scales on the irrigation water use coefficient. Finally consider the irrigation return flow and return water reuse problem on the influence of irrigation water use coefficient.
Key words: Irrigation water use coefficient；scale；returning water
0引言
灌溉水有效利用系数是指灌溉期内，灌溉面积上不包括深层渗漏与田间流失的实际有效利用水量与渠道头进水总量之比，以 表示。

该项指标不仅反映一个灌区系统工程状况、能力和田间灌溉水平，而且包含了管理水平和水的重复利用率等因素的影响，是反映全国灌溉用水有效利用总体水平的一个综合指数。

它由渠系水利用系数与田间水利用系数两部分组成。

0.1研究进展
国内外学者对灌溉水有效利用系数的理论和方法方面已有大量研究。

李远华提出尺度效应及其节水灌溉策略。

根据灌区不同尺度水分生产率和水分利用情况，讨论了灌溉水利用中的尺度效应和传统灌溉效率指标在节水效果评估及水资源调配决策中的局限性，并分析了在不同尺度节水的潜力及其相互影响，最后提出采用渠道防渗、管道输水等方法大大减少了灌溉水的渗漏损失，从而提高了灌溉水的利用系数。

谢先红提出农业节水灌溉尺度分析方法研究进展，他在文中提到在阐述节水灌溉尺度效应内涵和尺度效应存在原因的基础上，从数据获取途径、节水尺度效应描述方法和节水尺度转换方法等3个方面当前的发展进行了评述，并探讨了节水尺度分析方法的主要发展趋势。

指出了大尺度上水循环描述和不同尺度间水均衡变量尺度转换等尺度分析方面的研究。

王小军认为尝试利用分形理论为不同面积尺度灌区水有效利用系数的空间变异规律和尺度转换提供一种新的思路。

还有很多学者对这方面有很深的研究。

0.2研究目的
分析灌溉水有效利用系数空间格局及其动态变化有助于探讨影响因素和灌溉水有效利用系数的相互关系，并揭示灌溉水有效利用系数尺度变异的规律和机制。

加深对研究区灌溉
水有效利用系数影响机制的了解，进而为资源的优化配置及其合理利用提供科学依据。

依据不同地区、不同作物的不同要求，遵循因地制宜的原则，建立不同的节水工程技术模式来予以实施。

针对灌区渠系渗漏损失量大、渠系及建筑物不配套的现状，根据灌区实际，加大渠道的衬砌力度，做好灌区渠系及建筑物的配套，设置测水量水设施，减少灌水的渗漏损失，提高渠系水利用系数。

1.灌溉系统及其尺度划分
1.1 灌溉系统
灌溉系统由灌溉渠首工程，输水、配水工程和田间灌溉工程等部分组成。

20世纪50年代以来，中国在南方一些土地分散、水源不足、水土资源分布不平衡的山区、丘陵区，为了充分利用水土资源，把邻近几个小型灌溉系统连接起来，对水资源实行统一调度和管理，并把输水配水渠道和星罗棋布的塘堰相连，河水充裕时，引水充塘；河水不足时，由塘堰放水灌溉，弥补河水的不足，形成了长藤结瓜式灌溉系统。

在北方平原地区，为了提高已成灌区的灌溉保证率，扩大灌溉面积和防治土壤盐碱化，在引用地表水的灌区内部，打井提水，井渠并用，形成了地表水地下水联合运用的灌溉系统。

1.2 尺度划分
根据规范《水利水电工程等级划分及防洪标准》，灌溉面积的划分应由工程规模、效益及在国民经济中的重要性的不同确定，可以划分田间小尺度和灌区尺度。

2.小尺度灌溉水利用系数
2.1 田间水利用系数
小尺度可分为两种：一种是指灌溉面积在1万亩以下的灌区，另外一种是指田间灌溉尺度，本文主要针对的是田间尺度。

田间水利用系数是实际灌入田间的有效水量和末级固定渠道（农渠）放出的水量的比值，用符号f η表示
农净
农W m A n
f =
η 式中：A 农——农渠的灌溉面积，万亩；
n m ——净灌溉定额，m 3/亩；
W 农净——农渠供给田间的水量，万m 3。

农渠灌溉面积可以通过测量得到，农渠供给田间的水量是在水泵引水时观测记录进入田间的水量。

3.灌区尺度灌溉水利用系数
设某灌区灌溉面积A=18.09万亩，灌区有一条干渠，长15km ，下设五条支渠，各支渠长度及灌溉面积见表3-1。

每条支渠有60条斗渠，斗渠间距200m ，长2000m ，每条斗渠有20条农渠，农渠间距100m ，长1000m 。

表3-1 支渠长度及灌溉面积
1、设计灌溉模数：
t
T ⨯⨯=
36.0m
q 设
式中：m ——设计灌溉定额，m3/亩；
T ——设计灌溉天数，d ； t ——设计灌溉时间，h 。

灌区的设计灌溉定额为100 m 3/亩，灌溉天数为6天，全天灌溉。

)/m (93.124
636.0100
36.0m q 3s t T =⨯⨯=⨯⨯=
设
2、用经验公式估算输水损失水量：
m n
Q 100A
=
σ
n Q =L Q σ⋅⋅损
式中：σ——每公里渠道输水损失系数；
A ——渠床土壤透水系数； m ——渠床土壤透水指数； Qn ——渠道净流量，m 3/s ； Q 损——渠道输水损失流量，m 3/s ；
L ——最下游一个轮灌组渠道的平均工作长度，km 。

3、渠道的设计流量（毛流量）计算公式
Q Q Q =+毛净损
4、农渠渠道水利用系数（取田间水灌溉系数f 0.95η=）
∑∑∑∑=
=
农毛
农田净
农毛
农净农
Q
f
/Q Q
Q ηη
5、斗渠渠道水利用系数
Q Q η∑=
∑斗净
斗斗毛
同理算支渠、干渠渠道水利用系数。

6、斗渠灌溉水利用系数计算公式
ηηηη=⋅⋅田斗斗系农
7、支渠灌溉水利用系数计算公式
η
ηηηη=⋅⋅⋅田
斗
支系
支
农
8、灌区灌溉水利用系数计算公式
ηηηηηηη=⋅⋅⋅⋅⋅干田斗水支农作物
4.考虑回归水时的灌溉水利用系数
回归水是一项本身存在且可利用的的水利资源。

回归水由灌溉水转化而来，其生产便直接决定稻田的灌溉制度。

如果能考虑道回归水的利用就可以计划出更合理、准确的灌溉制度，做到开源节流，提高水的生产效益。

根据灌溉试验，灌溉用水水量平衡原理。

用上述资料计算全灌区可利用回归水量P
1R 1R (1R [1R 1R 1R ]
P M A ηηηηηηηηηηηηη-⋅-⋅-=⋅⋅++
-⋅-⋅-⋅+++⋅干干支支总总水干系支系
斗斗农农田田
田田
斗系农（）（
））（）（）（）
式中：A ——灌溉面积，万m 3；
M ——灌水定额，m 3/亩；
η总
——总干渠灌溉水利用系数； η干、η支、η斗——干渠、支渠、斗渠渠道水利用系数； η农——农渠渠道水利用系数； η田——田间水利用系数；
η水——灌区灌溉水利用系数；
η干系、η支系、η斗系——干渠、支渠、斗渠渠系水利用系数；
R 总、R 干、R 支、R 斗、R 农、R 田——总干、干渠、支渠、斗渠、农渠、田
间回归水利用率。

不考虑回归水利用的损失水量
1A M (1)
A M
P =
A M=
ηηη⋅⋅-⋅-⋅水水
水
式中：A ——灌溉面积，万亩；
M ——灌水定额，m 3/亩；
η水——灌溉水利用系数。

考虑回归水利用的损失水量
21P =P P -
所以考虑回归水的利用系数为
1
2
P K P =
考虑回归水时的灌区灌溉水利用系数
=K ηη⋅’水水
回归水的利用一般具有如下时空规律
从总体上说，而枯于平水年时,回归水利用率较高；而降雨丰于平水年时，回归水利用率较低。

从各级渠道来说，级别越高的渠道所产生的损失水量，其回归水利用率较低；级别越低的渠道所产生的损失水量，其回归水利用率较高。

遵循上述规律并结合灌区调查有
表4-1 灌区回归水利用率（%）
根据上述已有资料，不同土质下的灌溉回归水利用系数如下表
表4-2 考虑回归水时的灌区灌溉水利用系数
5.结语
到目前为止国内对于灌溉水利用系数的研究准确性较差，而且不能反映灌区当年灌溉水利用情况。

从传统灌溉水利用系数指标的角度来看，因传统灌溉水利用系数指标忽略了损失水的再利用，所以仅仅利用传统灌溉水利用系数指标来评估真实节水量和制定合适的节水策略是存在缺陷的。

本文通过计算农、斗、支、干渠的损失水量，进而计算各级的灌溉水利用系数。

考虑不同尺度对灌溉水利用系数的影响；最后考虑到灌溉回归水的重复利用问题以及回归水等因素对灌溉水利用系数的影响。

该方法既克服了传统测量方法中工作量大的缺点,又弥补了只测量典型渠段而引起较大误差的不足,为灌区今后经常性地测量符合实际的灌溉水利用系数及指导灌区节水工程改造等提供了一种切实可行的计算方法。

参考文献：
1 水利部农村水利司. 节水灌溉技术规范[S] . 北京:中国水利水电出版社,1998
2 中华人民共和国水利部. 灌溉与排水工程设计规范[S] . 北京:中国计划出版社,1999
3 陕西工业大学水利系水利土壤改良教研组编. 农田水利系统管理[M] . 北京:中国工业出版社,1961
4 武汉水利电力学院农田水利教研组编. 农田水利学(上册) [M] . 中国工业出版社,1961
5 汪富贵. 大型灌区灌溉水利用系数的分析方法[J] . 节水灌溉,2001(6) :25～26
6 谢柳青,李桂元,余健来. 南方灌区灌溉水利用系数确定方法研究[J] . 武汉大学学报(工学报) ,2001 ,34 (2) :17～
19。