井渠结合灌区节水量计算方法的研究

(2) 式中 : ΔEW S 为真实节水量 ; ET、ET′c 为节水前 、后年作物综合 需水 量 , m3 / hm2; P0、P0 ′分 别 为 节 水 前 、后 年 有 效 降 水 量 , m3 / hm2; Ei, l、E′i, l 分别为采取节水措施前 、后的灌溉水损失系
数 ; A 为节水灌溉面积 , hm2。
井渠结合灌区的真实节水量由式 ( 1)代入式 ( 2) 进行计
算:
ΔR ES
= [ ( ETc
-
P0 )
(1
-
η r,
c
-
ηη c r,
f
)
/ηi
-
( ET′c -
P0′) ( 1
-
η′ r, c
-
η′η′ c r, f
)
/η′i ]A
4 真实节水量计算的合理性分析
从真实节水量的定义可知 ,真实节水量为灌溉取水节水量 中所减少的不可重复利用的水量 ,这里所说的可重复利用量指 灌溉水的地下水补给量 ,因此根据水量平衡原理 ,灌溉取水节 水量与真实节水量的差值应等于计算区域节水前后地下水的 变化量 ,由此可推断真实节水量公式的合理性 。
【灌溉 ·供水 】
井渠结合灌区节水量计算方法的研究
王金贵 1, 2 ,程伍群 2 ,孟 霄 2 ,吴现兵 2 ,陈 菡 3
(1. 河北工程大学 ,河北 邯郸 056021; 2. 河北农业大学 ,河北 保定 071001; 3. 河海大学 农业工程学院 ,江苏 南京 210098)
摘 要 :通过建立井渠结合灌区灌水量平衡模型 ,系统分析了灌溉过程中水量的损耗和利用途径 ,提出了灌溉水损失系 数的概念 ,推导了灌水量损失系数和真实节水量计算公式 。经应用于唐河灌区灌溉工程真实节水量的计算结果表明 ,计 算方法是合理的 。 关 键 词 : 井渠结合灌溉 ; 灌溉水利用系数 ; 灌溉水损失系数 ; 真实节水量 ; 唐河灌区 中图分类号 : S274 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 1379 (2008) 05 0056 02
河北省唐河灌区位于保定市西南部 ,处于太行山麓的冲积 扇平原 ,灌溉面积为 4. 667万 hm2。根据实际调查 ,灌区目前采 用的灌溉工程措施有两种类型 ,一是渠道灌溉 ,二是井渠结合 灌溉 ,二者的灌溉面积各占 50% ,在井渠结合灌溉中井灌占 2 /3、渠灌占 1 /3。灌区范围内地下水排泄以人工开采为主 ,侧 向径流次之 。结合灌区实际运行情况 ,灌区灌溉田间入渗补给 系数取 0. 10。一般情况下灌区地下水开采量等于地下水的综 合补给量 ,因此唐河灌区的地下水开采率为 100% ,现状渠系水 利用系数为 0. 482,田间水利用系数为 0. 85;衬砌后渠系水利用 系数为 0. 705,田间水利用系数为 0. 90。节水改造前 、后综合灌 溉定额分别为 2 445 、1 770 m3 / hm2 [4 ] 。
由井渠结合灌区水量平衡图 ,可以建立如下几个关系式 : 灌区 地 下 水 补 给 量 = 田 间 渗 漏 水 量 + 渠 系 渗 漏 补 给 水量 +计算区外地下径流流入水量 - 计算区地下水流出量 潜水蒸发量 渠系渗漏补给水量 = 渠道引水量 ×( 1 - 渠系水利用系 数 ) - 渠系损失水量
收稿日期 : 2007 12 26 基金项目 :河北农业大学生命与非生命学院基金项目 。 作者简介 :王金贵 (1980—) ,女 ,河北保定人 ,助教 ,硕士 ,研究方向为水资源与 节水灌溉 。 通讯作者 :程伍群 ( 1965—) ,男 ,教授 ,博士 ,博士生导师 ,研究方向为水文水 资源 。 E2m ail: wangjingui - 2006@163. com
2. 2 井渠结合灌区的水量平衡分析
井渠灌区的灌溉水源包括地表水和地下水 。地表水源一 般是指河流 、湖泊 、水库 、塘坝等水体 ,通过渠系把水输送到田 间 ;地下水源是指存储于灌区地下含水层中的潜水 ,通过机井 提取 。灌区控制面积内用于农业生产的水分存储于地下水位 以上的耕作层中 ,水分的主要来源为灌区有效降水 、灌溉供水 及地下潜水通过毛细管补给 (地下水埋深小于 4 m ) 。以灌区 农田耕作层为中心 ,建立井渠结合灌区水量平衡模型 ,如图 1。
井渠结合灌溉是采取井灌与渠灌相结合的方式 ,联合运用 地表水与地下水 ,通过渠和井在灌区内布局和调配灌溉用水量 来优化 灌 区 可 用 水 资 源 的 。统 计 表 明 , 我 国 井 灌 区 面 积 约 1 222万 hm2 ,大部分分布在北方地区 [1 ] 。目前 ,评价灌区水资 源利用状况的指标主要为灌溉水利用系数 ,包括渠系水利用系 数和田间水利用系数 。灌溉水利用系数不能准确评价井渠灌 区水资源的总体利用状况 ,也不能计算灌区的真实节水量 。因 此 ,笔者从区域水资源的角度 ,通过建立灌区水量平衡模型 ,系 统分析灌溉水量的利用和损耗途径 ,推导灌区灌溉水量损失系 数 ,进而得到不同灌溉措施的真实节水量 ,这对客观评价井渠 灌区节水潜力具有理论和实际意义 。
第 30卷第 5期 人 民 黄 河 Vol. 30 , No. 5 2008年 5月 YELLOW R IVER May, 2008
腾蒸发损失量
)
/ 渠系输水过程中总损失量
)
];
η f
为田间水有
效利用系数 ; EFl 为田间灌溉水量入渗补给系数 。
整个渠系渗漏水量为 Qh
(1
-
η c
)
(1
-
EEl ) ,这部分渗漏水
可转化为地下水量为 Qh ( 1
-
η c
)
(1
-
EEl ) CG, 可开发利用的
水量为
Qh (1
-
η c
)
(1
-
EEl ) CG·EGu ,可被井灌系统抽取一次
灌溉水损失系数用来计算灌溉水损失量 ,通过比较不同灌 溉措施灌溉水损失系数的大小 ,可以计算出灌溉措施的真实节 水量 。这对从灌区水资源角度评价不同的灌溉措施和灌区不 同灌溉措施的节水潜力具有理论和实际意义 。
灌溉水损失系数可定义为 :灌溉水损失系数 = 1 - 灌溉水 利用量 / (总引水量 - 灌溉水可重复利用量 )
层渗漏及流出灌区外水量 ,则
η r, f
= EFl ·EGu ·Ew
井渠结合灌溉水损失系数 = 1 - 田间净灌溉水量 / [灌溉
引水量 - (渠系渗漏可重复利用水量 +田间渗漏可重复利用水
量 ) ] ,即
Ei, l
=
1
-
η i
/
(
1
-
η r,
c
-
ηη c r,
f
)
(1)
式中
:
η i
为井渠结合灌溉的灌
由传统的计算节水量方法计算的灌溉节水量为 11 268. 25 万 m3 ,采用式 (1) 、式 (2)计算的真实节水量为 7 356. 95万 m3。 二者之差为 3 911. 30万 m3 ,与节水前 、后地下水变化量 3 925. 8 万 m3 基本一致 ,说明以上推导的真实节水量计算公式是合理 的。
溉
水利用系数
。当灌区
为渠灌区
时 ,ηi =ηcηf;当灌区为井渠结合灌区时 ,ηi = ( hjw j + hqwq ) /w 。
3 真实节水量计算 [ 2 - 3]
计算节水灌溉措施节水量的一般方法是 ,节水前灌溉定额 减去节水后灌溉定额再乘以节水灌溉面积 。但是 ,基于水资源 观点的真实节水量 (包括资源型节水量和效率型节水量 )的计 算 ,考虑了渠系输水过程 、田间渗漏过程的深层渗漏和地表水 损失量中可重复利用水量 ,扣除了这部分水资源量 。在多年平 均情况下 ,假设节水前后降雨入渗补给及侧向补给相同 ,区域 流入流出水量可忽略不计 ,则井渠结合灌区在实施节水措施
hz = ( hjw j + hqwq ) /w
(1)
式中 : hz 为井渠结合灌区灌溉水利用系数 ; hj 为井灌水利用系
数 ; w j 为井灌开采的地下水量 , m3; hq 为渠灌水利用系数 ; wq 为
渠灌引用的地表水量 , m3; w 为井渠灌区总引水量 , m3。
2 灌溉水损失系数
2. 1 定 义
重复利用水量为
Qh (1
-
η c
)
(1
-
EEl ) CG·EGu ·Ew。
渠系输水重复利用系数 = 渠系渗漏可重复利用水量 / 渠
首引水量 , 即
η r, c
=
(1
-
η c
)
(1
-
EEl ) CG·EGu ·Ew
田间水重复利用系数 = 可被抽取重复水量 /末级渠道放
出水量 ,当地下水埋深远远超过 4 m时 ,可不考虑潜水蒸发 、深
1 灌溉水利用系数
灌溉水利用量是指通过灌溉渠系 (管道 )系统输送到田间 存贮于作物根系活动层内 ,可被作物吸收利用的水量 。灌溉水 利用系数为灌溉水利用量与灌溉总用水量的比值 ,等于渠系水 利用系数与田间水利用系数的乘积 。灌溉水利用系数是衡量 从水源引水到田间形成作物吸收利用的土壤水过程中的一个 重要指标 ,也是集中反映灌溉工程质量 、灌溉技术水平和灌溉 用水管理的一项综合指标 。采用灌溉水量加权平均 ,井渠结合 灌区灌溉水利用系数计算式为
第 5期 王金贵等 :井渠结合灌区节水量计算方法的研究
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图 1 井渠结合灌区水量平衡
田间渗漏水量 =机井取水量 ×(1 - 田间水利用系数 ) +渠
道引水量 ×渠系水利用系数 ×(1 - 田间水利用系数 )
渠系损失水量包括渠系蒸发损失 (包括水面和两侧土壤蒸
发损失 )及渠道弃水等 ,渠灌与井灌的田间水利用系数可取相
同值 。