安徽省淮北地区不同水文年小麦_玉米水量供需平衡分析

[文章编号]1007 4929(2003)06 0011 04

试验研究

安徽省淮北地区不同水文年

小麦、玉米水量供需平衡分析

李金冰,曹秀清,汤广民

(安徽省

水利部淮委

水利科学研究院,安徽蚌埠233000)

[摘 要] 依据安徽省水科院新马桥农水综合试验站1996~2001年作物水分生产函数专项试验资料和分布于安徽淮北地区北、中、南部8个试验站(点)历年的试验统计资料,从淮北地区不同年型作物的需水量、有效降雨量、地下水利用量和灌溉需水量计算入手,利用水量平衡原理详细分析了小麦和玉米在不同年型需要的净灌溉水量。由此说明了该区补充性灌溉的特征和实施灌溉的必要性,同时对客观地认识该区农业灌溉的特性、作用以及科学、合理、高效利用灌溉水资源提供了理论、技术指标依据和决策依据。

[关键词] 水量供需平衡分析;节水灌溉;淮北地区

[中图分类号]S271 [文献标识码]A

0 引 言

安徽淮北地区总面积为3.74万km2,其中耕地面积为210万hm2。本区地势平坦,水土光热资源较为丰富,是安徽省主要商品粮生产基地。本区属暖温带半湿润季风气候区,多年平均降水量为770~950mm,自北向南递增;降水的年际间和年内分布不均,年际间最大与最小比值达3~4,年内则主要集中在汛期,6~9月份的降雨量约占全年总雨量的60%~70%。土壤主要为砂姜黑土和潮土两大类,其中砂姜黑土所占的面积最大,约为该区耕地面积的53%。农业灌溉属补充性灌溉,灌溉水源主要来自于浅层地下水和河道蓄水。受气候条件、土壤以及灌排技术等因素的制约,本区农业生产中旱涝渍等灾害时常发生,灌溉水资源利用率低,水分生产率和经济效益不高,水资源浪费现象较为普遍。本区种植的作物主要有小麦、大豆、玉米、油菜和棉花,花生、山芋和烟叶等其他作物仅限于局部地区种植,且面积不大,耕作制度多为一年两熟制。由于农业是用水大户(农业水资源的利用量约占整个水资源利用量的70%),充分认识淮北地区主要农作物在不同水文年的灌溉特征以及在满足作物充分供水的条件下,不同作物的缺水量,对于缓解水资源供需矛盾,提高水资源利用技术和开展节水灌溉工作具有举足轻重的作用。

1 淮北分区

安徽淮北地区无论是自然条件、资源条件,还是农业生产特征、发展方向和社会经济条件等都不尽相同,存在一定的地区性差异。根据该地区气象、土壤及水文地质等自然资源条件的相对一致性,以及农业生产特征和发展方向的类似性,将淮北地区分为北部、中部和南部3个分区。淮北北部分区:包括砀山县全部、萧县和亳州市谯城区大部以及界首市、太和县、涡阳县小部,土壤为潮土类,多年平均降水量小于800mm。淮北南部分区:包括阜南、颍上、凤台、淮南市、怀远、五河大部和蚌埠市北郊,属沿淮淮北岗洼滩兼有地区。土壤主要有砂姜黑土、潮土、水稻土和潮棕壤等4类,多年平均降水量在900mm 以上。淮北中部分区:介于淮北北部和南部之间的广大河间平原区,土壤主要为砂姜黑土,其中局部的低山残丘为棕壤、褐土、黑色石灰土以及沿内河两岸的潮土和坡黄土,多年平均降水量为800~900mm。

2 农田水量供需平衡分析

农田水量供需平衡计算是灌溉决策的重要依据。当某一

[收稿日期] 2003 06 24

[作者简介] 李金冰(1977 ),男,助理工程师。11

节水灌溉 2003年第6期

时段农田的可供水量不能满足作物的需水要求时就需要进行人为灌溉补充。一定区域某时段农田的可供水量主要由有效降雨量、地下水补给量和土壤有效贮水量3部分组成;农田水分的消耗则主要为作物腾发(对于旱作物而言渗漏量为零)。农田水量平衡计算公式为:

m i=ET mi+ S i-P oi-W G i

式中 m i第i阶段的净灌溉水量,mm;

P oi第i阶段的有效降雨量,mm;

W G i第i阶段地下水补给量,mm;

S i第i阶段土壤有效贮水量的变化,其值为时段末

和时段初土壤有效贮水量的差值,根据来水、用

水和土壤水分进行推求,mm;

ET mi第i阶段作物需水量,mm。

2.1 需水量

作物的需水量是指在适宜的土壤水分和肥力水平下,经过正常生长发育并获得高产时全生育期所需消耗的水量。影响作物需水量的因素比较多,诸如气象条件、土壤条件、作物类别和品种、耕作水平和栽培方式等。作物需水量是一个随时间和空间而不断变化的变量,在不同年份和不同地区其值是不同的。本文中以淮北地区历年灌溉试验成果和1996~2001年新马桥农水综合试验站水分生产函数专项试验结果为基础,通过对分布于该地区北部的萧县岱西、砀山县孟饭棚、亳州市黄庄,中部的阜阳市坎河溜、宿州市桃园、安徽省水科院新马桥和南部的颍上县八里河、省水科院赵宋等8处试验站(点)历年试验资料和气象资料的统计分析,分别得出了不同水文年型不同地区小麦和玉米需水量如表1所示。

由表1可知:小麦的需水量随时空变化而变化,取值区间为370~500mm;变化趋势表现为同一地域需水量随降雨频率的增加而增大,同一降雨频率时对应的需水量北部大、南部小,由北向南呈递减规律变化。需水高峰出现在抽穗-乳熟阶段,该阶段的需水量占总需水量的1/3,需水强度平均达到4.3 mm/d。玉米是安徽淮北地区秋季的主要种植作物,由于生长期正值盛夏高温天气,其需水量和需水强度较大,对水肥条件的要求也较高。多年平均需水量在390~420mm之间,南部较小、北部较大,丰水年较小、枯水年较大,北部地区大旱年(95%)玉米的需水量达到约520mm。其阶段需水量以拔节-抽雄期为最大,需水模比系数达到30%左右,而需水强度则抽雄-灌浆期最大,平均为5.23mm/d,阶段需水量和需水强度均呈中间大、两头小!的变化趋势。

2.2 有效降雨量

有效降雨量是指降雨通过入渗后保存于土壤计划湿润层中能被作物直接利用的那部分降雨量,其值为降雨量减去地面径流量、深层渗漏量和降雨期间的蒸发损失量以及植株截留量等。影响有效降雨量的因素很多,包括气象因素、土壤因素以及雨前土壤含水量、地下水埋深、植被覆盖情况、作物根系层深度以及耕作栽培方式等。本文中各分区不同水文年型的有效降雨量及其分布采用典型年法和有效系数法,以旬为计算时段。即通过对1951~2000年50年长系列降雨进行频率分析,用有效系数法分别确定几个主要降雨频率(50%、75%、90%和95%)各作物全生育期的有效雨量值,根据该值选择典型年,按典型年实际降雨过程以旬为单位进行分配。有效降雨系数的取值主要根据安徽省水科院五道沟水文实验站和淮北各地的试验研究成果而定,见表2。各分区不同水文年型的旬有效降雨计算结果见表3。

表1 不同水文年型小麦和玉米的需水量mm 生育阶段编号i1234全生育期

小

麦

需

水

量

北

部

多年平均114.6123.4141.061.7440.7

P=50%113.5122.3139.761.1436.7

P=75%118.6127.7146.063.9456.2

P=90%127.8137.6157.368.8491.5

P=95%128.8138.8158.669.4495.6中

部

多年平均101.6109.5125.154.7390.9

P=50%102.1109.9125.655.0392.6

P=75%107.0115.2131.757.6411.5

P=90%117.4126.4144.463.2451.4

P=95%121.4130.7149.465.4466.8南

部

多年平均97.3104.8119.852.4374.3

P=50%95.5102.8117.551.4367.3

P=75%108.9117.3134.058.6418.8

P=90%113.5122.2139.761.1436.5

P=95%117.2126.2144.363.1450.8

玉

米

需

水

量

北

部

多年平均87.8121.2108.7100.3418.0

P=50%89.1123.0110.3101.8424.2

P=75%93.3128.8115.5106.6444.2

P=90%103.0142.3127.6117.7490.6

P=95%109.1150.7135.1124.7519.5中

部

多年平均84.0116.0104.096.0400.0

P=50%85.2117.7105.597.4405.8

P=75%89.4123.5110.7102.2425.8

P=90%98.6136.1122.0112.7469.4

P=95%104.4144.2129.2119.3497.1南

部

多年平均81.9113.1101.493.6390.0

P=50%83.1114.8102.995.0395.8

P=75%87.2120.4108.099.7415.4

P=90%96.1132.7119.0109.8457.7

P=95%101.8140.6126.0116.3484.7

注:∀小麦生育阶段中1、2、3、4分别为播种-拔节、拔节-抽穗、抽穗-乳熟和乳熟-收获;#玉米生育阶段中1、2、3、4分别为播种-拔节、拔节-抽雄、抽雄-灌浆和灌浆-收获。

表2 安徽淮北地区有效降雨系数

旬雨量/mm0~1515~3030~5050~100>100降雨有效系数0.950.850.720.540.43 2.3 地下水利用量

地下水利用量是地下水通过土壤毛管作用向作物根系层运动被作物所利用的那部分水量,其值主要与地下水埋深、土壤质地、作物种类和作物生育阶段等因素有关。根据淮北不同地区降雨资料和地下水埋深实测资料,分别推求夏季和秋季作