□孟玉清□李世月□聶鑫鑫□宋欣玲

（河南省豫東水利工程管理局三義寨分局）

摘要：研究灌區(qū)引黃需水量,，有利于為黃河管理部門編制中長期水量調度方案提供決策依據,，便于協(xié)調黃河水資源供需矛盾。文章通過計算三義寨灌區(qū)主要作物理論灌溉需水量,，結合灌區(qū)灌水現狀推算灌區(qū)引黃灌溉凈需水量,，從而求得不同灌溉水利用系數時灌區(qū)引黃需水量，定量分析得出灌溉水利用系數每提高0.01灌區(qū)引黃節(jié)水量及增加的灌溉面積和糧食產量,，對緩解灌區(qū)水資源危機和保障糧食核心區(qū)生產安全意義重大,。建議今后從灌溉水利用系數的影響因素即工程因素、自然因素,、灌溉管理水平,、灌溉技術水平、農藝節(jié)水技術等方面采取措施,，增加投資和加強管理來提高灌區(qū)灌溉水利用系數,。

關鍵詞：灌溉用水；有效利用系數,；引黃需水量,；影響

0 引言

隨著最嚴格的水資源管理制度的實施，水資源日益短缺,，各部門,、各地區(qū)之間用水矛盾日益突出，農業(yè)用水在各行業(yè)用水中的比例呈逐年減少的趨勢,，截至目前,，每年得不到灌溉的有效灌溉面積達到了6.67×106hm2，僅全國大型灌區(qū)每年就缺水2.00×1010m3,，農業(yè)缺水呈現加重的趨勢,。特別是我國黃河下游地區(qū)，本來已短缺的水資源形勢更加嚴峻,，各灌區(qū)用水矛盾日益突出,。因此,，研究引黃需水量,，探究灌溉水利用系數對灌區(qū)引黃需水量的影響，定量分析灌溉水利用系數每提高0.01的灌區(qū)引黃節(jié)水量,，可為黃河管理部門編制中長期黃河水量調度方案提供決策依據,，這將進一步提高黃河水量調度的科學性和前瞻性,，對協(xié)調黃河水資源供需矛盾、緩解灌區(qū)水資源短缺現象,，保障國家糧食安全都具有重要意義,，同時也為其他引黃灌區(qū)研究引黃需水量提供參考。

1 研究區(qū)域概況

三義寨引黃灌區(qū)是河南省水利廳直管的大型灌區(qū),，擔負著國家糧食生產基地豫東平原地區(qū)的農業(yè)灌溉和商丘市城市生活及工業(yè)生產供水任務,。灌區(qū)取水口過水能力150 m3/s。灌區(qū)范圍涉及開封,、商丘兩市的9個縣（區(qū)）,，灌區(qū)設計灌溉面積21.73萬hm2。灌區(qū)灌溉主要用水為黃河水和地下水,。黃河水自取水口無壩自流引水,，經過灌區(qū)引水總干渠、樞紐工程和各級渠系,，通過引水或提水向田間輸送灌溉,。地下水則通過機電井提水進行灌溉。灌區(qū)灌溉采用渠灌,、井灌,、井灌與渠灌相結合的灌溉模式。面上配套工程在布局上采用灌排合一的方式,。引水渠道和主要河道及排水溝,，相互貫通形成輸水網絡，滿足灌溉用水,。灌區(qū)自1994年通水至2011年,，共計引水43多億m3，灌溉面積220.40萬hm2次,，補源287.40萬hm2次,，灌區(qū)工程效益顯著。

2 灌區(qū)理論灌溉需水量計算

2.1 計算時段的選取

由于灌區(qū)主要作物冬小麥生育期為每年10月份到次年的5月份,，棉花為4月份至10月份,，夏玉米為6月份至9月份，灌區(qū)理論灌溉需水量測算必須與主要作物生育期相對應,，故本研究計算時段統(tǒng)一選用為2011年10月至2012年10月,。

2.2 灌區(qū)理論灌溉凈需水量

灌區(qū)的灌溉需水量不僅受到灌區(qū)種植作物種類和種植面積的影響，還和灌區(qū)的氣候,、土質以及灌溉管理水平等因素有著密切的關系,。灌區(qū)年灌溉用水量是指灌區(qū)一年灌溉需要的水量，它是由灌區(qū)實際灌溉面積,、土壤性質,、水文地質情況,、氣象條件以及各種作物的種植比例、各種作物的需水情況,、灌溉管理水平,、灌溉管理措施、灌溉節(jié)水措施等共同決定的,。灌區(qū)某種作物一次灌水所需要的凈灌溉用水量為某種作物的灌溉面積與該種作物的次灌水定額乘積,，灌區(qū)作物全年凈灌溉用水量為各種作物一次灌水所需的凈灌溉用水量之和。

灌溉用水由水源地經各級渠道輸送到田間,，由于渠道滲漏,、蒸發(fā)及田間滲漏等因素會造成水量損失。衡量灌溉水利用率的指標用η來表示,，灌區(qū)的毛灌溉用水量計算公式為：

式中：M毛為灌區(qū)毛用水量,，M凈為灌區(qū)凈灌溉用水量，η為灌溉水利用系數,。

2.3 水平衡方程

研究采用觀測分析法,，水量平衡方程用作物需水量、有效降雨量,、地下水利用量,、田間凈灌溉用水總量來表示。用下式進行計算：

式中：ETc為灌區(qū)主要農作物需水量,；P為有效降雨量,；G為地下水補給利用量。其他符號意義同前,。

2.4 有效降雨量

有效降雨量是指能保持在田間被作物吸收用于生長發(fā)育的那部分水量,，其值可以用總降雨量與地表徑流、深層滲漏量之差進行計算,，其有效作用的大小取決于降水強度,、土壤質地、植被覆蓋,、地下水等情況,。有效降雨量的計算方法有很多，在本研究中,，為了計算方便,，首先確定有效降雨的系數，通過系數乘以次降雨量所得數值即為有效降雨量,。目前我國已經形成了一套適用于我國的不同降水量級的有效降水系數,，即次降雨量＜5 mm，系數取0,；5 mm＜次降雨量＜50 mm,，系數取1；50 mm＜次降雨量＜150 mm,，系數取0.8,；次降雨量＞150 mm，系數取0.7,。在計算三義寨引黃灌區(qū)有效降水量時,，采用該經驗有效降雨系數及河南省惠北水利科學試驗站日觀測降雨資料進行有效降雨量計算，見表1,。

由表1可以看出,，灌區(qū)2011年10月至2012年10月年有效降雨量為453.50 mm。

表1 灌區(qū)有效降雨量逐旬,、月計算表 單位：mm

旬上中下合計月10 6.20 22.60 0 28.80 11 12.00 21.12 14.50 47.62 123789總計0 0 0 0 10 0 0 0 20 0 0 0 5.90 5.10 0 11.00 40 0 50 40.90 40.90 6.70 0 6.70 60 0 0 0 94.44 48.30 18.00 160.74 13.30 66.76 0 80.06 40.68 28.60 0 69.28 10 0 8.40 0 8.40453.50

2.5 地下水補給量

地下水補給量的計算是采用惠北試驗站多年觀測試驗得出的灌區(qū)地下水利用量的經驗計算公式結合灌區(qū)的地下水埋深觀測資料計算得出,。根據監(jiān)測統(tǒng)計資料的分析，灌區(qū)絕大部分地下水埋深＞2.80 m,，地下水補給量基本為0,，因此本測算忽略地下水補給量。

2.6 作物需水量計算

作物需水量是設計灌溉制度的主要依據,，灌區(qū)作物需水量計算主要采用國內penman修正式來計算參考作物騰發(fā)量,，方法采用公式3計算。

式中：ETc是指作物需水量,，ET0指參考作物騰發(fā)量,，Kc是指作物系數。

參考作物需水量和作物系數直接采用惠北科學實驗站試驗測定的數值,。根據《三義寨灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造骨干工程項目總體可行性研究報告（2012-2020年）》中的資料,，三義寨灌區(qū)目前主要種植作物為小麥和玉米，經濟作物為棉花,，其種植比例為小麥82%,、玉米70%、棉花25%,。整理灌區(qū)小麥,、棉花、玉米三種作物的作物系數如表2,、表3,、表4所示。

在作物需水量的計算過程中,，主要計算了三義寨灌區(qū)主要種植作物2012年的生育期冬小麥,、棉花、玉米的需水量分別為457.43,、450.22,、323.33 mm,。結合作物種植比例，經計算,，灌區(qū)2012年綜合作物需水量為713.98 mm,。

2.7 理論灌溉需水量計算

數據進行整合計算，可以得到灌區(qū)主要作物的生育期灌溉需水量,。在計算灌區(qū)灌溉需水量時,，小麥、棉花,、玉米三種主要作物的種植比例分別為82%,、25%、70%,，灌區(qū)綜合作物年灌溉需水量260.48 mm,，2012年灌區(qū)實灌面積17.07萬hm2，則2012年灌區(qū)年灌溉需水量為4.45億m3,。

表2 三義寨灌區(qū)主要作物小麥作物系數（Kc）表

旬上中下小麥Kc值月1012345 0.35 0.70 11 0.75 0.75 0.40 12 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.89 0.89 1.00 1.00 1.00 1.02 1.04 0.95 0.84 0.62

表3 三義寨灌區(qū)主要作物棉花作物系數（Kc）表

旬棉花Kc月4 0.18 0.20 0.22上中下56789 0.24 0.28 0.35 0.40 0.48 0.57 0.71 0.80 0.87 0.90 0.90 0.90 0.85 0.81 0.74 10 0.68 0.60 0.52

表4 三義寨灌區(qū)主要作物玉米作物系數（Kc）表

旬上中下玉米Kc月6789 0.38 0.46 0.63 0.84 1.03 1.10 1.06 0.95 0.32 0.67

3 灌溉引黃凈需水量計算

3.1 井灌水量

井灌水量是根據灌區(qū)地下水資源總量6.92億m3和地下水可開采量為5.85億m3結合灌區(qū)地下水多年平均開采量3.85億m3,，占總用水量的63%。因此在研究中,，認為灌區(qū)井灌水量占灌溉總水量的63%,。

3.2 地下水回歸補給量

本研究直接采用涇惠渠灌區(qū)地下水和水量平衡調查對影響回歸水利用量的各個因素綜合分析結果，將14.20%作為計算三義寨灌區(qū)地下水回歸補給量占灌溉水量百分比,。

3.3 灌溉引黃需水量計算

根據灌區(qū)2012年理論灌溉需水量,、井灌水量、地下水回歸水補給量的計算數據,，灌區(qū)的灌溉引黃凈需水量為理論灌溉需水量與井灌水量,、地下水回歸補給量之差，計算結果為1.02億m3,。

綜上所述,，根據灌區(qū)的作物種植比例，采用綜合作物灌溉需水量,，結合灌區(qū)當年的實際灌溉面積,，灌區(qū)2012年實際灌溉總需水量為4.45億m3；由于灌區(qū)為井渠結合灌溉的大型灌區(qū),，綜合考慮井灌水量和地下水的回歸補給量,，確定出2012年灌區(qū)灌溉引黃凈需水量為1.02億m3。

4 灌溉水利用系數的概念及提高灌溉水利用系數的措施

灌溉水有效利用系數指田間凈灌溉用水量與相同區(qū)域毛灌溉用水量之比,，是衡量灌區(qū)從水源引水到田間作物吸收利用水的過程,，是評價灌溉水利用程度的一個重要指標，也是集中反映灌溉工程質量、灌溉技術水平和灌區(qū)用水管理水平的一項綜合指標,。

由此可知,，該數值的大小受灌區(qū)工程狀況、配套設施,、渠道襯砌防滲等工程因素的影響,，同時也受引水量、土壤墑情,、地下水資源,、降水情況和土壤地質情況等自然因素的影響,，還受灌區(qū)農作物種植結構,、節(jié)水工程投資、農藝節(jié)水技術,、水價管理等灌溉技術和灌溉管理水平的影響,，作為灌區(qū)管理單位則應從灌溉工程、自然因素,、灌溉管理水平,、灌溉技術水平、農藝節(jié)水技術等方面采取措施,，增加投資和加強管理來提高灌區(qū)灌溉水利用系數,。

5 不同灌溉水利用系數的引黃需水量計算及引黃節(jié)水效益分析

三義寨灌區(qū)2012年灌溉水利用系數測算值為0.46，在現狀水平年的基礎上灌溉引黃凈需水量為1.02億m3,，不同灌溉水利用系數的引黃需水量如圖1所示：

圖1 不同灌溉水利用系數的灌溉引黃需水量

由上圖可以看出,，現狀條件下灌溉水利用系數每提高0.01大約就可為灌區(qū)節(jié)水500萬m3。按灌區(qū)規(guī)劃,，采用小灌水定額,，灌溉制度優(yōu)化，求得不同作物不同水平年灌溉定額為：75%保證率時,，小麥2 700 m3/hm2,，玉米1425 m3/hm2，棉花1 350 m3/ hm2,，那么節(jié)水量可增加灌溉小麥18.52 hm2,，玉米35.09 hm2，棉花37.04 hm2,；按規(guī)劃水平年水分生產率達1.50 kg/m3以上,，可增加糧食產量7 500 t以上，對有效緩解灌區(qū)水資源短缺,，保障灌區(qū)糧食安全意義重大,。

6 結語

通過以上研究分析可知，灌溉水利用系數對灌區(qū)的引黃需水量有很大影響，對農業(yè)節(jié)水意義重大,。灌區(qū)的管理工作者要提高灌溉水利用系數以節(jié)約引黃需水量,，增加作物需水保證率，緩解水資源供需矛盾,，保證經濟社會和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展,。建議今后從影響灌溉水利用系數的工程因素、自然因素,、灌溉管理水平,、灌溉技術水平、農藝節(jié)水技術等方面采取措施,，增加投資和加強管理來提高灌區(qū)灌溉水利用系數,。

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中圖分類號：TV213.9

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8853（2017）04-0018-03

收稿日期：2017-2-23

編輯：符蕾

基金項目：河南省2014年水利科技攻關項目（項目編號：GG201429）

作者簡介：孟玉清（1967-），女,，高級工程師,，主要從事引黃灌區(qū)工程建設與管理工作。