新疆农业灌溉水利用率现状测算分析.docx
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新疆农业灌溉水利用率现状测算分析
附件1:
新疆农业灌溉水利用率现状测算分析
技术方案
一、灌溉水利用率定义
灌溉水利用率是指某一时期灌入田间可被作物利用的水量与水源地灌溉取水总量的比值(%),用η表示。
它反映全灌区渠系输水和田间用水状况,是衡量从水源取水到田间作物吸收利用过程中灌溉水利用程度的一个重要指标,能综合反映灌区灌溉工程状况、用水管理水平、灌溉技术水平。
二、技术路线
本次开展的灌溉水利用率测算工作,主要是通过选择不同规模、不同类型、不同工程状况和管理水平的典型代表灌区作为典型样点,并依据典型样点灌区已有的灌溉用水管理资料、灌溉试验与观测资料和灌溉实践经验等,通过调查观测、计算分析,得出典型灌区现状灌溉水利用率。
在典型灌区灌溉水利用率测算的基础上,采用点、面结合,调查统计与观测分析相结合,微观研究与宏观分析评价相结合的方法,按不同分类灌区灌溉用水量进行加权平均,汇总推算灌区的灌溉水利用率。
技术路线见图1。
典型代表测算区确定→灌区灌溉水利率测算点面转化→按大中小灌区分别汇总
全疆汇总灌溉水利用率←化转面点分析汇总灌区灌溉水利用率←化转面点
图1新疆农业灌溉水利用率现状测算技术路线框图
第一,各地对已确定的灌区情况进行整体调查分析,统计分析大、中、小型灌区和纯井灌区的灌溉状况。
根据灌区实际,确定代表不同规模、不同水源类型、不同工程状况与管理水平的典型样点灌区;
第二,各地利用本技术方法进行典型样点灌区的现状灌溉水利用率测算分析,得出各典型样点灌区现状灌溉水利用率测算值。
根据灌溉水利用率影响因素和大、中、小型灌区、纯井灌区状况分析,以典型样点灌区测算值为基础,推算出大、中、小、纯井灌区的灌溉水利用率平均值;
第三,根据大、中、小型灌区、纯井灌区等不同类型灌区的毛灌溉用水量和平均灌溉水利用率,按水量加权平均汇总推出灌区灌溉水利用率的现状平均值。
三、灌溉水利用率测算要求
(一)测算方法要求
为了规范统一测算方法,便于分析汇总,点面结合,准确推算灌溉水利用率,灌溉水利用率的测算统一采用“首尾测算”分析方法。
(二)现状水平年与灌溉用水代表年
现状水平年为2005年,以该年的工程设施状况和管理水平为现状条件。
灌溉水利用率除了与灌溉规模、工程状况、管理水平等因素有关外,还受灌溉供水量和降水及气象条件等影响,为使代表灌区的灌溉水利用率测算具有较好的代表性,因此,需考虑选择某年降水量等于或接近多年平均降水量的年份进行测算。
本次典型样点灌区测算,主要以2005年为灌溉用水代表年,如果2005年的降水与气象条件不代表一般情况,可选择相近的其它年份,具体要求如下:
1.2005年降水量与当地灌区多年平均降水量之差在±10%,可视为灌溉用水状况代表平均水平。
2.2005年水源来水量与多年平均来水量在±10%,可视为灌溉用水状况代表平均水平。
3.若2005年不符合上述条件1或2时,如果2005年前的其它年份灌溉用水情况代表平均状况,且有较为详细的观测资料和统计资料,而该年份的工程设施与管理状况同2005年差异不大,可以选择该年份为灌溉用水代表年进行分析。
(三)典型代表样点灌区的选择
根据水利部有关“典型代表样点灌区的选择”的技术要求,选择的大、中、小型灌区和纯井灌区四种不同灌溉规模的典型代表灌区如下:
选择的大型、中型、小型、纯井灌区四种不同样点灌区代表的灌溉规模,应考虑灌区工程设施状况与管理水平现状,按“好、中、差”分类,按分类选取不同代表性样点灌区,分类测算(工程状况和管理水平“好、中、差”分类标准由各灌区实际情况确定),应考虑灌溉水源条件(提水、自流引水)、作物种植结构、地形地貌等因素,样点灌区选择统计表见表1。
不同规模灌区选择样点灌区个数的要求如下:
大型灌区:
样点灌区同时要满足:
提水、自流引水每个类型选取2个代表该类型工程设施与管理水平平均状况的样点,样点灌区现状有效灌溉面积不少于本大型灌区有效灌溉面积的20%。
中型灌区:
样点灌区同时要满足:
提水、自流引水每个类型选取2个代表该类型工程设施与管理水平平均状况的样点,样点灌区现状有效灌溉面积不少于本中型灌区有效灌溉面积的20%。
小型灌区:
样点灌区(小型水利工程控制的灌溉区域)同时要满足:
提水、自流引水每个类型选取3个样点灌区。
纯井灌区:
纯井灌区以单井控制面积作为一个测算单元,纯井灌区范围大,井数多,可以选择代表不同类型(土渠、渠道防渗、低压管道、喷灌、微灌)的平均水平的适宜数量的样点灌区测算,每个类型应选择3个样点。
选择的典型样点灌区应具有一定的观测资料、灌溉试验资料、灌溉用水管理资料等,并具备相应的技术力量。
四、灌溉水利用率测算方法
为提高测算灌溉水利用率精度,在总结以往研究成果与经验的基础上,本次测算灌溉水利用率统一采用以下方法。
(一)首尾测算分析法
首尾测算分析法是指直接测量统计灌区,从水源引入(取用)的毛灌溉用水总量与通过分析测算得到田间实际净灌溉用水总量比值即为灌溉水利用率(%),计算式如下:
Wj
η=——×100%
(1)
Wm
式中:
η—灌溉水利用率,%;
Wj—年净灌溉用水总量,m3;
Wm—年毛灌溉用水总量,m3
通过统计灌区2005年灌溉用水总量、各种作物的实灌面积,根据典型调查与观测分析确定田间净灌溉定额,以作物净灌溉定额近似替代亩均净灌溉用水量,即可用下式计算灌区该年度的灌溉水利用率η:
N
∑MiAi
i=1
η=————×100%
(2)
Wm
式中:
Mi—灌区第
种作物净灌溉用水量,m3/亩;
Ai—灌区第
种作物实灌面积,亩;
—灌区作物种类总数;
Wm—灌区全年引用的毛灌溉用水总量,m3。
[举例计算]假如某典型灌区调查统计2005年的灌溉用水总量为1410万m3;灌区种植有小麦、玉米、棉花、甜菜、向日葵5种作物,该5种作物的种植面积分别为:
5000亩、3000亩、5000亩、1000亩、6000亩,合计为20000亩。
根据典型灌区调查与观测分析确定5种作物的田间净灌溉定额,即亩均净灌溉用水量分别为:
300m3、320m3、290m3、330m3、260m3。
则由
(2)式计算灌区该年度的灌溉水利用率为:
5000×300+3000×320+5000×290+1000×330+6000×260
η=——————————————————————×100%
1410
580
=————×100%=41.13%
1410
即调查的某典型灌区的灌溉水利用率为41.13%。
(二)有关参数的取值分析
1.毛灌溉用水总量确定
年毛灌溉用水总量Wm是指灌区全年从水源地引入(取用)用于农田灌溉的总水量,他不包括:
工程保护用水量、防洪除险用水量、水库或渠道(管路)弃水量、城市工业或农村生活供水量。
年毛灌溉用水总量是根据灌区从水源地实际取水测量值统计取得,而不能采用以计收水费多少所核算的水量。
2.净灌溉用水量确定
不同灌区种植结构、灌溉水源、灌溉方式等均有不同,本技术方案中只针对充分灌溉、非充分灌溉、水稻灌溉情况,提出相应的净灌溉用水量测算方法。
如果灌区范围较大不同区域气候气象条件、灌溉用水实际情况差异明显,则应在灌区内分区域进行典型分析测算,再以分区结果为依据汇总分析整个灌区净灌溉用水量。
(1)旱作物充分灌溉情况
充分灌溉是指作物实际净灌溉用水量能够充分地满足田间作物灌溉需水量的要求。
①如果样点灌区有2005年各类种植作物净灌溉用水量的试验观测或统计资料,则可直接采用进行净灌溉用水量的计算。
②如果样点灌区缺乏2005年各类种植作物净灌溉用水量的试验观测或统计资料,可依据2005年的水文气象资料,通过计算分析得出各类作物的净灌溉定额和灌溉制度,并对当年实际灌溉情况进行调查,根据调查结果对净灌溉定额进行适当调整,以此为依据测算实际净灌溉用水量。
对于各类旱作物,其生育期的净灌溉定额分析计算采用水量平衡原理确定,即:
Mi=[(200γHβ田)+P0-G0]N(3)
式中:
Mi—灌区第
种作物全生长期的净灌溉定额,m3/亩;
H—灌区第
种作物在该生长阶段内计划的湿润层深度,一般以该作物生长阶段的主要根系深为依据,m;
γ—调查灌区的计划湿润层深度内田间土壤干容重值,g/cm3;
β田—调查灌区的计划湿润层深度内田间土壤最大含水量,也称之为田间持水量值(以占干土重的%),%;
P0—调查灌区的作物在生育期内的有效降雨量,m3;
G0—调查灌区第
种作物生育期内地下水利用量,m3;
N—调查灌区的第
种作物在生育期内可以满足作物灌溉要求的灌水次数。
为便于灌区调查计算和分析,以上各参数观测和资料的收集方法如下:
①H值调查分析:
一般以某种作物在不同生长阶段的主要根系深为依据进行分析确定。
大田作物主要根系深为30~80cm,果树根系深一般为80~120cm。
取值根据不同作物或果树和不同生长期,结合当地农作物生产实际选取。
②γ值测定:
需要对选择的调查灌区进行实地田间土壤干容重的取样测定。
测定方法采用“环刀法”,测定深度0~120cm,每隔20cm取一层;每层取2个样品,取平均值;选取的样点要有代表性,测定结果单位为g/cm3。
土壤干容重测定工具有:
环刀、手柄、取土刀、大铝盒、烘干箱、称重天平、钢卷尺、铁铲等。
③β田测定:
需要对选择的调查灌区进行实地田间持水量测定。
取样测定时,先在选取的具有代表性的灌区农田,用土埂围成1m2的灌水小畦,后充分灌水再用塑膜盖上防水分蒸发,待24小时后实测该畦内的土壤含水量即为田间持水量值。
测定方法采用“烘干法”,确无条件的可采用“酒精燃烧法”。
取样测定深度0~120cm,每隔20cm取一层;每层取2个样品,取平均值;测定结果单位为%。
田间持水量测定工具有:
取土钻、取土刀、大铝盒、烘干箱、称重天平、钢卷尺、铁铲等。
为确保样点区的土壤容重、田间持水量两个重参数的测定质量,应取得当地的地(州)或县(市)土壤化验单位的技术支持或合作。
④P0调查分析:
作物生育期内的有效降雨量意义,是指降水量减去地表径流损失后的水量,因为这部分降水量可为作物有效利用。
有效降水量表示为:
P0=0.67aP,a为降水入渗系数。
一般认为:
当某次降水量小于5mm,a=0;
当某次降水量5~30mm,a=0.95;
当某次降水量30~50mm,a=0.85;
当某次降水量大于50mm,a=0.85;a=0.75。
⑤G0调查分析:
在地下水位较高在灌区,地下水借土壤毛细管作用上升至作物根系吸水层而为作物利用的水量。
其大小与地下水埋深度、土壤性质、作物种类、作物需水强度、计划湿润土层含水量有关。
地下水利用量随灌区地下水动态和各阶段计划湿润层深度不同而变化。
新疆地下水较高的灌区有一定的分布比如,巴州的焉耆灌区;阿克苏地区的阿瓦提灌区等。
事实上当地棉花等作物灌水次数明显少于其它灌区,就是因为地下水补给量所产生的作用。
因此,地下水较浅的灌区分析田间净灌溉定额时必须考虑地下水补给量。
据有关试验和调查资料,当地下水埋深1.5~2.5m时,作物可利用水量50~20m3/亩;在地下水埋深1.0~1.5m时,作物可利用水量60~30m3/亩,由此可见,地下水补给量是相当可观的。
调查的灌区应当根据当地情况认真分析后确定该参数。
⑥N调查分析:
调查灌区的某种作物的灌水次数的分析有两种方法:
一是,根据当农业生产和灌溉管理经验的分析值。
如某调查灌区的棉花,经计算得净灌水定额为50m3/亩,经当地经验分析得出棉花全年灌水次数为5次,则棉花的全年净灌溉定额为:
Mi=50m3/亩×5次=250m3/亩。
二是,根据作物日蒸发量来推算灌水次数。
其计算有以下两个过程:
a.用当地有关气象资料根据“彭曼法”计算出作物不同生长期时段内的日平均需水量m3/亩/d;
b.由公式(3)的前一项,计算某种作物在不同生长期时段内的灌水定额(m3/亩);
C.根据某种作物在不同生长期时段内的灌水定额和日平均需水量可推出全年生长期的灌水次数。
[举例计算]仍以某调查灌区的棉花为例,假如当地灌区棉花生长期为2005年的6月1日至8月31日,该生长期棉花作物有5个不同的生长时段。
a.根据“彭曼法”公式计算的每个时段内的日平均需水量分别为:
3.0m3/亩/d、3.5m3/亩/d、4.5m3/亩/d、3.8m3/亩/d、2.8m3/亩/d;
b.由公式(3)的前一项,计算棉花在相应的5个生长时段内的灌水定额分别为:
45m3/亩、50m3/亩、60m3/亩、50m3/亩、40m3/亩;
C.根据的灌水定额和日平均需水量可推出棉花全年生长期的灌水周期为:
平均灌水周期=(45/3.0+50/3.5+60/4.5+50/3.8+40/2.8)/5=14.012d
平均灌水次数N=棉花需要灌溉的生长期天数/平均灌水周期
=70d(6月1日~8月31日)/14.012d=5次。
有关采用“彭曼法”公式计算作物日平均需水量,一般在大、中型灌区配套与节水改造项目的可行性研究报告中,都有相关的计算分析。
调查的灌区可与当地水利设计单位寻求技术支持。
(2)旱作物非充分灌溉情况
旱作物非充分灌溉分为两种情况:
一是在每次灌水期间都达不到作物的净灌水定额;二是减少灌水次数,保证作物关键生育期的充分灌溉,即减少了对作物生长影响不大的灌水。
应通过对作物灌水情况的典型调查,有条件的灌区可以对某次典型灌水进行实测,估算进入田间(毛渠)的实际灌水量,与根据分析计算的净灌水定额和灌溉制度进行比较,依此确定作物的净灌水定额和净灌溉定额。
①当进入田间的实际亩均灌水量小于分析计算的净灌溉定额时,认为进入田间(毛渠)的实际灌水量就是净灌溉水量。
②当进入田间的实际亩均灌水量大于分析计算的净灌水定额时,以分析计算的净灌水定额作为田间亩均实际净灌水定额,据此计算作物的亩均净灌溉用水量。
(3)水稻灌溉情况
水稻的淹灌种植方式不同于旱作物,水稻的净灌溉需水量包括泡田水量、蒸发蒸腾水量以及必要的渗漏水量三部分。
水稻全生育期(包括泡田)净灌溉定额分析计算以当地灌区实际调查统计分析为准。
需要特别注意的是,在地下水埋深较浅的水稻灌区,必须扣除水稻的地下水利用量,水稻地下水利用量根据当地相近地下水埋深和土质条件的试验观测值估算。
而对于地下水埋深较深的水稻灌区,则可对水稻的地下水利用量不予考虑。
泡田定额可根据当地灌溉试验或灌溉经验确定。
以水稻净灌溉定额近似代替亩均净灌溉用水量分析计算水稻净灌溉用水量。
对于采用“浅、薄、湿、晒”等水稻控制灌溉制度的区域,可根据2005年水稻控制灌溉设计的净灌溉定额作为亩均净灌溉用水量,以此推算水稻净灌溉用水量。
有观测资料的灌区可以根据实际观测值计算净灌溉用水量,或者采用相近灌溉试验站的相关灌溉试验资料进行估算。
(4)作物套种情况
在农田耕作中,许多地方采用两种作物或多种作物间作套种,如玉米与大豆,棉花与大豆等。
①套种期间:
在灌溉实践中,一般以满足主体作物的需水为主,净灌溉定额是根据满足主体作物需水要求确定的,即两种作物中,以需水量大的作物或以经济效益高的作物需水为基础制定灌溉制度。
针对这种情况,根据当地灌溉实际,依据主体作物确定净灌溉定额,实灌面积以套种作物实灌面积计。
具体净灌溉定额的确定如前所述。
②非套种期间:
根据前述方法,分析计算与典型调查相结合确定生长中的作物的亩均净灌溉用水量即可。
(5)净灌溉用水量计算
根据以上方法,分析得到的作物净灌溉定额即作为作物亩均净灌溉用水量,灌区净灌溉用水总量用下式计算:
N
Wj=∑MiAi(4)
i=1
式中:
Wj—灌区全年净灌溉用水总量,m3
Mi—灌区第
种作物净灌溉用水量,m3/亩;
Ai—灌区第
种作物实灌面积,亩;
—灌区作物种类总数。
(6)特殊情况
①有洗碱要求:
如果灌区有洗碱要求,则在测算灌溉净用水量时必须考虑洗碱水量,洗碱过程中水量的漫溢视为损失量,不予考虑。
所需的洗碱渗漏量可根据灌区试验资料和生产经验科学合理的确定。
此时灌溉水利用率应按下式修正:
N
∑MiAi+LAs
i=1
η=——————×100%(5)
Wm
式中:
L—所必需的洗碱田间渗漏水量,m3;
As—为洗碱面积,亩。
②井渠结合灌溉:
在有些灌区,采用井渠混灌,井水灌区和渠水灌区交错重叠,同时利用渠水和井水灌溉,无法明确区分。
对于这种情况,则将灌溉系统作为一个整体进行灌溉水利用率的测算。
分别统计井灌提水量和渠水灌溉引水量,以两者之和作为灌区总的灌溉用水量。
有些渠灌区中包含有井灌面积,但两者相对独立,这种情况下井灌和渠灌应作为两种类型分别单独计算,不采用以上方法。
五、全疆灌溉水利用率推算
(一)灌溉水利用率平均值计算公式
全疆灌溉水利用率是指全疆净灌溉用水总量与毛灌溉用水总量的比值。
即:
Wj疆
η疆=——×100%(6)
Wm疆
式中:
η疆—全疆灌溉水利用率平均值,%;
Wj疆—全疆净灌溉用水总量,万m3;
Wm疆—全疆毛灌溉用水总量,万m3。
(二)不同灌溉规模灌区平均灌溉水利用率推算
受工作量和工作条件限制,全疆不可能对每个灌区的灌溉水利用率逐一测算,因此,根据本技术方案要求,以典型样点灌区测算值为基础依据,按照不同灌溉规模分类分析估算灌溉水利用率平均值。
以大型灌区为例,如果典型样点灌区包括了工程状况和管理水平“好”、“中”、“差”三类情况,三类情况典型样点灌区测算的灌溉水利用率平均值分别为:
η好、η中、η差,则大型灌区灌溉水利用率的平均值为:
η好·W好+η中·W中+η差·W差
η大型=———————————(7)
W好+W中+W差
式中:
η大型—大型灌区灌溉水利用率的平均值,%;
W好、W中、W差—分别为大型灌区“好”、“中”、“差”类灌区的年毛灌溉
用水总量,万m3。
如果限于条件,只对“中”类,即代表全疆大型灌区工程设施与管理水平平均状况的典型样点灌区进行了测算,则可以“中”类样点的灌区平均值η中作为全疆大型灌区灌溉水利用率的平均值。
中、小型灌区和纯井灌区的灌溉水利用率平均值参照此方法推算,由此得到全省大、中、小型灌区和纯井灌区的灌溉水利用率平均值η大型、η中型、η小型、η纯井。
(三)全省灌溉水利用率平均值推算
全疆灌溉水利用率平均值,根据大、中、小型灌区和纯井灌区灌溉用水量,按加权平均计算的方法进行推算:
η大型·W大型+η中型·W中型+η小型·W小型η纯井·W纯井
η全疆=—————————————————(8)
W大型+W中型+W小型+W纯井
式中:
η全疆—全疆灌溉水利用率推算的平均值,%;
W大型、W中型、W小型、W纯井—分别为全疆大、中、小型灌区和纯井灌区的毛灌溉用水量,万m3。
六、灌溉水利用率测算样表
为便于对灌溉水利用率的分析计算与汇总,以下提供有关数据收集和分析计算8种表格式样,共有11张表格,供灌区灌溉水利用率测算使用。
表1:
不同规模灌区样点选择统计表;
表2:
不同规模灌区年灌溉用水量(2005年)统计表;
表3:
型灌区情况调查表(2005年);
表4:
灌区典型田间用水情况调查(观测)表;
表5:
典型灌区净灌溉用水量与灌溉水利用率(2005)计算表;
表6:
典型纯井灌区(2005年)调查与测算表;
表7-1~表7-4:
不同规模典型灌区平均灌溉水利用率计算表;
表8:
灌区灌溉水利用率平均值汇总推算表。
表1不同规模灌区样点选择统计表
灌区类型
全部
样点
样点状况分布
个数
有效灌溉面积/万亩
个数
有效灌溉面积/万亩
好
中
差
大型灌区(30万亩以上)
提水
自流引水
中型灌区(1~30万亩)
提水
自流引水
小型灌区(小于1万亩)
提水
自流引水
纯井灌区
土渠
渠道防渗
低压管道
喷灌
微灌
其他
填表说明:
“全部”一栏内容,是指该灌溉灌区现状总数与有效灌溉面积;
“样点”一样内容,是指样点灌区数与有效灌溉面积;
“样点分布状况”一栏,好、中、差的选择样点应能代表不同类型、不同工程与管理状况,由灌区根据自身情况确定。
表2不同规模灌区年毛灌溉用水量(2005年)统计表
灌区灌溉规模
不同状况灌区用水量/万m3
毛用水量小计/万m3
好
中
差
样点
全部
样点
全部
样点
全部
大型灌区(30万亩以上)
提水
自流引水
中型灌区(1~30万亩)
提水
自流引水
小型灌区(小于1万亩)
提水
自流引水
纯井灌区
土渠
渠道防渗
低压管道
喷灌
微灌
其他
毛用水量总计
填表说明:
灌溉用水量是指水源地引(提)水实际用于农业灌溉的水量,以实测统计值为依据,具体算法见《技术方案》;
不同状况灌区用水量中“样点”一栏,是指该样点灌区总毛灌溉水量;
“全部”一栏,是指该类型灌区总毛灌溉用水量。
表3典型灌区情况调查表(2005年)
基本情况
灌区名称:
灌区位置:
地(州):
县(市):
乡(镇):
水源类型:
□自流引水□提水
灌区地形:
□山区□丘陵□平原
工程与管理状况
□好□中□差
设计取水流量(m3/s)
设计灌溉面积(万亩)
当年取水流量(m3/s)
有效灌溉面积(万亩)
多年平均降水量(mm)
年降水量(mm)
2001
2002
2003
2004
2005
灌溉用水情况
其它年份灌溉用水量(万m3)
2005年灌溉用水量(万m3)
2001
2002
2003
2004
渠首取水水
塘坝或其它地表水源
地下水
合计
末级渠道(斗口)灌溉供水量(万m3)
末级渠道(斗口)灌溉供水量(万m3)
渠系情况
渠道基本情况
渠道级别
条数
总长度/km
设计流量下湿润表面积/万m2
渠床土质
地下水埋深范围/m
干渠
支渠
斗渠
农渠
渠道防渗情况
渠道级别
混凝土
浆砌石
其它
长度/km
表面积/万m2
长度/km
表面积/万m2
长度/km
表面积/万m2
干渠
支渠
斗渠
农渠
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