灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)的“首尾測算法”

1、灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)測算分析技術“首尾測算法”1.灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)測算方法概述1.1灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)的內涵（1）灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)灌溉水是指采用必要的工程技術措施，對天然狀態(tài)下的水進行有目的的干預、控制和改造，為農(nóng)田灌溉提供的水量。灌溉水可以是從水庫、河流引來或用水泵提取的地表水，也可以用水泵從井提取的地下水。灌區(qū)在灌水時，灌溉水除一部分為被灌溉的農(nóng)作物耗用外，還有一部分水量是在輸水、配水和灌水過程中損失掉，沒有被農(nóng)作物利用，這部分水量也稱為非生產(chǎn)性水量損失。這些損失主要有：滲漏損失，包括各級輸水渠道滲漏和田間深層滲漏；蒸發(fā)損失，渠道中的水面蒸發(fā)，一般僅占滲漏損失的1/201

2、/50；田面流失，由于灌水流量過大，與灌水溝、畦規(guī)格不相適應，水稻田的田埂不堅固，或采用不合理的灌水方法，流失到灌溉地以外的水量；泄水損失，由于配水與田間灌水不協(xié)調，或控制建筑物不完整以及不良的灌水習慣，流失到排水溝或灌區(qū)以外的水量；跑水損失，因工程質量不好，引起渠堤決口跑水造成水量損失。灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)就是：渠首的總引進水量扣除了損失水量外，能夠被農(nóng)作物利用的凈水量與渠首的引進灌溉水量的比值。可用下式表示： （1-1）式中：g灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)； wj 灌溉時能夠被農(nóng)作物利用的凈水量； wm渠首引入的總水量。（2）測定灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)的意義灌溉水有效利用系數(shù)是反映灌區(qū)從水源引

3、進的灌溉水能被作物吸收利用程度的重要指標，也是反映灌區(qū)輸水、配水和田間灌水所采用的工程、技術和管理水平高低的指標。在我國國家標準節(jié)水灌溉工程技術規(guī)范中規(guī)定：灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)，大型灌區(qū)不應低于0.50；中型灌區(qū)不應低于0.60；小型灌區(qū)不應低于0.70；井灌區(qū)不應低于0.80；噴灌區(qū)、微噴灌區(qū)不應低于0.85；滴灌區(qū)不應低于0.90。而據(jù)2011年測算分析，我國目前灌區(qū)平均灌溉水有效利用系數(shù)僅為0.51 ，節(jié)約用水的潛力很大。因此，進一步加大灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造，發(fā)展高效節(jié)水灌溉，提高灌溉水有效利用系數(shù)是我國灌區(qū)建設中一項重要的戰(zhàn)略任務，任重而道遠。灌溉水有效利用系數(shù)是衡量從水源引水到田

4、間作物利用過程中灌溉用水效率狀況的一個關鍵性指標，能夠比較客觀真實地反映灌溉工程設施狀況、灌溉技術水平、用水管理水平等多種因素對灌溉用水效率的綜合影響，因而也成為政府科學規(guī)劃和宏觀決策的重要依據(jù)。為適應今后我國節(jié)水灌溉發(fā)展的形勢和資源節(jié)約型社會建設的要求，跟蹤測算分析各省及全國灌溉用水效率的變化情況，為正確評價全國節(jié)水灌溉發(fā)展成效、科學制定節(jié)水灌溉發(fā)展目標和分析節(jié)水潛力提供基礎依據(jù)和支撐，開展灌溉水有效利用系數(shù)的測算工作具有十分重要的意義。1.2確定灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)的傳統(tǒng)方法灌溉水從水源引入貯存到作物根層供作物吸收利用，是通過灌區(qū)各級渠道輸水至田間，均勻地分配到指定的灌溉面積上，貯存在作

5、物根層土壤中轉化為土壤水來實現(xiàn)的。因此，灌溉水在這個過程中的水量損失，可分解成渠系輸水損失和田間灌水損失兩部分。渠系水利用系數(shù)是衡量渠系輸水利用程度的指標；田間水利用系數(shù)是衡量田間灌溉水利用程度的指標。（一）渠系水有效利用系數(shù)的確定渠系水利用系數(shù)用扣除各級渠道輸水損失后，進入田間的凈水量與渠首引水量的比值來表示。因此，要確定渠系水利用系數(shù)應首先確定各級渠道的渠道水利用系數(shù)。1、渠道水有效利用系數(shù)：是同時期放入下一級渠道的流量（或水量）之和與該級渠道首端進入的流量（或水量）的比值。（1）計算方法：可用下式計算： （1-2）式中： q渠道水利用系數(shù)； Qs、Ws同時期放入下一級渠道的流量（或水量）

6、； Qm、Wm渠道首端引入的流量（或水量）。（2）測定方法：1）動水測定法：根據(jù)渠道沿線的水文地質條件，選擇有代表性的渠段，其長度應符合：流量小于1m3/s時，渠道長度L1km；流量為110m3/s時，L3km；流量為1030m3/s時，L5km；流量大于30 m3/s時，L10km。中間無支流，觀測上、下游兩個斷面同時段的流量，其差值即為損失水量。2）靜水測定方法：選擇1 段具有代表性的渠段，長度50100m，兩端堵死，渠道中間設置水位標志，然后向渠中充水，觀測該渠段內水位下降過程，根據(jù)水位變化即可計算出損失水量。用上述兩種測定方法測定渠段的水量損失后，換算成單位長度水量損失率，即可用下式計

7、算出渠道水利用系數(shù)： （1-3）式中：渠道單位長度水量損失率（%/km）； L渠道長度（km）。2、渠系水有效利用系數(shù)：是在一輪灌水期間或一定時期間末級固定渠道供給田間的總水量與渠首從水源引入的總水量之比值?？捎孟率接嬎悖?（1-4）式中：c渠系水利用系數(shù)； Wt在一輪灌水期間末級固定渠道供給田間的總水量； Wm渠首從水源引入的總水量。渠系水利用系數(shù)也可以用各級渠道水利用系數(shù)連乘的方法求得，如下式所示（以4級固定渠道為例）： （1-5）式中：c渠系水利用系數(shù)； g干渠渠道水利用系數(shù)；y支渠的加權平均渠道水利用系數(shù)；d斗渠的加權平均渠道水利用系數(shù)；n農(nóng)渠的加權平均渠道水利用系數(shù)。計算某級渠道的加

8、權平均渠道水利用系數(shù)時，應用同級各條渠道實測的正常流量值與各條渠道的渠道水利用系數(shù)的乘積求取。如下式所示： （1-6）式中：o某級渠道的加權平均渠道水利用系數(shù)； Qn某級渠道的某條渠道正常流量；n某級渠道的某條渠道的渠道水利用系數(shù)。 （二）田間水有效利用系數(shù)的確定田間水利用系數(shù)用扣除灌溉水從末級固定渠道末端進入田間過程中的水量損失后，貯存到作物計劃濕潤層中的凈水量與從末級固定渠道末端進入田間水量的比值來表示。（1）計算方法：可用下式計算： （1-7）式中： t田間水利用系數(shù)； wj 灌后貯存到作物計劃濕潤層中的凈水量； wt從末級固定渠道末端進入田間的水量。AJ灌區(qū)凈灌溉面積；Mj灌溉前后實測

9、作物計劃濕潤層土壤水分得出的灌水定額。（2）測定方法：在灌區(qū)中選擇有代表性的灌溉地塊，通過實測灌水前后（13d內）土壤含水量的變化，計算凈灌水定額，用下式算出田間水利用系數(shù)： （1-8）式中：1、2分別為灌水前后作物計劃濕潤層的土壤含水率（以干土重的百分數(shù)表示）； 土的干容重（t/m3）； H作物計劃濕潤層深度（m）； A灌溉面積（hm2）； 其余符號同前。 水稻如采用旱作栽培，則田間水利用系數(shù)的計算和測定方法同上述；如采用淹灌，則凈灌水定額為灌后達到田面設計水層深度增加的水量與穩(wěn)定滲漏量之和，測定和計算方法可參照有關規(guī)范。 （三）灌溉水有效利用系數(shù)的確定（1）對于渠灌區(qū)，可用下式計算： （1

10、-9）式中各符號意義同前。（2）對于井渠結合灌區(qū)，可用下式計算： （1-10）式中： z井灌水利用系數(shù)；Wz灌溉時地下水用量；q渠灌水利用系數(shù)；Wq灌溉時渠首引進的水量；W井渠結合灌區(qū)總灌溉用水量，即Wz+ Wq。1.3 灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)傳統(tǒng)確定方法存在的問題和難點從以上對灌溉水有效利用系數(shù)的傳統(tǒng)確定方法的敘述得知，用這些測定計算方法確定灌溉水有效利用系數(shù)很繁雜，綜合起來有以下問題和難點：1、測定工作量很大一個灌區(qū)的固定渠道一般都有干、支、斗、農(nóng)4級，大型灌區(qū)級數(shù)更多，而每一個級別的渠道又有多條，特別是斗、農(nóng)渠數(shù)量更多，采用（1-6）式計算某級渠道的加權平均渠道水利用系數(shù)時，測定工作量很

11、大。灌溉地塊自然條件和田間工程情況也存在差異，要取得較準確的田間水利用系數(shù)，也需要選擇眾多的典型區(qū)進行測定。可見無論是渠系水利用系數(shù)，還是田間水利用系數(shù)測定工作量都很大，這亦是目前許多灌區(qū)沒有系統(tǒng)測定過灌溉水有效利用系數(shù)的原因。2、測定所需的條件難以保證測定渠道水利用系數(shù)時，需要有穩(wěn)定的流量，測渠段中間無支流，下一級渠首分水點的觀測時間必須和水的流程時間相適應等必要條件難以做到。因為測定時，一般都結合灌溉進行，流量易發(fā)生變化；測渠段選擇短則代表性差，選擇長則中間沒有支流的情況不多；要準確掌握上下測點水流程的時間也不容易。3、測定計算的系數(shù)準確性較差由前述可知，灌溉水有效利用系數(shù)測定時所需的條件

12、不易保證，測定工作又很繁雜，組織測定一次都很不容易，因此測定計算的結果質量難以保證，準確性必然較差。目前為了減少工作量，一般采用選擇典型渠道和典型地塊測定的辦法，但對于一個大、中型灌區(qū)，控制灌溉面積很大，典型難以代表一般，所確定的灌溉水有效利用系數(shù)準確性更差。4、不能反映當年灌溉水利用的情況由于灌區(qū)不同的水文年因來水和用水的情況不同，渠首引進的流量或水量亦不相同，灌區(qū)的實灌面積也不相同。灌溉水有效利用系數(shù)與引進灌區(qū)的流量（水量）和實灌面積有關，因此，每年的系數(shù)都不相同，嚴格來說每次灌水系數(shù)都不相同。目前的灌區(qū)只用某次測定計算得出的灌溉水有效利用系數(shù)來代替所有的情況是不合適的，不能反映灌區(qū)當年實

13、際灌溉水利用的實際情況。5、難以與灌區(qū)節(jié)水改造工作相協(xié)調目前我國灌區(qū)正在實施以節(jié)水為目標的技術改造，渠道防滲、田間節(jié)水灌溉技術的應用日新月異，隨著節(jié)水改造的進程，灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)也隨之改變。如果隨著采用節(jié)水工程技術的增加，需要掌握灌溉水利用的實際情況，就要隨之一次次地測定灌溉水有效利用系數(shù)，由于傳統(tǒng)方法繁雜，不可能做到。因此，難以與灌區(qū)節(jié)水改造工作相協(xié)調。1.4 用“首尾測算法”確定灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)的簡易方法1、首尾測算法的總體思路從上述分析可知，傳統(tǒng)的確定灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)的方法，是先通過測定計算求出灌區(qū)渠系水利用系數(shù)和田間水利用系數(shù)，然后兩者相乘得出灌區(qū)的灌溉水有效利用系

14、數(shù)，其中測定難度最大的是渠系水利用系數(shù)。確定灌溉水有效利用系數(shù)的簡易方法的思路是：灌溉水有效利用系數(shù)既然是反映灌區(qū)灌溉水有效利用程度的指標，則可以不必測定計算灌溉水輸、配水和灌水過程中的損失，而直接用最終達到的結果來確定，即只測定灌區(qū)渠首引進的灌溉水量和最終灌到貯存到作物計劃濕潤層的水量，用（1-1）式求得灌溉水有效利用系數(shù)。這樣，可繞開測定渠系水利用系數(shù)這個難點，減少了許多測定工作量。2、首尾測算法的測算程序（1）用首尾測算法確定灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)時，計算分析時段以測算分析年的日歷年為準（即每年1月1日12月31日），對于跨年度的作物則應按日歷年分段計算，合理確定測算分析年該作物凈灌溉用

15、水量。（2）在年度內，測定灌區(qū)每次灌水時田間每種作物的凈灌溉定額與該種作物的實灌面積，計算灌區(qū)每次灌水各種作物的凈灌溉用水量，然后將各種作物的凈灌溉用水量相加得到灌區(qū)該次的田間凈灌溉用水量。與此同時測定每次從渠首引進的毛灌溉用水量。（3）將年度內灌區(qū)各次灌水的田間凈灌溉用水量和毛灌溉用水量分別相加，得到灌區(qū)年度內的田間凈灌溉用水總量和渠首引進的毛灌溉用水總量。（4）將田間凈灌溉用水總量除以渠首引進的毛灌溉用水總量即得到灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)。3、灌區(qū)年度田間作物凈灌溉用水量測定（1）作物凈灌溉定額測定1）旱作物的凈灌溉定額M包括兩部分，如下式表示： M=M1+M2 （1-11）式中：M1作物

16、生育期前（播種前）的灌溉定額 ，M2為生育期內的灌溉定額。具體計算方法可參照技術指南和灌溉與排水工程設計規(guī)范（GB50288-99）。2）淹灌水稻田的凈灌溉定額M可用下式表示： M=M1+M2+M3 （1-12）式中： M1育秧期的秧田定額； M2泡田期的泡田定額；M3生育期的灌溉定額。具體計算方法可參照技術指南和灌溉與排水工程設計規(guī)范（GB50288-99）。 （2）測定作物的實灌面積 采用實地測量統(tǒng)計或遙感遙測的方法確定灌區(qū)年度各種作物的實灌面積。（3）某種作物的年度凈灌溉用水量將某種作物的凈灌溉定額乘以該種作物的實灌面積即得到該種作物的年度凈灌溉用水量。用下式計算： （1-13）式中：

17、某種作物的年度凈灌溉用水量； 某種作物的凈灌溉定額； 某種作物的實灌面積。（4）灌區(qū)年度田間凈灌溉總用水量用下式計算灌區(qū)年度田間凈灌溉總用水量： （1-14）式中：灌區(qū)年度田間凈灌溉總用水量； wi 第i種作物的年度凈灌溉用水量； m 年度灌溉作物的種類，種；4、灌區(qū)年度渠首引進的毛灌溉用水量測定可在灌區(qū)渠首總干渠適合位置布設量水設備測量每次引進的毛灌溉用水量。當灌區(qū)渠道同時為其他用戶輸水時，灌區(qū)毛灌溉用水量應等于灌區(qū)從水源取用的總水量，減去除農(nóng)田灌溉以外其他用途的取水量。其他用途的取水量包括工業(yè)用水、生活用水，漁業(yè)用水，畜牧用水，園林草地（土地屬性為園地、林地或牧草）用水，以及因工程保護、防

18、洪除險等需要從渠道（管路）放出的棄水量等。從灌區(qū)輸水渠道（管路）上取水時，還需同時扣除這部分水量應分攤的從其各自取水口到灌區(qū)水源取水口之間的渠系（管路）損失水量。用下式計算灌區(qū)年度渠道引進的毛灌溉總用水量： （1-15）式中：W毛灌區(qū)年度渠首引進的毛灌溉總用水量； Wj 第j次灌水渠首引進的毛灌溉用水量；n 年度灌溉的次數(shù)，次。5、灌區(qū)年度灌溉水有效利用系數(shù)計算通過測定灌區(qū)渠首年度總引水量、各種作物的實灌面積，即可用下式計算灌區(qū)該年度的灌溉水有效利用系數(shù)： （1-16）式中：y灌區(qū)年度的灌溉水有效利用系數(shù)； W凈灌區(qū)年度田間凈灌溉總用水水量； W毛灌區(qū)年度渠首引進毛灌溉總用水量。2.灌區(qū)田間凈

19、灌溉用水量的實測方法2.1典型田塊選擇（1）典型觀測田塊應該在區(qū)域內具有代表性，即能代表一定區(qū)域內的一般情況。典型觀測田塊應面積適中、邊界清楚、形狀規(guī)則、種植同種作物，同時綜合考慮田面平整度、土質類型、地下水埋深、灌溉習慣和灌溉方式等因素的代表性；有如果以上因素差別較大，則應分區(qū)按上述要求選擇典型觀測田塊進行觀測；典型田塊應有固定的進水口，水稻田不能選串灌田塊。（2）典型觀測田塊的作物選擇，可按照該種作物的實灌面積在灌區(qū)內的比例確定。原則上對于作物實灌面積超過灌區(qū)實灌面積10以上的作物，都應進行田間凈灌溉用水量的觀測；對于實灌面積比例小于10的作物，有條件的也應選擇典型田塊進行觀測，如因條件限

20、制，亦可采用其它方法進行田間凈灌溉水量的估算，如按照相近作物的情況進行估算。（3）大型灌區(qū)應至少在上、中、下游有代表性的斗渠控制范圍內分別選取典型田塊，對每種需觀測的作物種類至少選取3個典型田塊。中型灌區(qū)，至少應在灌區(qū)的上、下游有代表性的農(nóng)渠控制范圍內分別選取典型田塊，對每種需觀測的作物種類至少選取3個典型田塊。小型灌區(qū)應按作物種類、耕作和灌溉制度與方法，田面平整程度等因素選取典型田塊，每種需觀測的作物種類至少選取2個典型田塊。純井灌區(qū)應按照土質渠道地面灌、防滲渠道地面灌、管道輸水地面灌、噴灌、微灌等5種類型進行選取，在同種灌溉類型下每種需觀測的作物至少選擇2個典型田塊。典型田塊范圍與數(shù)量選取

21、要求見表2-1。表2-1 典型田塊范圍與數(shù)量選擇要求參考表灌區(qū)規(guī)模樣點灌區(qū)分區(qū)灌區(qū)主要作物種類（m）典型田塊選擇數(shù)量（N）典型田塊總數(shù)量大型灌區(qū)上游作物13式中： m：某片區(qū)作物種類數(shù)量，種；：取值1、2、3，分別指上游、中游、下游；Ni：第j個片區(qū)第i種作物典型田塊數(shù)量，塊。作物233中游作物13作物233下游作物13作物233中型灌區(qū)上游作物13式中： ：取值1、2，分別指上游、下游；其他符號意義同上。作物233下游作物13作物233小型灌區(qū)作物12式中：m：小型灌區(qū)樣點灌區(qū)作物種類數(shù)量；Ni：小型灌區(qū)樣點灌區(qū)第i種作物典型田塊選擇數(shù)量。作物222純井灌區(qū)土渠作物12式中：m：純井樣點灌區(qū)

22、不同灌溉類型下作物種類數(shù)量；：純井樣點灌區(qū)不同灌溉類型數(shù)量，取15，分別代表5種灌溉類型；Nik ：第k種灌溉類型第i種作物典型田塊數(shù)量。2渠道防滲作物122低壓管道作物122噴灌作物122微灌作物1222.2典型田塊凈灌溉用水量的量測方法（一）直接測量法1、旱作物典型田塊凈灌溉用水量的直接量測法（1）作物計劃濕潤層深度確定作物計劃濕潤層深度是指對作物進行灌溉時，計劃調節(jié)控制土壤水分狀況的土層深度。其深度隨著作物根系集中層深度、作物需水狀況、土壤特性、微生物活動等因素而變動。在作物生長初期，根系雖然很淺，但為了維持土壤微生物的生命活動（大多數(shù)微生物是生活在3040cm的表層土壤內），需要在一定

23、的土層深度內有適當水量；隨著作物的生長和根系的發(fā)育，所需水分的增多，計劃濕潤層也應逐漸增加；至生長末期，由于作物根系停止發(fā)育，需水量減少，計劃濕潤層深度不宜繼續(xù)加大。因此，全生育期內各時期計劃濕潤層深度取用逐漸加大值或是一個最大值，須視各地區(qū)、各種作物的具體條件而定。一般在土壤透水性大、地下水埋藏較深的旱田，宜采用前者；而土壤透水性弱、毛細管作用強、地下水位較高的農(nóng)田，宜采用后者。根據(jù)經(jīng)驗，計劃濕潤層深度蔬菜一般不超過0.4 m，大田作物不超過0.6 m，果樹不超過1.0m。（2）計劃濕潤層內土壤含水率量測方法每次灌水前后在在典型田塊內各個部位，隨機選擇若干個測點，在作物計劃濕潤層內取土，測算

24、每次灌水前后的土壤含水率。測定時，在田間用土鉆取有代表性的新鮮土樣，刮去土鉆中的上部浮土，將土鉆中部所需深度處的土壤約20g，捏碎后迅速裝入已知準確質量的大型鋁盒內，蓋緊，裝入木箱或其他容器，帶回室內，將鋁盒外表擦拭干凈，立即稱重，盡早測定水分。將盛有新鮮土樣的大型鋁盒在分析天平上稱重，準確至0.01g。揭開盒蓋，放在盒底下，置于已預熱至105±2的烘烤箱中烘烤12h。取出，蓋好，在干燥器中冷卻至室溫(約需30min)，立即稱重。新鮮土樣水分的測定每個測點應取23個樣本平行測定，樣本間距控制在10cm之內。土壤含水率占干土重百分數(shù)的計算公式如下：干%=(m1-m2)/(m2-m0)&

25、#215;100 (2-1)式中：m0 烘干空鋁盒質量，g； m1 烘干前鋁盒及土樣質量，g； m2 烘干后鋁盒及土樣質量，g。平行測定的結果用算術平均值表示，保留小數(shù)后一位。平行測定結果的相差，水分為525%的潮濕土樣不得超過0.3%，水分大于15%的大粒(粒徑約10mm)粘重潮濕土樣不得超過0.7%(相當于相對相差不大于5%)。土壤含水率占干土重百分數(shù)和占土體積百分數(shù)的關系如下式表示： 體%=干%*干式中：干土壤干容重（g/m3）（3）典型田塊某次灌水的畝均凈灌溉用水量計算方法根據(jù)典型田塊每次灌水前后計劃濕潤層土壤含水率的變化來確定某次畝均凈灌溉用水量計算公式如下：W田凈i=6.67(-)

26、 （2-2）式中 w田凈i典型田塊某次灌水的畝均凈灌溉用水量，m3/畝；典型田塊土壤計劃濕潤層內土壤的干容重，t/m3；灌水期內典型田塊土壤計劃濕潤層的深度，m；某次灌水前典型田塊土壤含水率，以占干土重的%計；某次灌水后典型田塊土壤含水率，以占干土重的%計。具體實測方法參見灌溉試驗規(guī)范SL 13-2004中相關內容。2、水稻典型田塊凈灌溉用水量的直接量測法 （1）水稻淹水灌溉根據(jù)典型田塊灌溉前后田面水深的變化來確定某次灌水典型田塊的畝均凈灌溉用水量（包括泡田灌溉和生育期灌溉），計算公式如下： （2-3）式中 某次灌水典型田塊的畝均凈灌溉用水量；某次灌水前典型田塊田面水深，mm；某次灌水后典型田

27、塊田面水深，mm。其他符號意義同前。（2）水稻濕潤灌溉根據(jù)典型田塊灌溉前后田間土壤計劃濕潤層土壤含水率的變化來確定某次畝均凈灌溉用水量，計算公式同式（5-1）。在水稻育秧期，還應將育秧期某次灌水的畝均凈灌溉用水量按秧田與本田的面積比例折算到本田，計入水稻年內生育期畝均凈灌溉用水量中。（3）水稻淹水和濕潤交替灌溉淹水和濕潤交替灌溉的水稻則可分別采用淹水灌溉水稻和旱作物灌溉畝均凈灌溉用水量的直接測量法分段測算每次的畝均凈灌溉用水量。3、典型田塊某作物年度凈灌溉用水量計算在某典型田塊某作物各次畝均凈灌溉用水量的基礎上，推算典型田塊某作物年度凈灌溉用水量，可用下式計算：A田i （2-4）式中 某典型田

28、塊某作物年度凈灌溉用水量，m3/畝； n 典型田塊年內灌水次數(shù)，次； A田i典型田塊某作物某次的的灌溉面積，畝；其他符號意義同前。（二）觀測分析方法1、典型田塊年度畝均灌溉用水量的觀測（1）渠道輸水地面灌溉在典型田塊進水口設置量水設施，觀測某次灌水進入典型田塊的水量。在有排水的典型田塊，同時在田塊排水口設置量水設施觀測排水量，再根據(jù)典型田塊灌溉面積，推算典型田塊某作物種類年度畝均灌溉用水量，計算公式如下： （2-5）式中 典型田塊年畝均灌溉用水量，m3/畝；年內某次灌水進入典型田塊的水量，m3；年內某次灌水排出典型田塊的水量（不包括因管理不當造成的退水量），m3； 年內灌水次數(shù)；典型田塊的灌溉

29、面積，畝。（2）管道輸水地面灌在管道出水口處安裝計量設備，計量每次進入典型田塊的水量。在有排水的典型田塊，同時在田塊排水口設置量水設施量測排水量，再根據(jù)典型田塊灌溉面積，推算典型田塊某作物種類年度畝均灌溉用水量，計算公式同（4-5）。（3）噴灌在控制典型田塊的噴灌系統(tǒng)管道上加裝水量計量設備，計量噴頭的出水量，然后推算典型田塊某次灌水的灌溉用水量，然后將不同灌水次數(shù)的灌溉用水量w相加，除以典型田塊的面積A田，從而得到該作物類型年度的畝均凈灌溉用水量Wi。計算公式為： （2-6）式中 噴灑水利用系數(shù)，應考慮灌溉期間典型田塊處的噴頭類型、風力、溫度等條件，并參考有關試驗研究成果或資料確定，一般可取0

30、.80；年內控制典型田塊支管某次灌水的出水量，m3；其他符號意義同前。（4）微灌對于滴灌、小管出流等灌溉類型，可在控制典型田塊的支管安裝計量設備，計量典型田塊某次灌溉用水量，然后將不同灌水次數(shù)的灌溉用水量相加，除以典型田塊的面積，計算典型田塊某作物種類年度畝均灌溉用水量，計算公式同（2-6），但滴灌水利用系數(shù)一般為0.90。微噴可參考噴灌進行計算,但微噴水利用系數(shù)一般為0.85。2、典型田塊年度畝均凈灌溉用水量的確定用觀測分析法確定典型田塊年畝均凈灌溉用水量時，首先，應觀測實際進入典型田塊某種作物的年畝均灌溉用水量，再根據(jù)當年氣象資料、作物種類等情況，依據(jù)水量平衡原理計算典型田塊該種作物當年的

31、凈灌溉定額M具體計算方法可參照技術指南和灌溉與排水工程設計規(guī)范（GB50288-99），然后對二者比較進行判斷。當k·M時，為充分灌溉，則w田凈=M；當k·M時，為非充分灌溉，則w田凈=k·w田。其式中，k為折減系數(shù)，對于旱作物，k可取0.90；對于水稻，k可取0.900.95。由此得出典型田塊某作物的年畝均凈灌溉用水量。3、典型田塊的量水設備及量水方法（1）典型田塊量測水的要求進入典型田塊的灌溉用水量的觀測位置應為田塊進水口。如不具備上述條件，也可在末級固定渠道（農(nóng)渠）供水口計量，但從計量口到田塊入口輸水過程中不能有分流，并且應扣除其間的渠道輸水損失。（2）從典

32、型田塊進口量水的設備及量水方法進入典型田塊的灌溉用水量計量可采用薄壁堰量水的方法。薄壁堰包括三角形薄壁堰、矩形薄壁堰和梯形薄壁堰等。1）薄壁量水堰的一般規(guī)定堰板厚度與堰上水頭H之比/H0.67時，稱為薄壁堰堰流。薄壁堰適用于量測輸送清水、且具有一定水頭的渠道流量。薄壁堰堰板應與側墻和水流方向垂直。堰口應制成銳緣，銳緣水平厚度為0.0010.002m，當厚度大于0.0010.002m時，缺口下緣要加工成斜面，并使堰頂下游斜面和堰頂?shù)膴A角不宜小于45º（見圖8）。小型薄壁堰堰板可用鋼板、木板堰口加鐵皮制成，大型薄壁堰應在現(xiàn)場安裝在鋼筋混凝土基座上，并應保持垂直。圖2-1薄壁堰堰口銳緣加工

33、圖水流通過薄壁堰板形成的水舌，應完全挑離堰頂射出。水舌上下表面應與大氣接觸、通氣良好，下游最高水位應低于堰頂0.1m, 堰上水頭應大于0.03m.水頭測量斷面應設置在距堰口上游36倍堰頂最大水頭處。薄壁堰水尺零點高程與堰頂高程相同，水尺零點高程用水準儀確定。當堰頂寬（b）與行近渠寬（B）之比b/B0.5時，行近渠槽的長度至少應為槽寬的10倍；當b/B0.5時,可適當縮短。行近渠槽應斷面整齊、順直、堅固。水頭可用水尺（刻度5mm）測量。2）三角形薄壁堰過水斷面為三角形缺口，角頂向下。常用的薄壁三角堰堰頂夾角為45º、90º，適用于小流量（L/s）。堰口與兩側渠坡的距離T及角頂

34、與渠底的高度P，不應小于最大堰上水頭H，。結構尺寸見圖2-2。圖2-2 三角形薄壁堰示意圖自由流流量計算公式 （2-7）式中 流量（m3/s）；H堰上水頭（）；三角堰堰頂夾角(°)流量系數(shù),一般約為0.6。當º，即直角三角堰時： 或 （2-8）符號意義同前。淹沒流流量計算公式：淹沒流三角形堰限于田間量水。對于直角三角堰 （2-9） 其中 式中 淹沒系數(shù),；h下游水尺讀數(shù)(m) ；H上游水尺讀數(shù)(m)。2）矩形薄壁堰矩形薄壁堰分為無側收縮和有側收縮兩類。當堰頂寬度(b)與行近渠槽(B)等寬時稱為無側收縮矩形薄壁堰，堰頂寬度小于行近渠槽寬度時為有側收縮的矩形薄壁堰。堰口寬度b0

35、.15m。見圖2-3。圖2-3 矩形薄壁堰示意圖無側收縮的流量公式 （2-10）流量系數(shù)m用雷卜克公式計算 （2-11）公式適用范圍：0H/P6。式中 H堰上水頭(m)；P堰高(m)有側收縮的流量公式 （2-12）流量系數(shù)用巴贊公式計算： （2-13）公式適用范圍：P0.5 H, b0.15m, P0.10m式中B渠寬(m)；b堰寬(m)。3）梯形薄壁堰梯形薄壁堰結構為上寬下窄的梯形缺口，堰口側邊比應為1:4（橫:豎）。尺寸要求：B1.5m；b=B+h/2；h=B/3+0.05m；=B/3；B/3；D=P+h+0.05m；L=b+2T+0.16m。符號意義如圖2-4。圖2-4 梯形量水堰及其水

36、流形態(tài)示意圖自由流流量公式： （2-14）淹沒流流量公式： （2-15） （2-16）式中 Q流量（m3/s）；H堰上水頭（）；B堰口底寬（）；淹沒系數(shù)；hn下游水面高出堰檻的水深()。（3）從末級渠道量水的設備及量水方法在末級渠道上量水，除了可采用上述薄壁堰量水外，也常用量水槽量水和轉輪式量水計量水。1）量水槽量水的一般規(guī)定量水槽應設置于順直渠段，上游行近渠段壅水高度不應影響進水口的正常引水，長度一般應大于渠寬的515倍；行近渠內水流佛汝德數(shù)Fr應小于或等于0.5。槽體應堅固，不滲漏，槽體表面平滑光潔。槽體軸線應與渠道軸線一致。量水槽上游不應淤積，下游不應沖刷。水尺零點應用水準儀確定。2）長

37、喉道量水槽(量水檻)長喉道量水槽的收縮段應有足夠長度，保證喉道內產(chǎn)生平行水流，并在量水槽內出現(xiàn)臨界水流。喉道收縮斷面與行近渠道斷面應有一個適當比率，矩形長喉道量水槽不應大于0.7，梯形長喉道量水槽不應大于0.5。長喉道量水槽分為只有側收縮(無底檻)、既有側收縮又有底檻收縮和只有底檻收縮無側收縮共三類。只有底檻收縮無側收縮的長喉道量水槽，簡稱量水檻。適用范圍：量水檻適用于穩(wěn)定流或近似穩(wěn)定流的渠道，用于自由流和淹沒流(但淹沒度應控制在0.9以下精度較高)狀況下測流。它可應用于上下游水位差較小的渠道，建議使用自由流的量水檻。量水檻可用于不同形狀渠道斷面和不同水流狀態(tài)下的水流測量,水頭損失宜在0.1h

38、max0.13hmax，最大流量與最小流量比Qmax:Qmin=10:1。結構及尺寸量水檻由上游行近渠道和喉道組成。喉道斷面與渠道斷面相同。橫斷面有矩形、梯形、三角形或其他規(guī)則的曲線形狀。量水檻長度是堰前最大水深的1.5倍.5倍，迎水面用1：3的斜坡與原渠底連接。堰后用較緩的斜面與渠底銜接，也可不設斜面，垂直與渠底銜接。底部應設排水管。結構示意圖見圖2-5。 a) 矩形量水檻斷面示意圖 b) 梯形量水檻斷面示意圖1渠頂；2水尺；3底檻參考位置；4底檻；5排水管。D渠道深度（m）； d超高（m）；H1上游渠道水深（m）；H2下游渠道水深（m）；hc臨界水深（m）；h量水檻壅水高度（m）；p量水檻

39、高度（m）； h2以底檻頂部為基準面的下游水頭（m）；B量水檻頂寬度（m）；b渠底寬度（m）；L1量水檻頂長度（m）；L2漸變段長度（m）。L0水尺至量水檻起點距離,一般采用1.0m。圖2-5 量水檻縱橫剖面示意圖2）標準巴歇爾量水槽巴歇爾量水槽由進口收縮段、喉道、出口擴散段及上下游水尺組成（見圖2-6）。出口擴散段的側墻與軸線應成9º28的擴散角，喉道底板的坡降為3：8，出口擴散段底板的逆坡坡度為1:6。圖2-6 標準巴歇爾量水槽結構示意圖3）矩形無喉段量水槽矩形無喉段量水槽由進口收縮段、矩形喉口、出口擴散段及上下游水尺組成，上游進口段以1:3折角收縮，下游出口段以1:6折角擴散，

40、進口和出口寬度相等。量水槽的上、下游水尺分別設置在距進口和出口1/9L處，水尺應垂直于槽底，零點與槽底齊平。小型量水槽（喉寬在0.8m以下），水尺可設在側墻壁上；大型量水槽可在槽外設觀測井觀測水位。結構尺寸見圖2-71護坦；2翼墻圖2-7 矩形無喉段落量水槽結構示意圖4）拋物線形喉口量水槽適用范圍：a)適用于具有下列參數(shù)的U形渠道的測流:底弧直徑D=0.32.0m；渠道深度H=0.41.5m；直線段外傾角0°15°；渠底比降I=1/3001/1500。b) 拋物線形喉口量水槽應在自由流條件下使用，臨界淹沒度不宜大于0.88。c) 佛汝德數(shù)Fr0.5結構形式及尺寸拋物線形喉口

41、量水槽由進口收縮漸變段、拋物線形喉口斷面、出口擴散漸變段和水尺組成。喉口上游（45）H渠段內的渠底高程應與拋物線形喉口底部高程齊平，如圖2-8。圖2-8 拋物線形喉口量水槽示意圖5)直壁式量水槽使用范圍:a) 適用于具有下列參數(shù)的U形渠道的測流：底弧直徑D=0.30.8m；襯砌深度H=0.40.8m；上游水尺讀數(shù)h10.06m；直線段外傾角0°15°。b) 直壁式量水槽應在自由流條件下使用，臨界淹沒度(正常水深h0與上游總水頭比值)不宜大于0.83。c) 佛汝德數(shù)Fr0.5 。結構形式及尺寸直壁式量水槽屬長喉道臨界水深槽，進口與出口由橢圓形曲線與形渠道銜接，量水槽底部不改變

42、原渠道底坡。其結構形式如圖2-9所示。圖2-9 直壁式量水槽結構圖6）轉輪式量水計轉輪式量水計由轉輪、計數(shù)器和水槽三部分組成（見圖2-10）。轉輪由圓筒、軸承外部的八個葉片以及內部的幅條組成。葉片為V字形，在每個葉片的底部V字形的尖角處設一出氣孔，以便相鄰的分割間在進入或離開凹槽時，使通過的水流很容易的充滿或放空。葉片的外角削去一部分，以適應低板與側墻接合處的凸起部分。當轉輪式量水計上、下游形成一定的水位差時，轉輪在水頭的作用下旋轉，計數(shù)器記錄下某一時段的轉數(shù)，再根據(jù)一定的工作范圍內，轉輪每轉所通過的水量，即可確定某一時段通過的水量。轉輪式量水計水頭損失較小，一般在57cm范圍內。在適當流量范

43、圍內其量測的精度誤差小于±5，通過水中懸浮物的條件較好，可作為田間渠系量水設備。在高淹沒度的條件下，其量水精度將急劇下降。 圖2-10 轉輪式量水計示意圖灌溉渠道系統(tǒng)量水具體方法參見灌溉渠道系統(tǒng)量水規(guī)范GB/T21303-2007。（4）管道量水設備及量水方法 測定管灌、噴灌和微灌時典型田塊的灌溉水量可用管道量水設備。常用的有電磁流量計、超聲波管道流量計、壓差式流量計、水表、渦輪流量和傳感器等。1）電磁流量計電磁流量計原理：電磁流量計主要由變送器和轉換器及流量顯示儀表三部分組成。輸出電信號可以模擬電流或電壓，以及頻率信號或數(shù)字信號輸給顯示儀表、記錄儀表進行流量顯示、記錄和積算。技術要

44、求：宜選用滿量程輸出誤差小于（±1.5%±2.5%）流量計。前直管段長度應大于5倍管徑，后直管段長度應大于2倍管徑，在此范圍內不應安裝閘閥。上限流速不應超過5m/s，下限流速不應小于0.5m/s。用于有電源的管道灌溉系統(tǒng)的量水。 2）超聲波管道流量計超聲波管道流量計的組成超聲波流量計由超聲波換能器、轉換器及流量、水量顯示三部分構成。超聲波管道流量計工作原理超聲波流量計是根據(jù)超聲波在水中傳播時，其傳播速度C、相位和頻率f與水流流動速度V有密切關系而研究制成的時差法、相差法和頻移法超聲波流量計。對流體品質要求較低,凡能傳播超聲波的流體都能用超聲波管道流量計來測量。但由于超聲波在

45、水中傳播的速度C受水溫和含沙量等因素的印象，當水溫和含沙量變化較大時，對大多數(shù)超聲波管道流量計來說，都將引起不可忽視的誤差。精度等級要求宜選用滿量程輸出誤差小于±1.5%±2.5%的流量計。 3）壓差式流量計差壓式流量計的構造與種類差壓式流量計由節(jié)流件、取壓裝置和節(jié)流件前后直管段等組成。根據(jù)節(jié)流件的不同,推薦用于灌溉系統(tǒng)的差壓式流量計有：孔板式流量計、文丘利管流量計及圓缺孔板流量計。壓差式流量計原理 在輸送水流的流路上的某個部位設置一個節(jié)流件，在節(jié)流件的上、下游形成壓力差，該壓力差與流經(jīng)管道的水流流速（亦即流量大小）有很好的比例關系，據(jù)此，研制出多種壓差流量計。 4）水表使

46、用條件：水表分固定式和移動式兩種，水表的周圍空氣溫度在040,工作水溫應低于40。水表的前、后必須有足夠的直管段（前為10D，后為5D）。水表種類及主要技術參數(shù)：用于灌溉的水表主要有旋翼式和螺翼式兩類。水表的測量誤差為±2%±5%。選用與安裝要求:管道上安裝固定水表，宜選用濕式水表,并應設表井等保護設施。螺翼式水表前應保證有810倍公稱直徑的直管段，旋翼式水表前后，應有不小于.3m的直管段。水表前應設過濾網(wǎng),濾水網(wǎng)過水面積應大于水表公稱直徑對應的截面積。 5）渦輪流量傳感器傳感器主要有殼體、前導向架、葉輪、后導向架、緊圈、和帶放大器的磁電感應轉換器等組成。當被測介質流量流經(jīng)

47、傳感器時，推動葉輪旋轉，葉輪即周期性的改變磁電感應系統(tǒng)中的磁阻值，使通過線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生電流脈沖信號，經(jīng)放大器放大后，傳送至二次儀表，實現(xiàn)流量測量。（三）兩種實測方法的比較和評述直接測量法和觀測分析法這兩種測定典型田塊凈灌溉用水量的方法都屬于實測法，均可獲得比較準確的數(shù)據(jù)，是在測算典型田塊凈灌溉用水量中應重點推薦的方法。但兩者比較，直接測量法更具有優(yōu)勢。從上述這兩種測算方法的操作過程可以看出，直接測量法比較簡單直接，數(shù)據(jù)更真實可靠，可以直接得到典型田塊某次灌水的凈灌溉用水量，而觀測分析法則要全年灌溉結束后，經(jīng)過判斷是否充分或非充分灌溉，經(jīng)過換算后才能確定某次灌水的凈灌溉用水量。另外，

48、直接測量法所需的測量設備也比較簡單，只需要取土鉆、鋁盒、烘箱，天平、水尺等簡單和普通的設備，一個人用很短時間就可以在田間完成取樣或測量工作。因此，各灌區(qū)在測算灌溉水有效利用系數(shù)時，沒有理由不采用實測方法。 2.3灌區(qū)田間凈灌溉用水量計算方法采用上述直接測量法或觀測分析法確定某典型田塊某種作物的年度畝均凈灌溉用水量后，可用下列方法計算灌區(qū)田間凈灌溉用水總量（1）計算某灌區(qū)同區(qū)域或同種灌溉類型第i種作物的年凈灌溉用水量根據(jù)典型田塊選擇要求：大型灌區(qū)分上、中、下游3片，每片每種作物選 3個典型田塊，中型灌區(qū)分上、下游2片，每片每種作物選 3個典型田塊，小型灌區(qū)每種作物選2個典型田塊，井灌區(qū)每種灌溉類

49、型每種作物選2個典型田塊。將各個典型田塊測算確定的同片區(qū)或同灌溉類型的某作物年度畝均凈灌溉用水量進行面積加權平均，得出灌區(qū)該種作物同片區(qū)或同灌溉類型的年度畝均凈灌溉用水量?？捎孟率接嬎悖?（2-17）式中：灌區(qū)同片區(qū)或同灌溉類型第i種作物的年畝均凈灌溉用水量，m3/畝；同片區(qū)或同灌溉類型第i種作物第l個典型田塊年畝均凈灌溉用水量，m3/畝；同片區(qū)或同灌溉類型第i種作物第l個典型田塊灌溉面積，畝；同片區(qū)或同灌溉類型第i種作物典型田塊數(shù)量，個。（2）計算灌區(qū)年凈灌溉用水總量根據(jù)灌區(qū)內不同分區(qū)不同作物種類灌溉面積，結合不同作物在不同分區(qū)的年畝均凈灌溉用水量，可計算得出灌區(qū)年度凈灌溉用水總量，計算方法

50、如下：1）大、中、小型灌區(qū)的年凈灌溉用水總量計算公式如下： （2-18）式中 灌區(qū)年凈灌溉用水總量，m3；灌區(qū)j個片區(qū)內第i種作物畝均凈灌溉用水量，m3/畝；灌區(qū)j個片區(qū)內第i種作物灌溉面積，畝；m灌區(qū)j個片區(qū)內的作物種類，種；n灌區(qū)片區(qū)數(shù)量，個；大型灌區(qū)n=3，中型灌區(qū)n=2，小型灌區(qū)n=1。2）純井灌區(qū)年凈灌溉用水總量計算公式如下： （2-19）式中 灌區(qū)年凈灌溉用水總量，m3；灌區(qū)第k種灌溉類型第i種作物畝均凈灌溉用水量，m3/畝；灌區(qū)第k種灌溉類型第i種作物灌溉面積，畝；m灌區(qū)第k種灌溉類型作物種類數(shù)量，種；p灌區(qū)灌溉類型數(shù)量，p=15，種；包括土質渠道地面灌、防滲渠道地面灌、管道輸水

51、地面灌、噴灌、微灌。3.灌區(qū)首部毛灌溉用水量的實測方法 3.1灌區(qū)首部毛灌溉用水量從灌區(qū)首部引進的毛灌溉用水總量是指灌區(qū)全年從水源（一個或多個）取用的用于農(nóng)田灌溉的總水量，該水量應通過實測確定。當灌區(qū)還向其他用戶輸水（包括工業(yè)、生活、生態(tài)、漁業(yè)、畜牧、園林草地用水，或因工程保護、防洪除險等需要的棄水量等）時，需從灌區(qū)全年取用總水量中，扣減上述非農(nóng)田灌溉用水量（從分水點反推到渠首）。如灌區(qū)內如有蓄積降水徑流的塘（堰）壩水量用于灌溉，應計入灌區(qū)毛灌溉用水總量。如降水徑流納蓄到渠道的灌區(qū)，應進行降水徑流分析，將進入渠系并用于灌溉的水量計入到年毛灌溉用水總量中。3.2灌區(qū)首部毛灌溉用水量計算方法從灌區(qū)首部引進的年毛灌溉用水總量的計算公式如下： （3-1）式中 樣點灌區(qū)年毛灌溉用水總量，m3；樣點灌區(qū)第i個水源取水量，m3。 n 樣點灌區(qū)水源數(shù)