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全国灌溉用水有效利用系数测算分析技术指南
1目的及意义
我国水资源缺乏,供需矛盾突出,已成为经济社会可持续开展的关键制约因素。加快建设资源节约型、环境友好型社会,实现经济开展与人口、资源、环境相协调,是今后一项长期而紧迫的任务。目前,全国灌溉用水量约占总用水量的60%以上,灌溉面积的98%为地面灌溉,灌溉方式粗放,灌溉水的利用率和利用效益较低,因此,灌溉节水是建设节水型社会的首要内容。?中华人民共和国国民经济和社会开展第十一个五年规划纲要?明确要求,到“十一五〞〔预期性指标〕。?全国水利开展“十一五〞规划?确定,。
灌溉用水有效利用系数指灌入田间可被作物利用的水量与灌溉系统取用的灌溉总水量的比值,其与灌区自然条件、工程状况、用水管理、灌水技术等因素有关,是评价灌溉用水效率的重要指标。跟踪分析灌溉用水有效利用系数变化情况,合理评价节水潜力与节水灌溉开展成效,对于促进灌溉节水健康开展具有重要意义。根据水利部关于开展“十一五〞期间全国灌溉用水有效利用系数测算分析的有关要求和部署〔水农[2023]617号〕,为了统一和标准全国灌溉用水有效利用系数测算分析方法和步骤,促进该项工作有序开展,特制定本技术指南。
2技术路线
全国灌溉用水有效利用系数采用点与面相结合、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进行测算分析。
各省〔区、市〕在对灌区综合调研的根底上,选择代表不同规模与类型〔大、中、小型灌区和纯井灌区,下同〕的典型灌区作为样点灌区,搜集整理样点灌区有关资料,并开展必要的田间观测,通过综合分析,得出样点灌区灌溉用水有效利用系数;以此为根底,得到不同规模与类型灌区的灌溉用水有效利用系数平均值;分析计算出各省〔区、市〕平均值;最后,由省〔区、市〕数据推算全国的
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灌溉用水有效利用系数。具体思路如下:
第一,各省〔区、市〕对灌区情况进行整体调查,分类统计灌区的灌溉面积、工程与用水状况等,确定代表不同规模与类型、不同工程状况、不同水源条件与管理水平的样点灌区,构建本省〔区、市〕灌溉用水有效利用系数测算分析网络;
第二,搜集整理各样点灌区的相关灌溉用水管理、气象、灌溉试验等资料,并进行必要的田间观测,分析计算样点灌区的灌溉用水有效利用系数;以此为根底,根据不同规模灌区灌溉用水有效利用系数影响因素和分类灌区灌溉用水情况,分析推算全省〔区、市〕大、中、小、纯井灌区的灌溉用水有效利用系数平均值;
第三,根据各省〔区、市〕不同规模与类型灌区年毛灌溉用水量和平均灌溉用水有效利用系数,加权平均得到本省〔区、市〕灌溉用水有效利用系数平均值;
第四,根据各省〔区、市〕年毛灌溉用水总量和灌溉用水有效利用系数平均值,加权平均得出全国灌溉用水有效利用系数平均值。
技术路线流程如下列图所示。
各
省灌区根本情况调查
确定省典型代表样点灌区
样点灌区灌溉用水有效利用系数测算分析
全省灌溉用水有效利用系数
全国灌溉用水有效利用系数
点面转化
点面转化
全省大/中/小型和井灌区灌溉用水有效利用系数平均值
点面转化
全国灌溉用水有效利用系数测算分析技术路线框图
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3有关要求与说明
为了标准和统一测算分析方法,便于点面结合和汇总分析,合理推算灌溉用水有效利用系数,各省〔区、市〕样点灌区的测算分析统一采用本指南推荐的首尾测算分析法。
鉴于各省〔区、市〕灌区数量较多,应分类选择具有代表性的样点灌区进行测算分析。样点灌区的选择应符合以下根本要求:
〔1〕样点灌区应按照大型〔≥30万亩〕、中型〔1-30万亩〕、小型〔<1万亩〕灌区和纯井灌区四种不同规模与类型进行分类选取。在选择样点灌区时,应综合考虑工程设施状况、管理水平、灌溉水源条件〔提水、自流引水〕、作物种类和种植结构、地形地貌等因素。同类型样点灌区重点兼顾不同工程设施状况和管理水平等,使选择的样点灌区综合后能代表全省〔区、市〕该类型灌区的平均情况。
样点个数具体要求如下:
大型灌区:根据水利部的工作要求,所有大型灌区均纳入样点灌区测算分析范围,即大型灌区的总个数即为样点灌区个数。
中型灌区:按有效灌溉面积〔A中型〕大小分为3个档次,即1≤A中型<5、5≤A中型<15、15≤A中型<30万亩,每个档次的样点灌区个数不应少于本省〔区、市〕相应档次灌区总数的5%。同时,样点灌区中应包括提水和自流引水两种水源类型,样点灌区有效灌溉面积总和应不少于本省〔区、市〕中型灌区总有效灌溉面积的10%。
小型灌区:样点灌区个数应根据本省〔区、市〕小型灌区〔或小型水利工程控制的灌溉区域〕的实际情况确定;同时,样点灌区应包括提水和自流引水两种水源类型,不同水源类型的样点灌区个数应与该类型灌区数量所占的比例相协调。有条件的省〔区、市〕可以根据自然条件、社会经济状况、作物种类等因素分区选择样点灌区。
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纯井灌区:一般应以单井控制面积作为一个样点灌区〔测算单元〕。样点灌区〔测算单元〕个数应根据本省纯井灌区实际情况确定,样点灌区数量以能代表纯井灌区灌溉用水有效利用系数的整体情况为原那么。鉴于纯井灌区范围大、井数多的特点,应根据土渠、渠道防渗、低压管道、喷灌、微灌等不同灌溉工程形式分类选择代表性样点,同一种灌溉工程形式至少选择3个样点灌区。
〔2〕样点灌区一般应具有一定的观测条件和灌溉用水管理资料等,并具备相应的技术力量。
为使测算分析得到的灌溉用水有效利用系数具有可比性,各测算年度的样点灌区应尽量保持稳定,一般不宜进行调整。如果各灌区工程改造与管理水平等因素变化后,造成不同规模与类型样点灌区与全省〔区、市〕同类灌区的平均变化情况存在较大差异,那么应对该规模与类型样点灌区的代表性进行分析,必要时进行调整,以使各测算年度的该规模与类型样点灌区综合起来能够代表当年同类灌区的平均水平,即样点灌区群要具有动态代表性。
影响灌溉用水有效利用系数的因素较多。对于一个灌区来说,灌溉工程状况与管理水平是关键因素,而其与工程节水改造投入密切相关,故样点的动态代表性可以有效灌溉面积的亩均节水改造投入作为判别指标,分类进行判断:
〔1〕当年度样点灌区的亩均节水改造投入增加值与全省〔区、市〕同类灌区的亩均节水改造投入增加值相差≤10%时,即认为该规模与类型灌区的样点灌区综合起来仍能代表全省〔区、市〕同类灌区的平均状况,参与平均值计算分析的样点灌区不作调整。
〔2〕当二者相差>10%时,那么应对参与计算的样点灌区进行调整,使二者相差在10%之内;再以调整后的该类样点灌区灌溉用水有效利用系数测算分析值为根底,计算全省〔区、市〕同类灌区的灌溉用水有效利用系数平均值。
如果具有充分的资料,也可采用其它方法判断样点灌区的动态代表性并作合理调整,但应以该类样点灌区的灌溉用水有效利用系数能够代表本省〔区、市〕同类灌区灌溉用水有效利用系数的平均情况为原那么。
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为了合理确定和复核灌区实际灌溉情况〔充分灌溉或非充分灌溉〕、田间净灌溉用水量等,原那么上样点灌区应对典型田块进行田间灌水次数、灌水方式与****惯等调查,并进行田间灌溉用水量观测。根本要求如下:
〔1〕典型田块应面积适中、边界清楚、形状规那么,同时综合考虑田间平整度、土质类型、地下水埋深、降雨气候条件、灌溉****惯和灌溉方式等因素的代表性。如果以上因素差异较大,那么应分区选择典型田块进行观测;对于范围较大的灌区,至少应在其上、中、下游针对主要作物选择典型田块进行观测。
〔2〕典型作物选择可根据其实灌面积在灌区内的比例确定。原那么上对于作物实灌面积超过灌区实灌面积10%以上的作物,均应进行田间毛灌溉水量〔直接进入田块的灌溉水量〕观测,灌水量观测位置应为田间进水口,水量进入田间的过程中无任何渠道输水;如不具备上述条件,也可根据其它方法估算田间毛灌溉用水量,如在斗〔农〕渠供水口计量,应考虑从计量口到田块入口过程的输水损失,或按照相近作物灌水情况进行估算。
〔3〕原那么上每次灌水期间都应进行典型田块毛灌溉水量观测,并据此确定田间毛灌溉定额。田间毛灌溉定额与灌溉次数多少是判断是否充分灌溉的重要依据。有条件的灌区也可以进行深入的田间灌水观测分析,确定田间净灌溉定额,为净灌溉用水量计算以及相关数据复核提供依据。
4首尾测算分析法
根据定义,灌区灌溉用水有效利用系数即为某时段灌区田间净灌溉用水总量与从灌溉系统取用的毛灌溉用水总量的比值。计算公式如下:
〔4-1〕
式中——灌区灌溉用水有效利用系数;
——灌区净灌溉用水总量,m3;
——灌区毛灌溉用水总量,m3,;
在实际计算中,可先用下式计算灌区亩均综合净灌溉定额:
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(4-2)
式中——灌区第种作物净灌溉定额,m3/亩,;
——灌区第种作物实灌面积,亩;
——灌区作物种类总数;
——灌区实灌溉面积〔不考虑复种指数情况〕,亩;
那么灌溉用水有效利用系数为:
〔4-3〕
符号意义同前。
为了能够反映灌区灌溉水利用的整体情况,计算分析时段以测算分析年的日历年为准,即每年1月1日至12月31日;对于跨年度的作物那么应分段计算〔以下同〕,合理确定测算分析年该作物净灌溉用水量。
〔1〕一般情况
年毛灌溉用水总量是指灌区全年从水源地等灌溉系统取用的用于农田灌溉的总水量,其值等于取水总量中扣除由于工程保护、防洪除险等需要的渠道〔管路〕弃水量、向灌区外的退水量以及非农业灌溉水量等。
当农业灌溉输水与工业或城市、农村生活供水共用一条渠道〔管路〕时,还应扣除其相应的水量〔从分水点反推到渠首〕。
年毛灌溉用水总量应根据灌区从水源地等灌溉系统实际取水测量值统计分析取得。
〔2〕灌区内结合塘堰坝或其它供水水源灌溉情况
在一些利用塘堰坝与骨干灌溉水源联合灌溉供水的灌区,其塘堰坝的蓄水一局部来自当地降雨产生的地表径流,同时还可能有一局部来自渠道补水,这两局部水量应计入灌区毛灌溉用水总量中,并按以下要求分析测算:
①如有塘堰坝或其它水源灌溉供水量统计资料,那么以统计资料为准。但供水量中不
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应包括灌区渠系引水蓄入塘堰坝的水量。
②如无统计资料,那么应对测算年塘堰坝或其它供水水源灌溉供水情况进行代表性典型调查分析后进行估算。
〔3〕灌区渠系纳蓄雨水用于灌溉情况
有些灌区在雨季存在当地降雨产生的地表径流进入渠系纳蓄的现象,这些水量如果也用于农业灌溉,而且水量较大,那么应进行降水径流分析,将进入渠系用于灌溉的水量计入到年毛灌溉用水总量中。
净灌溉用水量分析计算以作物净灌溉定额为根底。本指南针对旱作充分灌溉、旱作非充分灌溉、水稻常规灌溉和水稻节水灌溉等几种主要灌溉方式,分别提出相应的净灌溉定额测算分析方法。
如果灌区范围较大,不同区域之间气候气象条件、灌溉用水情况等差异明显,那么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〕可参考当地灌溉试验站当年观测资料估算。
〔2〕样点灌区如观测资料有限,可根据当年的水文气象资料,依据水量平衡原理计算得出主要作物的净灌溉定额〔式4-4〕。
〔4-4〕
式中——第种作物净灌溉定额,mm;
——第种作物的蒸腾蒸发量,mm;
——第种作物生育期内的有效降水量,mm;
——第种作物生育期内地下水利用量,mm;
——第种作物生育期始末土壤储水量变化值,mm。
具体计算方法详见?灌溉与排水工程设计标准?〔GB50288-99〕。计算出的作物净灌溉定额单位由mm换算为m3/。
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在水资源紧缺灌区,用水户往往采用非充分灌溉。是否非充分灌溉应根据典型田块观测〔〕或实际灌溉经验进行判断。
当观测的进入田间的亩均灌溉用水量小于充分灌溉时的净灌溉定额时,即视为非充分灌溉。具体分为两种情况:①灌水次数按照需求不变,但每次灌水都达不到作物生长需要的净灌水定额〔即到达充分灌溉时的净灌水定额,下同〕;②减少灌水次数,但每次灌水均能到达作物生长需要的净灌水定额。满足作物生长需要的净灌溉定额可根据当年灌溉试验站资料或由式〔4-4〕分析计算得到。
非充分灌溉情况下的作物净灌溉定额一般应采用观测分析成果。如果缺乏相关资料,为了简化计算,其净灌溉定额可以采用以下方法估算:
%时,观测的作物亩均毛灌溉用水量即为净灌溉定额。
%而小于100%时,~。
从理论上讲,水稻净灌溉需水量包括泡田期灌溉用水量、生育期蒸腾蒸发量以及必要的渗漏水量、育秧需水量等四局部,但由于育秧需水量计算较复杂,且用水量很小,因此,在实际计算水稻全生育期净灌溉定额时往往忽略不计。如有资料,也可根据实际情况估算育秧需水量,计入净灌溉定额中。不考虑育秧需水量时,水稻全生育期〔包括泡田〕净灌溉定额计算公式为:
〔4-5〕
式中——水稻净灌溉定额,mm;
——水稻蒸腾蒸发量,mm;
——水稻生育期内的有效降水量,mm;
——水稻全生育期渗漏量,mm;
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——插秧前的泡田定额,mm,可根据当地灌溉试验或灌溉经验确定;
——水稻全生育期地下水的利用量,mm。
详细计算方法见?灌溉与排水工程设计标准?。计算出的作物净灌溉定额单位由mm换算为m3/。
应特别注意,对于采用水稻节水灌溉制度的区域,可以水稻节水灌溉制度设计的净灌溉定额为根底推算净灌溉用水量;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资料进行估算。
在许多灌区,往往采用两种或多种作物间作套种,如玉米与大豆,棉花与大豆、小麦与玉米等。
套种期间:在灌溉实践中,一般以满足主体作物的需水为主,其净灌溉定额可根据主体作物种植情况按前述方法确定;实灌面积以套种作物实灌面积计。
非套种期间:。
灌区净灌溉用水量用下式计算:
〔4-6〕
式中——灌区播种作物种类总数。
其它符号意义同前。
假设灌区有洗碱要求,那么在测算灌溉净用水量时必须考虑洗碱水量,洗碱过程中的漫溢水量视为损失量,不予考虑。所需的田间洗碱渗漏量〔洗碱净定额〕可根据灌区试验资料和生产经验科学合理地确定。
此时灌溉用水有效利用系数应按下式修正:
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〔4-7〕
式中——洗碱净定额,m3/亩;
——洗碱面积,亩;
其它符号意义同前。
有些灌区采用井渠双灌,井灌区和渠灌区交错重叠,无法明确区分。这时可将灌溉系统作为一个整体进行考虑,分别统计井灌提水量和渠灌引水量,以两者之和作为灌区总的灌溉用水量。此时,灌溉用水有效利用系数那么按下式计算:
〔4-8〕
式中——渠灌年毛灌溉用水量,m3
——井灌年毛灌溉用水量,m3;
其它符号意义同前。
有些渠灌区中虽包含有井灌面积,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。
5省〔区、市〕级灌溉用水有效利用系数推算
〔区、市〕级灌溉用水有效利用系数平均值计算公式
省〔区、市〕级灌溉用水有效利用系数是指省〔区、市〕年净灌溉用水总量与年毛灌溉用水总量的比值,计算公式如下:
〔5-1〕
式中——全省〔区、市〕灌溉用水有效利用系数平均值;