冬灌对宁夏灌溉水有效利用系数影响研究

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2023年12月29日发(作者:受人之托忠人之事)

冬灌对宁夏灌溉水有效利用系数影响研究

水利水电技术第48卷2017年第1期 冬灌对宁夏灌溉水有效利用系数影响研究 杜斌 ,t4ff- ̄ ̄ ,王 乐 ,张红玲 ,段超宇 210029; 2.宁夏回族自治区水利科学研究院,宁夏银川 750021) (1.南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京摘要:通过理论计算,2015年前,宁夏灌溉水有效利用系数测算时引水量中计入冬灌水量,而净灌溉 水量中未计入冬灌有效灌溉水量。经测算宁夏冬灌灌溉水有效利用系数为0.217,不同灌区在0.128~ 0.706之间变化。计入冬灌有效灌溉水量后,宁夏灌溉水有效利用系数由0.484提高至0.516,系数提高 0.032。研究同时表明,灌溉水量与灌溉水利用系数直接相关:自流灌区冬灌灌溉灌水量为210 ITI /亩, 冬灌灌溉水有效利用系数均值为0.175;扬水灌区冬灌灌灌水量为120 In /亩,冬灌灌溉水有效利用系数 均值为0.604。因此,合理制定灌区灌水定额,特别是冬灌灌水定额,可以提高灌溉水有效利用系数。 宁夏自流灌区冬灌灌水量偏大,造成灌溉水有效利用系数低,节水潜力较大。 关键词:冬灌;洗盐;保墒;灌溉水利用系数;宁夏回族自治区 doi:10.13928/j.enki.wrahe.2017.O1.027 中图分类号:¥27(243) 文献标识码:A 文章编号:1000.0860(2017)01.0144—05 Study on effect of winter irrigation on effective utilization coeficient of irrfigation water in Ningxia DU Bin ,BAO Ziyun ,WANG Le ,ZHANG Hongling ,DUAN Chaoyu (1.State Key Laboratory of Hydrology—Water Resources and Hydraulic Engineering,Nanjing Hydraliuc Research Institute,Nanjing 210029,Jiangsu,China;2.Ningxia Institute of Water Resources Research,Yinchuan 750021,Ningxia,China) Abstract:Through the relevant theoretical calculation,the water amount for the winter irrigation is accounted into the amount of water diversion and the effective irrigated water amount of the winter irrigation is not yet accounted into the net irrigation water a— mount during the estimation of the effective utilization coeficifent of irrigation water in Ningxia before 2015.According to the re- lated estimation,the effective utilization coeficientf of the winter irrigated water is 0.217 with the variation of 0.128~0.706 for the different irrigation regions.Mter taking the effective irrigation coefficient of the winter irrigation into account.the effective u— tilization coefifcient of irrigation water in Ningxia is increased from 0.484 to 0.516 with the increase of the coeficifent by 0.032. The study simultneouslay shows that the irrigated water amount is directly related to the utilization coeficientf of irrigated water, e.g.the irrigated water amount for the winter irrigation of the gravity・flow irrigated areas is 210 m /mu with the mean value of the effective utilization coeficifent of the winter irrigation of 0.175,while the irrigated water amount for the winter irrigation of the pumping irrigated areas is 120 m /mu with the mean value of the effective utilization coeficientf of the winter irrigation of 0.604. herefTore,the effective utilization coeficifent of irrigated water can be increased by reasonably making the quota of irrigation wa— ter,especilly tahe quota for the winter irrigation.The irrigated water amount of the winter irrigation in the gravity—flow irrigated reasa in Ningxia is a little bit larger,which causes a lower effective utilization coeficifent of he itrrigated water therein,thus the water—saving potential is larger. Keywords:winter irrigation;salt—washing;soil moisture conservation;irrigated water utilization coefficient;Ningxia  收稿日期: 2016.09.O1基金项目: 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室开放研究基金(2015490511) 作者简介: 杜斌(1988一),男,助理工程师,从事节水灌溉新理论与新技术研究。E—mail:nddubin@163 通信作者: 张红玲(1976一),女,高级工程师,从事节水灌溉研究。E—mail:zhlxy1976@163.com 144 WaterResources andHydropowerEngineenng Vo1.48No.1 

杜斌,等∥冬灌对宁夏灌溉水有效利用系数影响研究 0引言 不同级别盐碱地区排水水质平均资料计算的灌区排盐 系数如表1所列 。 表1 2015年宁夏引黄灌区冬灌不同级别盐碱地排盐系数 土壤含盐量 灌水的盐 排水的盐 f0~100 cm) 浓度 浓度 排盐系数 /% /g・L一1 /g・L 灌溉水利用系数关系到区域农业用水过程、分 布、效率等,是指在一次灌水期间被农作物利用的净 水量与水源渠首处总引进水量的比值H ]。宁蒙灌区 冬灌史已久,秋翻冬灌对蓄水保墒、洗盐、防治病虫 害、调节次年春灌压力、消灭虫蛹、改善土壤结构、 提高农作物产量有明显的作用,其中保墒作用对次年 作物生长至关重要_3 J。近5年来,宁夏全区冬灌面积 盐碱地级别 重中度 度 0.48 0.35 O.4_4 5.29 3.33 0.083 0.132 轻度 O.12 2.65 O.166 维持在24万~30万hm ,冬灌水量9亿~10亿m , 冬灌面积平均占有效灌溉面积47%,冬灌水量平均 占全年毛用水量16% -5]。灌溉水有效利用系数能 够集中反映灌溉工程质量、灌溉技术水平和灌溉用水 管理,是评价农业水资源利用,指导节水灌溉和大中 型灌区续建配套及节水改造健康发展的重要参考。本 文对宁夏冬灌灌水耗水进行了分析和理论计算,并对 宁夏冬灌对农田灌溉水有效利用系数的影响进行了评 价。 1 理论方法 根据冬灌水量消耗途径,冬灌有效水量为灌溉水 中能够与土壤溶液掺混并将盐分降至不影响作物生长 或通过排水排至灌区外的水量。结合宁夏灌溉实际情 况,考虑冬灌对来年作物生长具有不可缺少的保墒作 用,确定冬灌有效净灌溉水量为排水中能够带走盐分 的水量及土壤截留水量中第二年能够被作物吸收利用 的保墒水量。 本文通过测试和收集宁夏各灌区冬灌灌溉用水 量及水质、排水水量及水质、地下水埋深、灌溉面 积、盐碱地面积等资料,运用水量平衡和盐分平衡 理论,计算冬灌灌溉水有效利用量,分析冬灌对宁 夏各灌区及自治区全区农田灌溉水有效利用系数的 影响。 2计算结果与分析 2.1 有效洗盐水量计算 区域水盐平衡方程为 ,×Ci=R X Cr (1) 式中,R为从土壤根区排出水的深度(mm); 为灌 溉用水的深度(mm);Ci为灌溉水盐分浓度(g/L); cr为土壤根区排出水浓度(g/L)。防止盐渍化的排盐 系数是根据土壤盐量平衡式确定的,即排盐系数为 R/I=Ci/Cr[引。 依据2015年冬灌期每10 d一次实测灌水水质和 水利水电技术第48卷2017年第1期 依据宁夏耕地地力调查与质量评价报告,宁夏盐 渍化耕地面积约16.8万hm ,主要分布于青铜峡和 沙坡头灌区,其中轻度盐渍化耕地约为9.6万hm , 中度盐渍化耕地约为4.4万hm ,重度盐渍化耕地约 为2.77万hm ,具体分布按灌区统计情况如表2所 列,依据冬灌灌水资料,按公式(2)计算得冬灌有效 洗盐水量,结果如表2所列。 有效洗盐水量=(冬灌水量÷灌溉面积)X 重 ∑(盐碱地面积X排盐系数)百  (2) 2.2土壤保墒水量计算 冬灌灌水周期较长,在西北地区越冬时不同层 次土壤经历多次冻融循环,土壤水分变化机理较为 复杂,且冬灌后冻土取样难度也较大,目前,对于 宁夏冬灌土壤含水量蓄变量相关监测研究成果较 少。本文根据水量平衡原理计算冬灌土壤水分蓄变 量。 区域水量平衡方程为 +P= 发+ }水+ 水损失+△ 水= + (3) 式中, 发为冬灌期至开播前田间土壤蒸发水量 (m ); 为冬灌毛灌溉水量(m。);AIV为冬灌前至 次年开播前土壤水分蓄变量(m ); E水为冬灌期排 水量,包括排至灌区外的水量和深层渗漏补给地下水 水量(m ); h为冬灌期排至灌区外的水量(m ); 为深层渗漏补给地下水水量(In ); 水损失为冬 灌期渠道输水损失水量(m。);P为冬季降水的有效 利用量(m )。由于冬季降水很少,计算过程中不计 人降水量,即P=0。 依据宁夏水资源公报2015年统计片区排水相关 资料,按片区排引系数与渠道引水量计算得不同灌区 冬灌灌水排水量如表3所列。 宁夏冬灌周期为每年l0月下旬一11月中旬,冬 灌水土壤蒸发为11月中旬一翌年3月底开播前。此 145 

杜斌,等∥冬灌对宁夏灌溉水有效利用系数影响研究 表2 2015年宁夏引黄灌区不同级别盐碱地面积及有效洗盐水量 片区 灌区 冬灌面积 /万h盐碱地面积 /万hm 4.04 4.01 1.oo 1.3O 不同级别盐碱地面积/万hm 轻度 中度 重度 冬灌引水量 /万1110 15 555 16 476 8 934 8 057 有效洗盐 水量/万m 2 124 I 922 579 481 m 唐徕渠灌区 惠农渠灌区 青铜峡河西地区 汉延渠灌区 西干渠灌区 4.11 5.05 2.28 3.1l 2.20 2.42 0.58 0.73 0.89 1.11 O.33 0.34 O.95 0.48 0.09 0.23 渠首灌区 青铜峡河东地区 秦汉渠灌区 盐环定扬水灌区 卫宁河北地区 沙坡头灌区 跃进渠灌区 七星渠灌区 1.15 4.45 0.35 2.55 O.96 2.41 0.45 2.5O O.24 O.77 O.32 O.39 O.25 1.55 0.17 0.47 O.19 O.18 O.13 0.54 0.04 0.19 0.07 0.09 0.07 0.41 O.03 O.11 O.O6 O.12 4 41O 16 479 588 5 475 3 179 4 413 243 l 346 59 240 151 94 卫宁河南地区 固海扬水灌区 固扩扬水灌区 红寺堡扬水灌区 1.43 O.73 1.O8 0.17 0.2O 30.04 O.12 0.50 0.5l O.19 O.51 16.83 O.O5 O.25 0.22 0.07 0.31 9.64 0.O3 0.25 O.18 O.12 O.12 4.42 0.04 0.11 2 830 1 36o 1 879 480 29 136 121 71 l11 7 707 陶乐地区 月牙湖扬水灌区 陶乐扬水灌区 合计 0.08 2.77 670 90 785 表3 201 5年宁夏引黄灌区冬灌引水量和排水量 片 区 灌区 引水量 排引系数 排水水量 用,上层融冻水,部分通过表土扩散到大气层中, 当融冻水大于表土蒸发时,地表则出现返潮或积 水,即所谓春潮;冻层下部融冻的过饱和水回补给 潜水。其潜水蒸发与非冻结期有所差异。本文计算 /4z,In。 唐徕渠灌区 惠农渠灌区 /万In 8 773 9 292 15 555 16 476 参考实测不同区域地下水位及宁夏水科院多年研究 成果估算不同区域冬季潜水蒸发量 ,计算结果如 表4所列。 青铜峡河西地区 汉延渠灌区 西干渠灌区 渠首灌区 8 934 8 057 4 410 0.564 5 039 4 544 2 487 青铜峡河东地区 秦汉渠灌区 盐环定扬水灌区 卫宁河北地区 沙坡头灌区 跃进渠灌区 七星渠灌区 16 479 588 5 475 3 179 4 413 O.581 0.000 O.9 574 O 2 803 1 628 1 748 渠道输水损失水量包括各级渠道由于渗漏等造成 的水量损失。宁夏干、支、斗渠衬砌率约为71%、 85%、90%,按其设计工况,衬砌后干、支、斗渠灌 溉水利用系数为0.95、0.95、0.9,则渠系水有效利 用系数为0.731,通过实际测试,达不到设计工况, 512 0.396 卫宁河南地区 固海扬水灌区 固扩扬水灌区 红寺堡扬水灌区 陶乐地区 月牙湖扬水灌区 陶乐扬水灌区 合计 2 830 1 360 1 879 480 670 90 785 O O.oo0 O O 0.宁夏渠系水利用系数为0.7。渠道输水损失量计算结 果如表5所列。 利用水量平衡方法计算的冬灌土壤水分蓄变量和 冬灌灌溉有效水量如表5所列。 2.3灌溉水有效利用系数计算 331 159 222 46 269 灌溉水有效利用系数计算采用全国推行的首尾法 时段在西北地区土壤正处于冻融循环周期中,在冻 结期,潜水的消耗表现为非冻结层水分向冻结层聚 积,潜水通过冻土表面蒸发的量甚微。当土质一定 时,冻结期潜水消耗量,在毛细控制深度内与土壤 中含水量、潜水埋深、地温等有关。融冻期始于翌 计算,宁夏以往灌溉水利用系数计算在引水量中计入 冬灌水量,而净水量中因为生育期外灌水,不计入保 墒及洗盐有效水量 ]。因此2015年宁夏不计入冬灌、 计入冬灌灌溉水有效利用系数及系数变化情况如表6 所列。 年2月下旬左右,此时地温、气温上升,冻结层从 上、下两方面同时化冻,由于冻层的临时隔水作 146 从表6可以看出,计入冬灌有效水量后各灌区灌 溉水利用系数增幅在0.02~0.07,其中扬水灌区灌溉 水利水电技术第48卷2017年第1期 

杜斌,等∥冬灌对宁夏灌溉水有效利用系数影响研究 表4 201 5年宁夏引黄灌区冬灌期潜水蒸发量 l1— 2月 片区 自流灌区平均冬灌亩均灌水量为 210 m ,扬水灌区亩均冬灌水量为 1__3月 冬季潜 水蒸 mm 灌区 冬灌灌 灌区潜水 溉面积 蒸发量 /万hm /万171 地下水 潜水蒸 地下水 潜水蒸 发量 埋深/m 发量/mm 埋深/m 发量/mm /唐徕渠灌区 青铜峡 河西地区 2.OO 5 2.66 12 惠农渠灌区 17 汉延渠灌区 西干渠灌区 渠首灌区 120 m ,仅为自流灌区水量的57%, 灌溉水量与灌溉水利用系数直接相 关;按照全国农业灌溉水有效利用 4.11 5.O5 2.28 3.11 1.15 715.9 879.3 397.8 542.8 199.8 系数指导细则计算方法,宁夏全区 2015年不计入冬灌灌溉水有效利 用系数为0.484,计入冬灌灌溉水 有效利用系数为0.516,系数提高 青铜峡 2.oo 5 6 6 2.66 2.82 2.82 12 l1 11 17 秦汉渠灌区 4.45 775.1 61.3 447.2 168.5 422.4 251.5 128.5 河东地区 2.25 卫宁河北 2.18 盐环定扬水灌区 0.35 18 0.032。 从图1分析认为,宁夏冬灌灌 25 沙坡头灌区 跃进渠灌区 七星渠灌区 2.55 O.96 2.41 1.43 0.73 地区 水量不宜大于120 m /亩,总体变 化趋势为灌水量越大,灌溉水利用 卫宁河南 2.25 6 2.82 11 18 固海扬水灌区 固扩扬水灌区 系数越小,合理制定灌区灌水定 额,特别是冬灌灌水定额,对于减 地区 红寺堡扬水灌区 1.O8 陶乐地区 2o0 .189.7 29.0 34.9 5 2.66 合12 月牙湖扬水灌区 O.17 17 陶乐扬水灌区 O.轻宁夏水资源紧张局势和提高灌溉 水利用系数具有重要作用。宁夏自 流灌区冬灌灌水量偏大,造成灌溉 水有效利用系数偏低,节水潜力较 大。 2O 计 30.04 5 243.6 水利用系数增幅大于自流灌区,自流灌区冬灌灌溉水 有效利用系数远小于扬水灌区冬灌灌溉水有效利用系 数和自流灌区夏秋灌生育期灌溉水有效利用系数,自 流灌区冬灌灌溉水有效利用系数均值为0.175,扬水 灌区冬灌灌溉水有效利用系数均值为0.604;其形成 原因主要与灌水水量有关(见图1),从图1可以看出, 3结论 2015年,宁夏冬灌面积为30.04万hm ,冬灌水 量为90 785万m ,冬灌洗盐水量为7 077万m ,为 冬灌灌水量的7.8%;通过理论计算冬灌水量排水为 46 269万m。、潜水蒸发为5 243.6万m 、输水损失为 万m 有效灌溉水量 3 523 3 283 1 397 1 034 表5 2015年宁夏引黄灌区冬灌有效灌溉水量 片区 灌区 引水量 15 555 16 476 8 934 8 057 输水损失量 4 667 4 943 2 680 2 417 蒸发水量 716 879 398 543 排水水量 土壤水分蓄变量 有效洗盐水量 8 773 9 292 5 039 4 544 1 399 1 362 817 553 2 124 1 922 579 481 唐徕渠灌区 惠农渠灌区 青铜峡河西地区 汉延渠灌区 西干渠灌区 渠首灌区 青铜峡河东地区 秦汉渠灌区 4 410 16 479 1 323 4 944 2oo 775 2 487 9 574 4o0 1 186 243 1 346 643 2 532 盐环定扬水灌区 卫宁河北地区 沙坡头灌区 跃进渠灌区 七星渠灌区 588 5 475 3 179 4 4l3 176 1 643 954 1 324 61 447 168 422 O 2 803 l 628 l 748 351 582 429 919 59 240 151 94 410 822 580 l 013 卫宁河南地区 固海扬水灌区 固扩扬水灌区 红寺堡扬水灌区 陶乐地区 月牙湖扬水灌区 2 830 1 36o 1 879 480 849 408 564 144 25l 129 190 29 0 O O 159 1 730 823 1 125 148 29 136 12l 71 1 759 959 1 246 219 陶乐扬水灌区 合计 670 90 785 201 27 236 35 5 244 222 46 269 212 12 036 l11 7 707 323 19 743 水利水电技术第48卷20l7年第1期 147 

杜斌,等∥冬灌对宁夏灌溉水有效利用系数影响研究 表6 2015年宁夏引黄灌区不同情况下灌溉水有效利用系数 不计入冬灌 灌区年引水量 冬灌引水量 冬灌有效水量 冬灌灌溉水 计入冬灌 计入冬灌与不计 灌溉水有效 有效利用 灌溉水有效 入冬灌灌溉水有 利用系数 /万m。 /2i"In /万nl 系数 利用系数 效利用系数差值 片区 灌区 唐徕渠灌区 惠农渠灌区 0.456 0.477 88 887 90 176 15 555 16 476 3 523 3 283 0.226 0.199 0.496 0.513 O.O40 0.036 青铜峡河西地区 汉延渠灌区 西干渠灌区 渠首灌区 0.420 0.460 0.411 44 617 54 773 28 238 8 934 8 057 4 410 1 397 1034 643 0.156 0.128 0.146 0.452 0,478 0.434 0.O3l 0.019 0.023 青铜峡河东地区 秦汉渠灌区 盐环定扬水灌区 卫宁河北地区 沙坡头灌区 0.437 0.625 0.431 101 804 9 700 41 800 16 479 588 5 475 2 532 410 822 0.154 0.697 0.150 0.462 0.668 0.451 0.025 O.O42 0.020 跃进渠灌区 七星渠灌区 卫宁河南地区 固海扬水灌区 固扩扬水灌区 红寺堡扬水灌区 陶乐地区 月牙湖扬水灌区 陶乐扬水灌区 0.434 0.428 0.629 0.635 0.633 0.656 0.628 23 774 33 453 32 500 13 346 26 997 4 80o 6 708 3 179 4 413 2 830 1 360 1 879 480 670 580 1 013 1 759 959 1 246 219 323 O.183 0.230 0.621 0.705 0.663 0.455 0.482 0.458 0.458 0.683 0.707 0.679 0 702 0.676 0.O24 0.030 0.054 O.O72 0.046 0.046 O.048 圆O 8 o 7 亩均灌水量——B一不计入冬灌灌溉水有效利用系数 280 250 220l90 、 盐分淋失的影响[c]//中国农业工 程学会.现代节水高效农业与生态 灌区建设.昆明:云南大学出版 社。2010:463-469. 暖0 6 靴 O 1 16o霎 130楹 100 宁夏水资源公报编写组.宁夏水资 1J 1J 1j 1J 源公报(2010--2015)[R].银川: 宁夏水文水资源局,2010--2015. 赵新宇,余启飞,费良军,等.宁 夏青铜峡灌区引巡水规律研究[J]. 节水灌溉,2015(3):73—75. 方树星,徐涛,等.宁夏银北灌区 水盐均衡及调控问题[R].银川I: 灌区 宁夏水文总站,1995. 图1 灌溉水利用系数变化与灌水量的关系 黄仲冬,樊向阳,杜臻杰,等.宁 夏引黄灌区典型区域农田退水水量 与水质特征[J].中国农村水利水 电,2013(11):154—156. 27 236万ITI 、土壤储水12 036万m ;冬灌灌溉水 利用系数最小西干渠灌区为0.128,最大固扩扬水 [8] 许元萍,赵东辉,孔巧玲,等.潜水蒸发试验与分析研究[R]. 银JiI:宁夏水利科学研究所,1990. [9] 孙学平,张红玲,蒋正文,等.2015年宁夏自治区农田灌溉 灌区为0.705;计入冬灌有效水量后,灌区灌溉水 有效利用系数有较大幅度增长,增幅在0.02~ 0.07之间,全区灌溉水有效利用系数由0.484变 为0.516。 水有效利用系数测算分析成果报告[R].银川:宁夏水利科学 研究院,2016. (责任编辑尹美娥) 参考文献: [1] 彭世彰,高晓丽.提高灌溉水利用系数的探讨[J].中国水利, 2012(1):33—35. [2] 许建中,赵竞成,高峰,等.灌溉水利用系数传统测定方法存 在问题及影响因素分析[J].中国水利,2004(17):39—41. [3] 管孝艳,高占义,王少丽,等.河套灌区秋浇定额对农田土壤 148 水利水电技术第48卷2017年第1期 

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