第四节　灌溉用水量

灌溉用水量和灌溉用水流量是指灌区需要从水源引入的水量和流量。它们是流域规划和区域水利规划不可缺少的数据,也是灌区规划、设计和用水管理的基本依据。因此,在制定灌溉制度的基础上,需要进行灌溉用水量和灌溉用水流量的计算。

灌溉用水量和灌溉用水流量是根据灌溉面积、作物组成、灌溉制度及灌水延续时间等直接计算的。为了简化计算,常用灌水率来推求灌溉用水量。

一、灌水率

灌水率是指灌区单位灌溉面积(以100hm2计)上所需的净灌溉用水流量,又称灌水模数。这里所指的灌溉面积是指灌区的总灌溉面积,而不是某次灌水的实际受水面积,利用它可以计算灌区渠首的引水流量和灌溉渠道的设计流量。

(一)灌水率的计算

灌水延续时间T是指某种作物灌一次水所需要的天数。它与作物种类、灌区面积大小及农业技术条件等有关。它的长短直接影响着灌水率的大小,灌水延续时间越短,灌水率越大,作物对水分的要求越容易及时得到满足,但这将加大渠道的设计流量,提高工程造价,并造成灌水时劳动力的过分紧张。反之,灌水时间越长,则灌水率越小,渠道和渠道建筑物的设计流量也越小,相应的工程投资也越少,但作物的生长可能由于灌水不及时而受到影响。对于面积较小的灌区,灌水延续时间可相应减小。

不同作物允许的灌水延续时间不同。对主要作物关键期的灌水延续时间不宜过长,次要作物的可以延长一些。若灌区面积较大,则灌水时间亦可较长。但延长灌水时间应在农业技术条件许可和不降低作物产量的条件下进行。对于我国大中型灌区,灌溉面积在万亩(1亩=1/15hm2)以上的各地主要作物的灌水延续时间见表2-14。

用式(2-16)可以计算出各种作物的各次灌水的灌水率,见表2-15。

(二)灌水率图的绘制与修正

根据表2-15的计算结果,以灌水时间为横坐标,以灌水率为纵坐标,即可绘出初步灌水率图(图2-6)。由图2-6可见,各时期的灌水率大小相差悬殊,渠道输水断断续续,不利于管理。若以其中最大的灌水率计算渠道流量,势必偏大,不经济。因此,必须对初步灌水率图进行必要的修正。

灌水率图的修正方法:①灌水日期可以提前或推后,提前或推后的灌水时间不得超过3d,若同一种作物连续两次灌水均需变动灌水日期,不应一次提前、一次推后;②延长或缩短灌水时间与原定时间相差不应超过20%;③改变灌水定额,灌水定额的调整值不应超过原定额的10%,同一种作物不应连续两次减小灌水定额。当上述要求不能满足时,可适当调整作物组成。

修正后的灌水率图应与水源供水条件相适应,且全年各次灌水率大小应比较均匀。以累计30d以上的最大灌水率为设计灌水率,短期的峰值不应大于设计灌水率的120%,最小灌水率不应小于设计灌水率的30%;应避免经常停水,特别应避免小于5d的短期停水现象。

修正后的灌水率如图2-7所示。

(三)设计灌水率

作为设计渠道用的设计灌水率,应从图2-7中选取延续时间较长,即累计30d以上的最大灌水率值作为设计灌水率,如图2-7所示q值,而不是短暂的高峰值,这样不致使设计的渠道断面过大,增加渠道工程量。在渠道运用过程中,对短暂的大流量可由渠堤超高部分的断面去满足。

根据调查统计,大面积水稻灌区(100hm2以上)的设计净灌水率(q净)一般为0.067～0.09m3/(s·100hm2);大面积旱作灌区的设计净灌水率一般为0.030～0.052m3/(s·100hm2);水、旱田均有的大中型灌区,其综合净灌水率可按水、旱面积比例加权平均求得。以上数值也可作为调整后灌水率最大值的控制数值。对管理水平较高的地区可选用小一些的数值,反之取大值;否则会造成设计灌水率偏小,使渠道流量偏小,导致在现有管理水平条件下,不能按时完成灌溉任务。

二、年灌溉用水量计算及用水过程

年灌溉用水量可用以下三种方法进行。

(一)利用灌水率图推算

用调整后的灌水率图可以推算灌溉用水量及灌溉用水过程。方法是把调整后的灌水率图中的各纵坐标值分别乘以灌区总灌溉面积A,再除以灌溉水利用系数,即把灌水率图扩大(A/η)倍,便可得到灌区设计年的毛灌溉用水流量。其计算式为

灌溉用水流量与灌水时间的乘积即为灌溉用水量。

其他符号意义同上。

(二)用灌水定额和灌溉面积直接计算

对于任何一种作物的某次灌水,需供水到田间的灌水量(称为净灌溉用水量)W净可用下式求得:

同理可以计算出各种作物各次的净灌溉用水量。然后,把同一时间各种作物的净灌溉用水量相加,就得到不同时期灌区的净灌溉用水量,按此可求得典型年全灌区净灌溉用水过程。

某时段毛灌溉用水量可用下式计算:

(三)用综合灌水定额推算

全灌区综合灌水定额是同一时段内各种作物灌水定额的面积加权平均值,即

全灌区某时段内的净灌溉用水量W净,可用下式求得

计入水量损失,则综合毛灌水定额为

全灌区任何时段毛灌溉用水量为

因此,用综合灌水定额即可求得任何时段灌区灌溉用水量及用水过程。

同样,根据各种作物的灌溉定额,可推求全灌区综合灌溉定额:

α1,α2,α3,…——第1种、第2种、第3种……作物的种植比例。

利用综合灌溉定额,可以计算全灌区各种作物一年内的总灌溉用水量。

通过综合灌水定额推算灌溉用水量,与直接推算方法相比,其繁简程度类似,但求得的综合灌水定额有以下作用:①衡量灌区灌溉用水是否合适,可以与自然条件及作物种植比例类似的灌区进行对比,便于发现m综是否偏大或偏小,从而进行调整、修改;②推算灌区局部范围内灌溉用水量;③有时灌区的作物种植比例已按规划确定,但灌区总的灌溉面积还需根据水源等条件决定,此时,可利用综合毛灌溉定额推算全灌区应发展的灌溉面积,即