柴達(dá)木盆地德令哈灌區(qū)典型地塊小麥灌溉用水量監(jiān)測試驗(yàn)與分析

宋潤峰 韓啟霞

摘要柴達(dá)木盆地幅員遼闊，礦產(chǎn)資源豐富，但水資源匱乏是其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”之一。2014年柴達(dá)木盆地用水總量為9.88億m3，其中農(nóng)業(yè)用水量占85.6%，節(jié)約用水潛力較大。根據(jù)柴達(dá)木盆地德令哈灌區(qū)典型地塊小麥灌溉用水量的監(jiān)測試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小麥種植灌溉用水量遠(yuǎn)低于該地區(qū)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，渠道滲漏和管理粗放是傳統(tǒng)小麥種植用水效率較低的主要原因，可以考慮通過提高渠道襯砌率和強(qiáng)化灌溉管理等方式來提高用水效率。

關(guān)鍵詞柴達(dá)木盆地；德令哈灌區(qū)；灌溉用水量監(jiān)測試驗(yàn)；節(jié)約用水

中圖分類號S274文獻(xiàn)標(biāo)識碼

A文章編號0517-6611（2017）23-0206-03

Test and Analysis on Wheat Irrigation Water Monitoring of Typical Plot in Delingha Irrigation Area of Qaidam Basin

SONG Runfeng，HAN Qixia

（Delingha subbureau of Qinghai Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Delingha，Qinghai 810007）

AbstractQaidam Basin has a vast territory and rich in mineral resources，but water shortage is one of the "bottlenecks" of economic development. In 2014， the total water consumption in Qaidam Basin was 988 million m3， the agricultural water consumption was 85.6% and the water conservation was potential. According to the monitoring test of wheat irrigation water consumption in the typical land area of the typical land in the Delingha irrigation area in Qaidam Basin. It was found that the water consumption of wheat cultivation was much less than the statistical data was calculated. The main reasons for the low efficiency of traditional wheat cultivation were the canal seepage and extensive management， which can be considered to improve the efficiency of water use by improving the channel lining rate and strengthening irrigation management.

Key wordsQaidam basin；Delingha irrigation area；Irrigation water consumption monitoring test；Water saving

柴達(dá)木盆地地域遼闊，面積約為26萬km2，因豐富的鹽湖資源而出名，氯化鉀、氯化鎂、氯化鋰等儲量占全國已探明儲量的90%以上，還有石油、煤，以及多種金屬礦藏，如冷湖的石油、魚卡的煤、錫鐵山的鉛鋅礦等都很有名，所以素有“聚寶盆”的美稱。盆地內(nèi)雨量稀少，太陽輻射強(qiáng)烈，氣候干旱，氣溫較低，多風(fēng)沙，在這種氣候條件下，其自然植被以草甸植被為主，其次為荒漠植被，植物生長稀疏，覆蓋度低，土壤風(fēng)蝕、沙化侵蝕嚴(yán)重。

柴達(dá)木盆地屬于資源性缺水較為嚴(yán)重的地區(qū)，單位面積水資源量只占全青海省平均水平的23%左右。盡管多年平均地表水資源量44.1億m3[1]，但集流少、可利用量低，且水資源區(qū)域分布與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局不相匹配，經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)水資源匱乏，影響了主體資源的開發(fā)利用，成為柴達(dá)木盆地經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”之一。2014年柴達(dá)木盆地用水總量為9.46億m3，其中農(nóng)林牧漁用水量為8.10億m3，占用水總量的85.60%，每公頃用水量高達(dá)17 160 m3[2]，可見農(nóng)業(yè)用水比重大、效率低，節(jié)約用水潛力巨大。

德令哈灌區(qū)灌溉面積4 327 hm2，灌區(qū)干渠總長33.10 km，其中土渠為18.33 km，未襯砌渠段大部分已形成自然沖溝，渠系嚴(yán)重老化失修；分干渠總長18.90 km，全部為襯砌渠道，經(jīng)多年運(yùn)行，現(xiàn)大部分渠段已老化失修；南干渠總長6.00 km，經(jīng)多年運(yùn)行，渠道已老化失修；支渠共有56條，總長213.22 km，多數(shù)為襯砌渠道，灌區(qū)管理模式落后，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)較低。

該研究選取德令哈灌區(qū)典型地塊（種植小麥）進(jìn)行灌溉用水量試驗(yàn)，旨在通過對正常水肥供應(yīng)下引退水量和土壤含水量等相關(guān)因子的監(jiān)測試驗(yàn)，嚴(yán)格控制灌溉次數(shù)及用水量，獲得沒有輸水滲漏等理想狀況下的實(shí)際灌溉用水量，分析傳統(tǒng)灌溉毛用水量偏高的原因，并提出節(jié)約用水建議方案，為推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)和使用節(jié)水設(shè)備提供基礎(chǔ)依據(jù)，對緩解柴達(dá)木盆地水資源開發(fā)利用壓力、優(yōu)化工農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)、有效提高水資源的利用效率和效益、改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變有重要意義。

1技術(shù)與方法

選取便于測量的德令哈灌區(qū)典型地塊進(jìn)行灌溉用水監(jiān)測試驗(yàn)，通過直接測驗(yàn)典型地塊斗渠的引水量、退水量和土壤含水量，計(jì)算得到較為準(zhǔn)確的小麥種植灌溉用水量，分析傳統(tǒng)灌溉用水效率較低的原因。

1.1主要儀器

LS10型流速儀：型號為740057，計(jì)算公式為V=0.095 8n+0.044 1，流速使用范圍0.10～4.00 m/s。TDR3000土壤水分速測儀：采用時域反射原理測量百分比體積水容量，分辨率1.0%，精度±3.0%，范圍0%～飽和。

1.2典型地塊及監(jiān)測斷面選擇

1.2.1選取原則。①監(jiān)測渠段順直、穩(wěn)定，形狀盡量對稱。②水流平穩(wěn)集中，且無岔流、分流、壅水、回水等現(xiàn)象。

③順直渠段具有足夠長度，渠段床質(zhì)堅(jiān)固、平滑、穩(wěn)定。④交通便利，便于測驗(yàn)，通視條件好。

1.2.2典型地塊和監(jiān)測斷面。

通過實(shí)地查勘，按照上述原則在德令哈灌區(qū)選取方便開展試驗(yàn)的3.37 hm2土地作為典型地塊，上層土壤為黏土，下層為沙粒，種植作物全部為小麥。在地塊渠道布設(shè)進(jìn)水口、退水口監(jiān)測斷面各1處，用于引退水量監(jiān)測。為了減少水流對監(jiān)測精度的影響，斷面設(shè)在水流平穩(wěn)處。

1.3主要監(jiān)測指標(biāo)

1.3.1引退水量。

德令哈灌區(qū)典型地塊的引退水量均采用實(shí)測流量過程線法推求，流量測驗(yàn)采用懸桿流速儀法，布設(shè)4條測深垂線，2條測速垂線，測速歷時不少于100 s。垂線的流速測點(diǎn)布置位置采用相對水深0.6[3-4]，岸邊流速系數(shù)采用0.8[3]；水道斷面測深垂線的布設(shè)及單次流量測驗(yàn)允許誤差均按照《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定進(jìn)行控制。

監(jiān)測采取委托觀測來水時間和專業(yè)人員巡測流量的方式。在灌溉前，測量人員需提前到達(dá)測流斷面，完成測流準(zhǔn)備工作，根據(jù)該灌區(qū)農(nóng)戶往年灌溉經(jīng)驗(yàn)，按照實(shí)際引退水情況做好布設(shè)流量測次工作，以滿足控制引退水口流量變化過程為原則。在監(jiān)測過程中，對典型地塊退水?dāng)嗝鎸?shí)行專人駐守，保證了退水水量無漏測。

德令哈灌區(qū)典型地塊引退水監(jiān)測斷面水文監(jiān)測實(shí)施方案如下：無論進(jìn)水口或退水口，斷面形狀均為梯形，斷面頂部寬度均為0.88 m，監(jiān)測方式為巡測，監(jiān)測頻次根據(jù)流量變化過程進(jìn)行布置，測流方式采用流速儀法，垂線布設(shè)2條，測速歷時≥100 s，測深為懸桿。

灌區(qū)引退水量計(jì)算方法如下：

W總引=1/2{t0Q0+t1（Q0+Q1）+t2（Q1+Q2）+……+tnQn}（1）

式（1）中，W總引為灌區(qū)總引水量（m3或萬m3）；tn為灌區(qū)各個不同時距（s）；Qn為灌區(qū)相應(yīng)時間的瞬時流量值（m3/s）。

W總退=1/2{t0Q0+t1（Q0+Q1）+t2（Q1+Q2）+……+tnQn} （2）

式（2）中，W總退為灌區(qū)總退（排）水量（m3或萬m3）；tn為各個不同時距（s）；Qn為相應(yīng)時間的瞬時流量值（m3/s）。

1.3.2土壤含水量。

按照《土壤商情監(jiān)測規(guī)范》相關(guān)要求[5]，采用TDR3000土壤水分速測儀在固定測點(diǎn)進(jìn)行土壤含水量數(shù)據(jù)采集，采集采用1 m2的面積上等距布設(shè)4個測點(diǎn)，每個測點(diǎn)分別在10、30、50、70 cm的位置上測取土壤濕度，通過平均計(jì)算，取得土壤不同層面的土壤濕度。監(jiān)測方法和監(jiān)測儀器應(yīng)保持相對的穩(wěn)定，并及時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查分析，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學(xué)合理、真實(shí)可靠。為了監(jiān)測資料具有代表性，監(jiān)測點(diǎn)位于典型地塊中心，地理位置97°48′20″ E，36°02′46″ N。

1.4監(jiān)測時段

2014年全年灌溉期監(jiān)測，共灌溉7次，時間分別為5月23日、6月5日、6月24日、7月11日、8月14日、11月2日、11月3日。其中5～8月的5次灌溉，主要是根據(jù)土壤含水量監(jiān)測，以及降雨、氣溫等氣象因素決定是否灌水，以保障小麥正常生長發(fā)育所必需的水分。11月的2次灌溉為冬灌，主要作用有：一是儲水蓄墑。冬灌后，水分會以結(jié)晶狀態(tài)存在于土壤中，不會因重力等因素淋失掉，且溶于土壤溶液中的礦質(zhì)營養(yǎng)也不會淋溶損失，可以較好地保存于土壤中，因而起到儲水蓄墑的功能。二是預(yù)防春旱。德令哈冬季較長，降水少，春季也有較長時間的普遍干旱，巴音河春季水量小，冬灌既能充分利用水資源，又能給春耕小麥種子萌發(fā)提供充足的水分。三是改善土壤結(jié)構(gòu)。經(jīng)過上一年的土壤耕種后，會使土壤板結(jié)，耕作層堅(jiān)硬，塊狀結(jié)構(gòu)增多；冬灌后由于土壤晝夜凍融交替的作用，會使土壤結(jié)構(gòu)團(tuán)?；?，使第2年種植小麥的土壤根際環(huán)境得到改善。根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民長期耕種總結(jié)的“夜凍日消，冬灌正好”經(jīng)驗(yàn)，11月初進(jìn)行冬灌最合適。每次灌溉起止時間詳見表1。

2用水量監(jiān)測試驗(yàn)

2.1引水量監(jiān)測

在灌區(qū)典型地塊引退水量實(shí)際監(jiān)測中，根據(jù)高、中、低各級水位的水流特性、斷面控制情況和測驗(yàn)精度要求來確定測次，使之合理分布于各級流量變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，便于掌握整個灌溉時段的水量變化，以加大水量計(jì)算的精度。

按照水文測驗(yàn)規(guī)范要求，分別在進(jìn)水口和出水口布設(shè)了流量監(jiān)測點(diǎn)，由于7次灌溉均無退水，流量監(jiān)測主要集中在進(jìn)水口，在整個灌溉期間，共測流35次。單次測流按照流量測驗(yàn)規(guī)范要求，測流垂線布設(shè)2條、測點(diǎn)歷時大于100 s、岸邊系數(shù)為0.8。典型地塊各監(jiān)測斷面引退水流量過程線見圖1。

經(jīng)試驗(yàn)，典型地塊一次灌溉時間需5～6 h。灌溉開始開閘放水至水量平穩(wěn)、灌溉結(jié)束至流量為零整個周期需3～5 min，因此，流量測次需布置6～10次，一般在水流經(jīng)過基本斷面水量平穩(wěn)后，開始第1次測流，之后每隔1 h測流1次。為了使監(jiān)測到的水量更加準(zhǔn)確，可在灌溉過程中渠道水量有顯著變化時增加測次，最多一次灌溉測流次數(shù)可達(dá)10次，基本控制了渠道過水量的變化過程，取保每次引水量計(jì)算的準(zhǔn)確性。

2.2退水量監(jiān)測試驗(yàn)得出，全年7次灌溉均未有退水現(xiàn)象。

2.3土壤含水量監(jiān)測

通過對監(jiān)測資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，典型地塊的土壤含水量監(jiān)測結(jié)果如下：10 cm土壤含水量在16.4%～29.7%；30 cm土壤含水量在20.6%～34.1%；50 cm土壤含水量在26.7%～36.7%；70 cm土壤含水量在24.2%～38.9%。

2.4豐平枯水年判定

按照有關(guān)技術(shù)規(guī)定，該試驗(yàn)根據(jù)德令哈灌區(qū)水源巴音河德令哈（三）水文站的徑流量模比系數(shù)來確定2014年德令哈地區(qū)的豐平枯特征。徑流量接近歷年最大值的年份為豐水年，徑流量接近多年平均值的年份為平水年，徑流量接近歷年最小值的年份為枯水年。

模比系數(shù)（Kp）=某一年徑流量/多年平均徑流量； 劃分標(biāo)準(zhǔn)為：Kp≥1.20為豐水年、1.10≤ Kp≤1.20為偏豐水年、0.90≤Kp≤1.10為平水年、0.80≤Kp≤0.90為偏枯水年、Kp<0.80為枯水年。

德令哈（三）水文站多年平均徑流量為3.316×108 m3，2014年徑流量為2.899×108 m3，徑流模比系數(shù)Kp為0.874。因此，確定德令哈（三）水文站2014年為偏枯水年。

2.5用水量與小麥產(chǎn)量

通過對德令哈農(nóng)場灌區(qū)典型地塊5月23日至11月3日監(jiān)測資料分析計(jì)算，得出典型地塊引水總量為2.704×104 m3，退水總量為0，實(shí)際用水總量2.704×104 m3，共收獲小麥20 730 kg。典型地塊用水量監(jiān)測統(tǒng)計(jì)見表2。

3結(jié)論與建議

3.1結(jié)論

通過灌溉用水量監(jiān)測試驗(yàn)，德令哈農(nóng)場灌區(qū)3.37 hm2典型地塊2014年共灌水7次，其中5次為小麥生長期灌溉，2次為小麥?zhǔn)斋@后冬灌；用水總量為2.704×104 m3，單位面積用水量為8 025 m3/hm2，遠(yuǎn)低于青海水資源公報統(tǒng)計(jì)的海西州17 160 m3/hm2[2]的毛灌溉用水量；共收獲小麥20 730 kg，產(chǎn)量為6 151 kg/hm2，高于海西州2014年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報公布的5 220 kg/hm2的產(chǎn)量[6]。

該試驗(yàn)典型地塊的單位面積用水量遠(yuǎn)低于海西州相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，小麥產(chǎn)量較海西州平均水平略高，分析主要

原因有以下幾點(diǎn)：①海西州大部分灌區(qū)干渠老化失修，支渠以下砌渠率不高，部分支渠防滲襯砌損壞嚴(yán)重，且灌區(qū)土壤為沙質(zhì)土，渠道輸水過程中漏損率較大。該試驗(yàn)選擇的典型地塊未統(tǒng)計(jì)輸水過程中干渠支渠的漏損水量。

②海西州大部分灌區(qū)管理較為粗放，農(nóng)民灌水普遍采用大水漫灌、串灌的落后方式，不僅造成水資源的浪費(fèi)，也容易導(dǎo)致水、土、肥流失的加劇，甚至?xí)l(fā)農(nóng)田次生鹽漬化的發(fā)生與發(fā)展。該試驗(yàn)由專業(yè)技術(shù)人員對灌溉過程進(jìn)行規(guī)范管理，杜絕了大水漫灌等浪費(fèi)用水情況。③海西州大部分灌區(qū)灌溉水費(fèi)按面積征收，大部分農(nóng)民有“既然交錢了，就要多灌點(diǎn)，越多越好” 的錯誤澆地思想。

3.2建議

加大資金投入力度，對德令哈灌區(qū)進(jìn)行配套設(shè)施建設(shè)，提高支渠及斗渠的砌渠率，減少輸水過程中的“跑冒滴漏”情況。加大對灌區(qū)農(nóng)民的灌溉節(jié)水宣傳培訓(xùn)，組建農(nóng)民用水協(xié)會對田間灌水進(jìn)行精細(xì)化管理，強(qiáng)化灌區(qū)管理，杜絕大水漫灌等粗放灌水方式。強(qiáng)化灌區(qū)用水測量與監(jiān)控，對灌溉用水水費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改革，由原來的按面積收費(fèi)改為按用水量收費(fèi)，提高農(nóng)民的節(jié)水積極性。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2017年

參考文獻(xiàn)

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[6] 海西州統(tǒng)計(jì)局.海西州2014年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報[R].2014.