石河子墾區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)測算

姬軍虎

（石河子天興水利勘測設計院，新疆 石河子832000）

新疆石河子墾區(qū)位于天山北麓中段準噶爾盆地南緣，屬于瑪納斯河流域，是天山北坡經(jīng)濟帶的中心區(qū)域，東臨瑪納斯縣，西接克拉瑪依、奎屯，南靠天山山脈，北毗古爾班通古特沙漠，南北最長202km，東西最寬115km，面積6007km2，總灌溉面積381萬hm2，人口和經(jīng)濟總量均占新疆兵團的1/4。墾區(qū)地處內(nèi)陸干旱地區(qū)，水資源較為匱乏，水資源供需矛盾日益突出，因此，加大節(jié)水灌溉示范基地基礎設施評估與建設，合理利用水資源，確保人民生活及工農(nóng)業(yè)用水，實現(xiàn)國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展。

1 農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)

灌溉用水有效利用系數(shù)是指灌溉面積上不包括深層滲漏與田間流失的實際有效利用水量與渠道頭進水總量之比，用ηw表示，由渠系水利用系數(shù)與田間水利用系數(shù)兩部分組成。

2 墾區(qū)自然條件及農(nóng)田水利現(xiàn)狀

2.1 自然條件

墾區(qū)地處溫帶，遠離海洋，具有大陸性干旱氣候特征，冬季長而寒冷，夏季短而炎熱，晝夜溫差大，光照充足，熱量豐富，降雨稀少，蒸發(fā)量大，自南向北年溫差逐漸增大，降水量逐漸減少，蒸發(fā)量逐漸增加。多年平均氣溫7.7～8.8 ℃，1月份月平均氣溫-16.2～-18.6 ℃，7月份平均氣溫25～26 ℃，日照2318～2732 h，無霜期147～191d，最大凍土深1.37～1.64m。年平均降水量140～270mm，年平均蒸發(fā)量1000～1500mm。

2.2 水源工程

2.2.1 水庫

石河子有水庫16座，總庫容7.26億m3。其中：大型水庫4座（蘑菇湖水庫、夾河子水庫、躍進水庫、肯斯瓦特水利樞紐工程）；中型庫容4座（大泉溝水庫、安集海水庫、安集海二庫、洪溝水庫）；小型水庫8座。

2.2.2 引水樞紐

石河子有大型引水樞紐2座 （瑪納斯河二級渠首、巴音溝河引水樞紐），中型引水樞紐1座（蘑、大引洪渠渠首樞紐），?。?）型引水樞紐15座：西岸大渠第一、二、三、四節(jié)制閘，石河子總干渠一分水閘聯(lián)合閘、二支干新口子節(jié)制閘，六浮渠上、下五孔節(jié)制分水閘，莫索灣總干渠六號跌水節(jié)制分水閘、一號跌水翻板閘、何家壩跌水節(jié)制泄水閘，金溝河河壩引水樞紐，卡子灣攔河壩引水樞紐，蒙古廟引水樞紐和寧家河引水樞紐。

2.2.3 機電井

石河子共有農(nóng)業(yè)灌溉機電井2627眼，總灌溉面積115.17萬hm2，裝機容量95417.30kW。

2.3 渠系工程

石河子墾區(qū)已建成干、支、斗三級固定灌溉渠道共2395條，干、支、斗三級灌溉渠道總長5176.76km（防滲3342.91km，防滲率64.58%），其中：干渠75條，總長865.18km（防滲580.68 km，防滲率67.12%），支渠144條，總長946.02km （防滲861.07km，防滲率91.02%），斗 渠2176條，總長3365.56km （防滲1901.16km，防滲率56.49%）。

3 樣點灌區(qū)的數(shù)量分布

典型樣點灌區(qū)的選擇應具有一定基礎資料，包括常年觀測記錄、灌溉試驗、灌溉用水管理等資料，并具備相應的技術力量。第八師選擇的各典型樣點灌區(qū)內(nèi)，有瑪管處、巴管處及相應團場水利科的觀測資料、用水管理資料等，有炮臺試驗站、下野地試驗站的灌溉試驗資料，有石河子氣象站、莫索灣氣象站、炮臺氣象站的氣象觀測資料。新疆兵團八師大型灌區(qū)有瑪納斯河灌區(qū)（莫索灣灌區(qū)、石河子灌區(qū)、下野地灌區(qū)），安集海灌區(qū)，中型灌區(qū)有洪溝灌區(qū)、寧家河灌區(qū)、大南溝灌區(qū)，純井灌區(qū)有試驗場純井灌區(qū)。

4 灌溉用水有效利用系數(shù)測算

墾區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀渠系主要為干支斗三級渠道，隨著近年來大型灌區(qū)改造、小型農(nóng)田水利建設的投資建設，干支渠及大部分斗渠已全部防滲改建，渠道水水過程中的損失主要為滲漏和蒸發(fā)損失，傳統(tǒng)的灌溉水有效利用系數(shù)計算是用各級渠道水利用有效系數(shù)和田間水有效利用系數(shù)相乘的積來表示，能夠反映各級渠道輸水利用率狀況。經(jīng)資料統(tǒng)計，干渠水利用系數(shù)0.94，支渠水利用系數(shù)0.92，斗渠水利用系數(shù)達0.8，整個渠系水利用系數(shù)0.69，田間水利用系數(shù)0.9，則可計算出灌溉水利用系數(shù)η水=η渠η田=0.62。但傳統(tǒng)計算方法存在費時費力，工作量大，計算結(jié)果不準確，因此采用首位測算分析法。

4.1 測算方法

灌溉用水有效利用系數(shù)測算方法統(tǒng)一采用首尾測算分析法進行。

首尾測算分析法如式（1）：

式中 ηw為灌溉水有效利用系數(shù)（%）；Wj為凈灌溉用水總量（m3）；Wa為毛灌溉用水總量（m3）。

統(tǒng)計灌區(qū)現(xiàn)狀水平年2016年灌溉用水總量、各種作物實際灌溉面積，確定實際凈灌溉定額，以作物凈灌溉定額近似替代畝均凈灌溉用水量，計算灌區(qū)該年度的灌溉水有效利用系數(shù)ηw如式（2）：

式中 Mi為灌區(qū)第i種作物凈灌溉用水量（mm）；i從1到n；Ai為灌區(qū)第i種作物實灌面積（hm2）；N為灌區(qū)作物種類總數(shù)；Wa為灌區(qū)全年毛灌溉用水總量（m3）。

4.2 現(xiàn)狀水平年與灌溉用水代表年

以2016 年工程設施狀況與管理水平為現(xiàn)狀條件。

5 灌溉用水有效利用系數(shù)

5.1 毛灌溉用水總量

毛灌溉用水量為凈灌溉用水量與損失水量之和，包括本灌區(qū)引水量和外灌區(qū)調(diào)入水量，指灌區(qū)全年用于農(nóng)田灌溉的從水源地引入的總水量，但要減掉由于其他工程措施需要的渠道或者管路的棄水量。蓄水工程供水為水庫出庫斷面（庫口），引水工程供水為總干渠分水口斷面（龍口），機電井工程供水為機電井口斷面（井口）。莫索灣、下野地灌區(qū)為水庫出庫斷面；石河子、寧家河、大南溝灌區(qū)為總干渠上的分水口；安集海灌區(qū)區(qū)別不同情況分別采用庫口或龍口水量。地下水量為井口水量。

按灌溉年度毛灌溉用水總量，即從上年秋冬播前灌開始，至作物收割為止作為一個灌溉年度。由于各灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)、灌溉水源及方式不同，針對充分和非充分灌溉，測算凈灌溉用水量。

5.2 作物需水量

根據(jù)石河子、莫索灣、下野地、安集海4個氣象站2016年各月的氣象要素，采用彭曼公式分析計算作物參照需水量，作物參照需水量乘以作物修正系數(shù)等于作物需水量。

作物修正系數(shù)根據(jù)全國高等農(nóng)業(yè)院校教材《灌溉排水工程學》 中各類作物全生育期中的kc值選用。

由于寧家河、大南溝、洪溝沒有完整的氣象資料，寧家河灌區(qū)2016年作物需水量采用石河子作物需水量計算值。大南溝和洪溝灌區(qū)2016年作物需水量采用安集海作物需水量計算值。

5.2.1 有效降水量

根據(jù)中國水利水電科學研究院水資源研究所推薦的有效降雨利用系數(shù)表，選用有效降水量利用系數(shù)如表1。

表1 有效降水量利用系數(shù)

5.2.2 地下水利用量

根據(jù)《新疆兵團八師平原區(qū)地下水超采區(qū)劃定說明》（2005年11月），石河子灌區(qū)地下水平均下降速率0.1～0.3m/a，綜合判定為一般超采區(qū)；莫索灣灌區(qū)地下水平均水位埋深4～6m，平均下降速率0.1m/a，綜合判定為中型一般超采區(qū)；下野地灌區(qū)地下水平均水位埋深3m，平均下降速率上下波動，變化不大，綜合判定為承壓水中型嚴重超采區(qū)；安集海灌區(qū)和洪溝灌區(qū)地下水平均水位埋深3m，平均下降速率上下波動，變化不大，綜合判定為中型超采區(qū)。

綜合分析，石河子、試驗場、寧家河、大南溝灌區(qū)不計算地下水利用量；莫索灣、下野地、洪溝和安集海灌區(qū)地下水利用量按作物需水量的5%～10%計算。

5.2.3 作物生育期始末土壤儲水量

土壤儲水量變化值如式（3）：

式中 W為作物生育期始末土壤儲水量的變化值（mm）；ω0為作物播種前h深度土層內(nèi)土壤平均含水率（占干土重%），田間持水率取25%；ωs為作物收割時h深度土層內(nèi)土壤平均含水率 （占干土重%），取17%；h為土壤計劃濕潤層深度（m），取0.6m；γ為h深度內(nèi)土壤平均容重（t/m3），灌區(qū)內(nèi)絕大數(shù)土壤為壤土，取1.4t/m3。

農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)測算結(jié)果如表2。

表2 農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)

新疆石河子墾區(qū)大型灌區(qū)有瑪納斯河和安集海灌區(qū)，本次選擇瑪納斯河灌區(qū)、安集海灌區(qū)進行灌溉水有效利用系數(shù)測算分析，完全可代表墾區(qū)大型灌區(qū)的灌溉用水有效利用系數(shù)。

6 結(jié)語

2016 年墾區(qū)參與測算的灌區(qū)灌溉面積24.464萬hm2，毛灌溉用水總量12.087 億m3，凈灌溉用水總量7.893 億m3，農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)0.653，較2015年提高0.003。