灌區(qū)田間水利用系數(shù)試驗研究

程 達(dá)

(江蘇省常熟市辛莊鎮(zhèn)農(nóng)村工作局，江蘇 常熟 215500)

為提高田間水資源利用效率，優(yōu)化田間管理，田間水利用系數(shù)成為當(dāng)前研究的熱點話題。盛泰瑋[1]通過新型模型，測算田間水利用系數(shù)。侯裕生等人[2]研究某地區(qū)田間水利用系數(shù)，分析其受時間的影響趨勢，探究影響田間水利用系數(shù)的因素。趙鵬濤等人[3]基于水量平衡原理，提出一種新型測算田間水利用系數(shù)的方法。楊玫等人[4]對比分析不同類型管區(qū)的田間水利用系數(shù)，分析水源因素對系數(shù)的影響。高峰等人[5]提出計算田間水利用系數(shù)的方法，并將此方法用于實際工程中進(jìn)行分析。周恒[6]對各因素對田間水利用系數(shù)的影響進(jìn)行敏感性分析，探究影響田間水利用系數(shù)的關(guān)鍵因素。

本研究通過三種方法計算田間水利用系數(shù)，分析不同計算方法對于田間水利用系數(shù)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本研究試驗區(qū)位于江蘇省中部，與田間道距離較近。此地區(qū)年均降雨量為1023 mm，降雨主要集中于4—10月。此地區(qū)溫度情況如表1所示。

表1 該地區(qū)溫度情況

1.2 試驗方法

本研究田間水利用系數(shù)測定方法主要為平均法、實測法和對比實測法。

(1)平均法。依據(jù)相關(guān)理論計算田間水利用系數(shù)ηt，其計算公式如式(1)：

(1)

式中：m為凈灌水定額，m3/hm2；A為灌溉面積，hm2；W為灌溉總水量，m3。

(2)實測法。通過在田間測定的實際數(shù)據(jù)，得出田間水利用系數(shù)。首先，測定稻田平均深度，含水率、降雨量等相關(guān)數(shù)據(jù)得出凈灌水定額(M泡田)。通過測定稻田水位變化，得出生長期的凈灌水定額(M生長)。通過水表測量田區(qū)水量，分別得出泡田、生長灌水量W泡田、W生長。實測法計算公式如式(2)。

(2)

(3)對比實測法。通過測定原狀和封閉田塊面積(A原狀、A封閉)及其灌水量(W原狀、W封閉)，得出田間水利用系數(shù)，計算公式如式(3)。

(3)

式中：ω封閉為封閉田塊的單位面積灌水量，m3/m2；ω原狀為原狀田塊的單位面積灌水量，m3/m2。

ω封閉與ω原狀的計算見式(4)、式(5)：

(4)

(5)

式中：W封閉、W現(xiàn)狀為封閉田塊、現(xiàn)狀田塊的灌水量，m3；A封閉、A現(xiàn)狀為原狀和封閉田塊面積，m2。

1.3 試驗田間布設(shè)

本研究試驗區(qū)取水水位為102.3 m，總面積為0.96 hm2，分為10個田塊。對比分析三種測試方法得出的田間水利用系數(shù)。試驗區(qū)相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 試驗區(qū)相關(guān)參數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 平均法

根據(jù)上述試驗方案可得，編號為1的試驗田為平均法。收集相關(guān)數(shù)據(jù)，依據(jù)相關(guān)理論計算田間水利用系數(shù)ηt，其計算如式(1)。根據(jù)平均法得出ηt為0.903。

2.2 實測法

根據(jù)上述試驗方案可得，編號為2、3、4的試驗田為實測法。根據(jù)實測法試驗步驟，測得其田間水利用系數(shù)如表3所示。

表3 實測法田間水利用系數(shù)

由上述計算結(jié)果可得，由實測法得出的田間水利用系數(shù)為0.94。6月20日有田間水利用系數(shù)最小值，為0.90。7月29日和8月10日有田間水利用系數(shù)最大值，為0.98。當(dāng)灌水定額減小時，土體中的水不易流失，留存于田內(nèi)，以保持田內(nèi)土體的水分。當(dāng)灌水定額增大時，土體吸收大量水分，達(dá)到飽和狀態(tài)，此時土體難以吸收更多的水分，導(dǎo)致多余的水分向下層土體滲透，造成水分的流失。此時試驗區(qū)的田間水利用系數(shù)較小。

2.3 對比實測法

根據(jù)上述試驗方案可得，編號為5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6的試驗田為對比實測法。根據(jù)對比實測法試驗步驟，測得其田間水利用系數(shù)如表4所示。

表4 對比實測法田間水利用系數(shù)

續(xù)表4

由上述計算結(jié)果可得，由對比實測法得出的田間水利用系數(shù)為0.922，其值小于實測法得出的田間水利用系數(shù)，大于平均法得出的田間水利用系數(shù)。隨灌溉時間的增大，田間水利用系數(shù)逐漸增大，當(dāng)灌溉時間為5月27日—6月1日時，有最小田間水利用系數(shù)為0.897，當(dāng)灌溉時間為8月10日時，有最大田間水利用系數(shù)，為0.943。當(dāng)試驗區(qū)田塊面積較大時，其田間水利用系數(shù)較大，當(dāng)試驗區(qū)田塊面積較小時，其田間水利用系數(shù)較小。當(dāng)灌水定額減小時，土體中的水不易流失，留存于田內(nèi)，以保持田內(nèi)土體的水分。當(dāng)灌水定額增大時，土體吸收大量水分，達(dá)到飽和狀態(tài)，此時土體難以吸收更多的水分，導(dǎo)致多余的水分向下層土體滲透，造成水分的流失。

對比三種方法得出的田間水利用系數(shù)可得，當(dāng)采用平均法時，有最小田間水利用系數(shù)，當(dāng)采用實測法時，有最大田間水利用系數(shù)。三種方法測得的田間水利用系數(shù)大小差距在4%以內(nèi)。由于平均法基于理論對田間水利用系數(shù)進(jìn)行計算，缺少對實際情況的考慮，與實際情況有一定的偏差。實測法通過現(xiàn)場試驗，測得田塊間的相關(guān)數(shù)據(jù)，基于現(xiàn)場試驗的結(jié)果計算田間水利用系數(shù)。而試驗過程存在一定的試驗誤差，現(xiàn)場試驗各種因素對試驗結(jié)果的影響較大，且試驗過程較為煩瑣。實測法的誤差及不確定性較大。對比實測法得出的田間水利用系數(shù)為三種方案中的中間值。相較于實測法，對比實測法平衡了實測法試驗過程中產(chǎn)生的誤差，所以其田間水利用系數(shù)為三種方案中的中間值，誤差較小。

3 結(jié) 論

本研究通過三種方法計算田間水利用系數(shù)，結(jié)果表明：

(1)根據(jù)平均法計算公得出田間水利用系數(shù)為0.903。由實測法得出的田間水利用系數(shù)為0.94。6月20日有田間水利用系數(shù)最小值，為0.90。7月 29日和8月10有田間水利用系數(shù)最大值，為0.98。當(dāng)灌水定額減小時，土體中的水不易流失，留存于田內(nèi)，以保持田內(nèi)土體的水分。

(2)由對比實測法得出的田間水利用系數(shù)小于實測法得出的田間水利用系數(shù)，大于平均法得出的田間水利用系數(shù)。田間水利用系數(shù)與試驗區(qū)田塊面積呈正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)灌水定額減小時，土體中的水不易流失，以有效水的形式留存于田內(nèi)，此時試驗區(qū)的田間水利用系數(shù)較大。當(dāng)灌水定額增大時，土體吸收大量水分，達(dá)到飽和狀態(tài)，導(dǎo)致多余的水分向下層土體滲透，造成深層滲漏，此時試驗區(qū)的田間水利用系數(shù)較小。

(3)對比三種方法得出的田間水利用系數(shù)可得，當(dāng)采用平均法時，有最小田間水利用系數(shù)，當(dāng)采用實測法時，有最大田間水利用系數(shù)。三種方法測得的田間水利用系數(shù)大小差距在4%以內(nèi)。相較于實測法，對比實測法平衡了實測法試驗過程中產(chǎn)生的誤差，誤差較小。