CN109508888A - 虾稻共作灌溉定额计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种虾稻共作灌溉定额计算方法，能够科学合理地反映虾稻共作模式用水水平，其特征在于，包括：步骤1.通过现场查勘和调查分析，收集虾稻共作区域的基础数据和经验值；步骤2.根据收集的数据，将一年划分为三个阶段，包括水稻非生育期阶段、水稻生育期虾稻分养阶段、水稻生育期虾稻共养阶段；步骤3.确定虾稻共作区域的水平衡要素；并且根据气象资料计算实际作物腾发量ETc；步骤4.计算水稻非生育期阶段灌溉定额m₀；步骤5.计算水稻生育期虾稻分养阶段灌溉定额m₁；步骤6.计算水稻生育期虾稻共养阶段灌溉定额m₂；步骤7.计算虾稻共作灌溉定额m＝m₀+m₁+m₂。

Description

虾稻共作灌溉定额计算方法

技术领域

本发明属于节水灌溉领域，具体涉及一种虾稻共作灌溉定额的计算方法。

技术背景

由于虾稻共作模式稳粮增收成效显著，在我国长江中下游流域的湖北、湖南、江西、安徽、江苏等省份得到推广应用。根据全国水产技术推广总站2018年发布的中国小龙虾产业发展报告，虾稻共作面积达到了850万亩。由于虾稻共作改变了田块结构和用水模式，灌溉定额及计算方法会发生变化，与农作物灌溉定额计算相比，具有复杂性，也未见相关研究报道，因此如何计算虾稻共作灌溉定额成为当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种虾稻共作灌溉定额计算方法，能够科学合理地反映虾稻共作模式用水水平。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供了一种虾稻共作灌溉定额计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.通过现场查勘和调查分析，收集研究区域基础数据，主要包括气象资料、田块结构(稻田及虾沟具体尺寸)、水稻作物系数k_c、稻田渗漏量、水稻生育期、水层控制标准。水层控制标准和下文出现的水位均为相对水位，即相对于虾沟底部的水位。

步骤2.根据调研，将一年划分为三个阶段，包括水稻非生育期阶段、水稻生育期虾稻分养阶段、水稻生育期虾稻共养阶段。水稻非生育期阶段指水稻种植前和收割后的一段时期，该阶段龙虾可在虾沟及稻田内活动；水稻生育期虾稻分养阶段主要是指水稻生长前期和后期(如返青期、分蘖期、乳熟期和黄熟期)，龙虾仅在虾沟内活动；水稻生育期虾稻共养阶段指水稻生长中期(拔节孕穗期和抽穗开花期)，龙虾可在虾沟及稻田内活动。

步骤3.确定水平衡要素，包括水面蒸发量、渗漏量、有效降雨量、水稻需水量等。根据气象资料利用彭曼公式计算参考作物腾发量ET₀，通过作物系数k_c与参考作物腾发量乘积得到实际作物腾发量ET_c。

式中，R_n为太阳净辐射，MJ/m²·d，可由经验公式计算；G为土壤热通量，MJ/m²·d；γ为湿度表常数，kPa·℃^-1；u₂为2m处风速，m/s；T为平均气温，℃；e_d为实际水汽压，kPa；e_a为饱和水汽压，kPa；Δ为温度～饱和水汽压关系曲线T处的切线斜率，kPa·℃^-1。

步骤4.计算水稻非生育期阶段灌溉定额，根据水量平衡原理：

h_虾，末＝h_虾，初+P_有效+m_虾-E-S

式中，h_虾，末为该阶段计算时段末水层水位，mm；h_虾，初为该阶段计算时段初水层水位，mm；P_有效为有效降雨量，mm；m_虾为该阶段该计算时段的灌水定额，mm；E为水面蒸发量，mm，可采用大型蒸发皿观测数据；S为田间渗漏量，mm；计算时段一般采用逐日计算，下同。

若田面水层水位h_虾，末降到适宜水层下限水位h_虾，下，且无降雨，则需进行灌水(补水)至适宜水层上限水位h_虾，上，将第i次灌水的灌水定额m_虾记为m_虾，i，该次灌水前田面水层水位h_虾，末记为h_虾，i，其中i＝1,2,…,n，n表示该阶段的灌水总次数；若田面水层水位h_虾，末大于降雨后最大蓄水水位h_虾，蓄，则需进行排水至h_虾，蓄。则该阶段灌溉定额计算公式为：

式中，m₀为水稻非生育期阶段灌溉定额，m³/亩。

步骤5.计算水稻生育期虾稻分养阶段灌溉定额，基于水量平衡原理：

虾沟：

h_沟，末＝h_沟，初+P_有效+m_沟-E-S

式中，h_沟，末为该阶段计算时段末虾沟水层水位，mm；h_沟，初为该阶段计算时段初虾沟水层水位，mm；m_沟为该阶段该计算时段虾沟灌水定额，mm。

若虾沟水层水位h_沟，末降到虾沟适宜水层下限水位h_沟，下，且无降雨，则需进行灌水(补水)至虾沟适宜水层上限水位h_沟，上，将虾沟第j次灌水的补水量记为W_j，第j次灌水的灌水定额记为m_沟，j，将第j次灌水前的虾沟水层水位h_沟，末记为h_沟，j，其中j＝1,2,…,m，m表示该阶段的虾沟灌水总次数；若虾沟水层水位h_沟，末大于降雨后虾沟最大蓄水水位h_沟，蓄，则需进行排水至h_沟，蓄；第j次虾沟补水量W_j计算公式为：

W_j＝0.5×(B_上+B_下)×(h_沟，_上-h_沟，_j)×2(L₁+B₂)×10^-3

式中，B_上为虾沟适宜水层上限水位h_沟，上对应的水面宽度，m；B_下为虾沟适宜水层下限水位h_沟，下对应的水面宽度，m；L₁为虾稻共作计算单元长度，对于环形虾沟即稻田长度与2倍虾沟宽度之和，m；B₂为稻田宽度，m。

稻田：

h_稻，末＝h_稻，初+P_有效+m_稻-ET_C-S

式中，h_稻，末为该阶段计算时段末稻田水层水位，mm；h_稻，初为该阶段计算时段初稻田水层水位，mm；m_稻为该阶段该计算时段稻田灌水定额，mm。

若稻田水层水位h_稻，末降到稻田适宜水层下限h_稻，下，且无降雨，则需进行补水至稻田适宜水层上限h_稻，上，将稻田第k次灌水的灌水量记为W_k，第k次灌水的灌水定额m_稻记为m_稻，k，第k次灌水前的稻田水层水位h_稻，末记为h_稻，k，其中k＝1,2,…,l，l表示该阶段的稻田灌水总次数；若稻田水层水位h_稻，末大于降雨后稻田最大蓄水水位h_稻，蓄，则需进行排水至h_稻，蓄。第k次稻田灌水量W_k为：

W_k＝m_稻，k×A_稻×10-³＝(h_稻，上-h_稻，k)×A_稻×10^-3＝(h_稻，上-h_稻，k)×(B₂×L₂)×10^-3

式中，W_k为稻田灌水量，m³；A_稻为稻田面积，m²；L₂为稻田长度，m。

水稻生育期虾稻分养阶段灌溉定额：

式中，m₁为水稻生育期虾稻分养阶段灌溉定额，m³/亩；A_虾沟为虾沟面积，m²；B₁为虾稻共作计算单元宽度，对于环形虾沟即稻田宽度与2倍虾沟宽度之和，m。

步骤6.计算水稻生育期虾稻共养阶段灌溉定额，基于水量平衡原理：

式中，h_虾稻，末为该阶段计算时段末虾稻水层水位，mm；h_虾稻，初为该阶段计算时段初虾稻水层水位，mm；m_虾稻为该阶段该计算时段虾稻灌水定额，mm。

若虾稻水层水位h_虾稻，末降到虾稻适宜水层下限水位h_虾稻，下，且无降雨，则需进行补水至虾稻适宜水层上限水位h_虾稻，上，将第h次灌水的灌水定额m_虾稻记为m_虾稻，h，第h次灌水前的虾稻水层水位h_虾稻，末记为h_虾稻，h，其中h＝1,2,…,p，p表示该阶段的灌水总次数；若虾稻水层水位h_虾稻，末大于降雨后虾稻最大蓄水水位h_虾稻，蓄，则需进行排水至h_虾稻，蓄；水稻生育期虾稻共养阶段灌溉定额为：

式中，m₂为水稻生育期虾稻共养阶段灌溉定额，m³/亩。

步骤7.计算虾稻共作灌溉定额：m＝m₀+m₁+m₂。

本发明提供的虾稻共作灌溉定额计算方法，还可以具有以下特征：在因水质问题导致部分区域在虾稻共作期间还需要进行换水的情况下，设换水定额为m₃，则虾稻共作灌溉定额m＝m₀+m₁+m₂+m₃。

发明的作用与效果

本发明所提供的虾稻共作灌溉定额计算方法能够有效地进行虾稻共作灌溉定额测算，并能够正确测算虾稻灌溉用水水平，为实现虾稻共作灌溉定额标准制定及最严格水资源管理奠定基础，对指导当地虾稻共作区域水资源配置、农业取水许可等用水管理具有重要意义。

附图说明

图1为本发明所涉及的虾稻共作计算单元平面结构示意图；

图2为本发明所涉及的水稻非生育期阶段水层控制标准示意图；

图3为本发明所涉及的水稻生育期虾稻分养阶段水层控制标准示意图；

图4为本发明所涉及的水稻生育期虾稻共养阶段水层控制标准示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明涉及的虾稻共作灌溉定额计算方法进行详细地说明。

<实施例>

本实施例中，以潜江市虾稻共作灌溉定额计算过程为例，详细介绍具体步骤：

步骤1.数据准备工作是该计算方法重要的步骤之一，气象资料可采用研究区域气象站或灌溉试验站的实测资料，这里采用潜江气象站1973年逐日气象资料；田块结构通过实地调研获取(虾稻共作计算单元长度L₁＝260m，虾稻共作计算单元宽度B₁＝100m，虾沟宽4m，深1.5m，边坡1:1，虾沟埂高0.5m)；水稻作物系数k_c和稻田渗漏量根据研究区域内或邻近灌溉试验站的试验成果分析得到，详见下表1：

表1.水稻作物系数kc、虾沟与稻田渗漏量取值

水稻生育期及水层控制标准主要根据灌溉试验资料及实地调研获得，详见下表2：

表2.虾稻共作生育期及水层控制标准

步骤2.将一年划分为三个阶段：水稻非生育期阶段、水稻生育期虾稻分养阶段、水稻生育期虾稻共养阶段。本实例中水稻非生育期阶段为1月1日～6月9日和10月6日～12月31日；水稻生育期虾稻分养阶段6月10日～8月2日和9月4日～10月5日；水稻生育期虾稻共养阶段8月3日～9月3日。

步骤3.确定水平衡要素，水面蒸发采用大型蒸发皿实测数据，无大型蒸发皿实测数据时，则采用小蒸发皿乘以折减系数获得(潜江市折算系数为0.607)；根据气象资料(逐日平均温度、最高温度、最低温度、平均风速、相对湿度、日照时数)利用彭曼公式计算参考作物腾发量ET₀，通过作物系数k_c与参考作物腾发量乘积得到实际作物腾发量ETc。

式中，Rn为太阳净辐射，MJ/m²·d，可由经验公式计算；G为土壤热通量，MJ/m²·d；γ为湿度表常数，kPa·℃^-1；u₂为2m处风速，m/s；T为平均气温，℃；ed为实际水汽压，kPa；e_a为饱和水汽压，kPa；Δ为温度～饱和水汽压关系曲线T处的切线斜率，kPa·℃^-1。

步骤4.判断计算时段属于哪个阶段，若属于水稻非生育期阶段则采用步骤5进行计算；若属于水稻生育期虾稻分养阶段则采用步骤6进行计算；若属于生育期虾稻共养阶段采用步骤7进行计算。

步骤5.计算水稻非生育期阶段灌溉定额，根据水量平衡原理：

h_虾，_末＝h_虾，初+P_有效+m_虾-E-S

式中，h_虾，末为该阶段计算时段末水层水位，mm；h_虾，初为该阶段计算时段初水层水位，mm；P_有效为有效降雨量，mm；m_虾为该阶段该计算时段的灌水定额，mm；E为水面蒸发量，mm，可采用大型蒸发皿观测数据；S为田间渗漏量，mm；计算时段采用逐日计算，下同。

若田面水层水位h_虾，末降到适宜水层下限h_虾，下，且无降雨，则需进行灌水(补水)至适宜水层上限h_虾，上，将第i次灌水的灌水定额m_虾记为m_虾，i，该次灌水前田面水层水位h_虾，末记为h_虾，i，其中i＝1,2,…,n，n表示该阶段的灌水总次数；若田面水层水位h_虾，末大于降雨后最大蓄水水位h_虾，蓄，则需进行排水至h_虾，蓄。则该阶段灌溉定额计算公式为：

式中，m₀为水稻非生育期阶段灌溉定额，m³/亩。

步骤6.计算水稻生育期虾稻分养阶段灌溉定额，基于水量平衡原理：

虾沟：

h_沟，末＝h_沟，初+P_有效+m_沟-E-S

式中，h_沟，末为该阶段计算时段末虾沟水层水位，mm；h_沟，初为该阶段计算时段初虾沟水层水位，mm；m_沟为该阶段该计算时段虾沟灌水定额，mm。

若虾沟水层水位h_沟，末降到虾沟适宜水层下限h_沟，下，且无降雨，则需进行补水至虾沟适宜水层上限h_沟，上，将虾沟第j次灌水的补水量记为W_j，第j次灌水的灌水定额记为m_沟，j，将第j次灌水前的虾沟水层水位h_沟，末记为h_沟，j，其中j＝1,2,…,m，m表示该阶段的虾沟灌水总次数；若虾沟水层水位h_沟，末大于降雨后虾沟最大蓄水水位h_沟，蓄，则需进行排水至h_沟，蓄；第j次虾沟补水量W_j为：

W_j＝0.5×(B_上+B_下)×(h_沟，上-h_沟，j)×2(L₁+B₂)×10-³

式中，B_上为虾沟适宜水层上限h_沟，上对应的水面宽度，m；B_下为虾沟适宜水层下限h_沟，下对应的水面宽度，m；L₁为虾稻共作计算单元长度，对于环形虾沟即稻田长度与2倍虾沟宽度之和，m；B₂为稻田宽度，m。

稻田：

h_稻，末＝h_稻，初+P_有效+m_稻-ET_C-S

式中，h_稻，末为该阶段计算时段末稻田水层水位，mm；h_稻，初为该阶段计算时段初稻田水层水位，mm；m_稻为该阶段该计算时段稻田灌水定额，mm。

若稻田水层水位h_稻，末降到稻田适宜水层下限h_稻，下，且无降雨，则需进行灌水(补水)至稻田适宜水层上限水位h_稻，上，将稻田第k次灌水的灌水量记为W_k，第k次灌水的灌水定额m_稻记为m_稻，k，第k次灌水前的稻田水层水位h_稻，末记为h_稻，k，其中k＝1,2,…,l，l表示该阶段的稻田灌水总次数；若稻田水层水位h_稻，末大于降雨后稻田最大蓄水水位h_稻，蓄，则需进行排水至h_稻，蓄。第k次稻田补水量W_k为：

W_k＝m_稻，k×A_稻×10^-3＝(h_稻，上-h_稻，k)×A_稻×10^-3＝(h_稻，上-h_稻，k)×(B₂×L₂)×10^-3

式中，W_k为第k次稻田灌水量，m³；A_稻为稻田面积，m²；L₂为稻田长度，m。水稻生育期虾稻分养阶段灌溉定额：

式中，m₁为水稻生育期虾稻分养阶段灌溉定额，m³/亩；A_虾沟为虾沟面积，m²；B₁为虾稻共作计算单元宽度，对于环形虾沟即稻田宽度与2倍虾沟宽度之和，m。

步骤7.计算水稻生育期虾稻共养阶段灌溉定额，基于水量平衡原理：

式中，h_虾稻，末为该阶段计算时段末虾稻水层水位，mm；h_虾稻，初为该阶段计算时段初虾稻水层水位，mm；m_虾稻为该阶段该计算时段虾稻灌水定额，mm。

若虾稻水层水位h_虾稻，末降到虾稻适宜水层下限h_虾稻，下，且无降雨，则需进行灌水(补水)至虾稻适宜水层上限h_虾稻，上，将第h次灌水的灌水定额m_虾稻记为m_虾稻，h，第h次灌水前的虾稻水层水位h_虾稻，末记为h_虾稻，_h，其中h＝1,2,…,p，p表示该阶段的灌水总次数；若虾稻水层水位h_虾稻，末大于降雨后虾稻最大蓄水水位h_虾稻，蓄，则需进行排水至h_虾稻，蓄；水稻生育期虾稻共养阶段灌溉定额m₂为：

式中，m₂为水稻生育期虾稻共养阶段灌溉定额，m³/亩。

步骤8.因水质问题部分区域在虾稻共作期间还需要进行换水，换水定额m₃可根据水质及调研情况进行取值。本实施例中，潜江虾稻共作无水质问题，则m₃＝0。

步骤9.采用虾稻共作灌溉定额计算公式，计算一年中潜江市虾稻共作灌溉定额：

m＝m₀+m₁+m₂+m₃

进一步，若需要获得多年的虾稻共作灌溉定额年平均值，例如获得1973～2013年这41年的潜江市虾稻共作灌溉定额年平均值，则只需要将每年的虾稻共作灌溉定额按照上述步骤1至9计算出，然后累加求平均即可，本实施例中，计算了41年潜江市虾稻共作灌溉定额，其年平均值为863m³/亩。

通过某一年的虾稻共作灌溉定额数据或者多年的年平均虾稻共作灌溉定额数据可以了解该地区虾稻共作的用水水平，进而指导当地虾稻共作区域水资源配置、农业取水许可等用水管理。

以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的虾稻共作灌溉定额计算方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims (2)

1.一种虾稻共作灌溉定额计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.通过现场查勘和调查分析，收集虾稻共作区域的基础数据，至少包括气象资料、田块结构、水稻作物系数、稻田渗漏量、水稻生育期以及水层控制标准；

步骤2.根据步骤1中收集的数据，将一年划分为三个阶段，包括水稻非生育期阶段、水稻生育期虾稻分养阶段、水稻生育期虾稻共养阶段；水稻非生育期阶段指水稻种植前和收割后的一段时期，该阶段龙虾可在虾沟及稻田内活动；水稻生育期虾稻分养阶段主要是指水稻生长前期和后期，龙虾仅在虾沟内活动；水稻生育期虾稻共养阶段指水稻生长中期，龙虾可在虾沟及稻田内活动；

步骤3.确定虾稻共作区域的水平衡要素，包括水面蒸发量、渗漏量、有效降雨量、水稻需水量；并且根据气象资料计算参考作物腾发量ET₀：

式中，R_n为太阳净辐射，G为土壤热通量，γ为湿度表常数，u₂为2m处风速，T为平均气温，e_d为实际水汽压，e_a为饱和水汽压，Δ为温度～饱和水汽压关系曲线T处的切线斜率，

进一步，得到实际作物腾发量ET_c＝k_c·ET₀，式中k_c为作物系数；

步骤4.计算水稻非生育期阶段灌溉定额m₀：

根据水量平衡原理：

h_虾，末＝h_虾，初+P_有效+m_虾-E-S，

式中，h_虾，末为该阶段计算时段末水层水位，h_虾，初为该阶段计算时段初水层水位，P_有效为有效降雨量，m_虾为该阶段该计算时段的灌水定额，E为水面蒸发量，S为田间渗漏量，

在水稻非生育期，若田面水层水位h_虾，末降到适宜水层下限水位h_虾，下，且无降雨，则需进行灌水至适宜水层上限水位h_虾，上，将第i次灌水的灌水定额m_虾记为m_虾，i，该次灌水前田面水层水位h_虾，末记为h_虾，i，其中i＝1,2,…,n，n表示该阶段的灌水总次数；若田面水层水位h_虾，末大于降雨后最大蓄水水位h_虾，蓄，则需进行排水至h_虾，蓄；则水稻非生育期阶段灌溉定额m₀为：

步骤5.计算水稻生育期虾稻分养阶段灌溉定额m₁：

虾沟：

h_沟，末＝h_沟，初+P_有效+m_沟-E-S，

式中，h_沟，末为该阶段计算时段末虾沟水层水位，h_沟，初为该阶段计算时段初虾沟水层水位，m_沟为该阶段该计算时段虾沟灌水定额；

若虾沟水层水位h_沟，末降到虾沟适宜水层下限水位h_沟，下，且无降雨，则需进行灌水至虾沟适宜水层上限水位h_沟，上，将虾沟第j次灌水的灌水量记为W_j，将第j次灌水前的虾沟水层水位h_沟，末记为h_沟，j，其中j＝1,2,…,m，m表示该阶段的虾沟灌水总次数；若虾沟水层水位大于降雨后虾沟最大蓄水水位h_沟，蓄，则需进行排水至h_沟，蓄；第j次虾沟灌水量W_j为：

W_j＝0.5×(B_上+B_下)×(h_沟，上-h_沟，j)×2(L₁+B₂)×10^-3，

式中，B_上为虾沟适宜水层上限水位h_沟，上对应的水面宽度，B_下为虾沟适宜水层下限水位h_沟，下对应的水面宽度，L₁为虾稻共作计算单元长度，B₂为稻田宽度；

稻田：

h_稻，末＝h_稻，初+P_有效+m_稻-ET_C-S，

式中，h_稻，末为该阶段计算时段末稻田水层水位，h_稻，初为该阶段计算时段初稻田水层水位，m_k为该阶段该计算时段稻田灌水定额；

若稻田水层水位h_稻，末降到稻田适宜水层下限水位h_稻，下，且无降雨，则需进行灌水至稻田适宜水层上限水位h_稻，上，将稻田第k次灌水的灌水量记为W_k，第k次灌水的灌水定额m_稻记为m_稻，k，第k次灌水前的稻田水层水位h_稻，末记为h_稻，k，其中k＝1,2,…,l，l表示该阶段的稻田灌水总次数；若稻田水层水位h_稻，k大于降雨后稻田最大蓄水水位h_稻，蓄，则需进行排水至h_稻，蓄；则第k次稻田灌水量W_k为：

W_k＝m_稻，k×A_稻×10^-3＝(h_稻，上-h_稻，k)×A_稻×10^-3＝(h_稻，上-h_稻，k)×(B₂×L₂)×10^-3，

式中，A_稻为稻田面积，L₂为稻田长度；

水稻生育期虾稻分养阶段灌溉定额m₁为：

式中，A_虾沟为虾沟面积，B₁为虾稻共作计算单元宽度；

步骤6.计算水稻生育期虾稻共养阶段灌溉定额m₂：

基于水量平衡原理：

式中，h_虾稻，末为该阶段计算时段末虾稻水层水位，h_虾稻，初为该阶段计算时段初虾稻水层水位，m_虾稻为该阶段该计算时段虾稻灌水定额；

若虾稻水层水位h_虾稻，末降到虾稻适宜水层下限水位h_虾稻，下，且无降雨，则需进行灌水至虾稻适宜水层上限水位h_虾稻，上，将第h次灌水的灌水定额m_虾稻记为m_虾稻，h，第h次灌水前的虾稻水层水位h_虾稻，末记为h_虾稻，h，其中h＝1,2,…,p，p表示该阶段的灌水总次数；若虾稻水层水位h_虾稻，末大于降雨后虾稻最大蓄水水位h_虾稻，蓄，则需进行排水至h_虾稻，蓄；水稻生育期虾稻共养阶段灌溉定额m₂为：

步骤7.计算虾稻共作灌溉定额：

m＝m₀+m₁+m₂。

2.根据权利要求1所述的虾稻共作灌溉定额计算方法，其特征在于：

其中，在因水质问题导致部分区域在虾稻共作期间还需要进行换水的情况下，设换水定额为m₃，则虾稻共作灌溉定额m＝m₀+m₁+m₂+m₃。