青海省農(nóng)業(yè)灌溉耗水系數(shù)影響因素分析

摘要：灌溉耗水系數(shù)是灌區(qū)管理水平的重要參考指標(biāo)。在青海省黃河干支流及西北內(nèi)陸河流域典型農(nóng)業(yè)灌區(qū)，研究了不同空間尺度上農(nóng)業(yè)灌溉水循環(huán)規(guī)律，率定了青海省典型灌區(qū)耗水系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，將影響耗水系數(shù)的相關(guān)因素按影響性質(zhì)分類，以層次分析法進(jìn)行重要性排序，遴選出農(nóng)業(yè)灌區(qū)耗水系數(shù)關(guān)鍵影響因素，并確定其影響方向和程度。結(jié)果表明，田間綜合滲漏系數(shù)、非節(jié)水灌溉比率、地下水平均埋深調(diào)整系數(shù)、斗農(nóng)渠退水率、提灌方式占比等因素對農(nóng)業(yè)灌區(qū)耗水系數(shù)影響較為重要。根據(jù)分析結(jié)果為加強(qiáng)農(nóng)業(yè)灌區(qū)水資源管理提出了相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：耗水系數(shù)；農(nóng)業(yè)灌溉；影響因素分析；青海省

中圖分類號：S157.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）20-5238-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.018

Abstract：Water consumption coefficient is an important reference index of irrigation area management level. Agricultural irrigation water cycle law of different spatial scales was researched and water consumption coefficient of agricultural irrigation in Qinghai province was calibrated in typical agricultural irrigation area of the main stream and tributary of the Yellow River and the continental river basin in the northwest in Qinghai province. On this basis， the influence factors of water consumption coefficient were classified according to the factors’ properties. The order of importance was based on analytic hierarchy process method（AHP）. Key influence factors of agricultural irrigation water consumption coefficient were selected and its direction and degree of influence were determined. The results showed that such five Influence factors as comprehensive coefficient of seepage field， without water-saving irrigation ratio， average groundwater depth adjustment coefficient，bucket ditches depletion rate and lift irrigation rate were more sensitively influenced the agricultural irrigation water consumption coefficient. According to the analysis results，suggestions could be put forward for strengthening agricultural irrigation water management.

Key words： water consumption coefficient； agricultural irrigation； influence factor analysis； Qinghai province

本研究在青海省湟水流域、黃河干流河谷區(qū)和柴達(dá)木盆地等主要農(nóng)業(yè)區(qū)，選擇典型灌區(qū)，采用多種方法開展農(nóng)業(yè)灌溉耗水量及耗水系數(shù)監(jiān)測試驗[1]，分析了灌區(qū)耗水機(jī)理和水量平衡關(guān)系，揭示了灌區(qū)耗水量的變化過程及機(jī)制，率定了農(nóng)業(yè)灌溉耗水系數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)典型灌區(qū)水資源管理中存在諸多問題：一是農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，水量監(jiān)控系統(tǒng)和渠系“最后1 km”問題嚴(yán)重；二是水資源合理配置和高效利用體系尚未建立，供用水計劃、調(diào)度方案和灌溉定額執(zhí)行不到位；三是水價形成機(jī)制不合理，按統(tǒng)計面積收費(fèi)和計劃外用水現(xiàn)象不利于提高用水水平；四是節(jié)水意識淡薄，節(jié)灌比例較低，斗門啟閉管理不嚴(yán)格等。因此，在耗水系數(shù)研究基礎(chǔ)上，根據(jù)用水管理需求，分析其影響因素，提出加強(qiáng)農(nóng)業(yè)灌溉水資源管理的對策措施，為制定區(qū)域水利發(fā)展規(guī)劃、挖掘農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力、提高用水效率、建立初始水權(quán)制度以及優(yōu)化配置水資源提供技術(shù)支撐。

1 研究背景

1987年，國務(wù)院辦公廳發(fā)布了《關(guān)于黃河可供水量分配方案的報告》（國辦發(fā)[2987]61號），明確了沿黃省（自治區(qū)）用水指標(biāo)，其中分配青海省黃河流域年耗水量14.1億m3。《黃河流域綜合規(guī)劃》（2012～2030）（國函[2013]34號）和《黃河流域水資源調(diào)查評價》[2]表明，1956～2000年系列黃河利津站天然河川徑流量由580億m3減少到535億m3，全河可供分配水量減少了約8%。根據(jù)黃委年度可供耗水量分配計劃《黃河可供耗水量分配及非汛期水量調(diào)度計劃》（2010～2013），2010～2015年，下達(dá)青海省計劃分別為12.18、12.99、14.36、12.97、12.27、11.85億m3。按照《黃河水資源公報》（2008～2013），2010～2013年青海省實(shí)際耗水量分別為12.07、12.15、10.09、10.56億m3，期間實(shí)際耗水量占下達(dá)計劃的比例平均為85.4%，其中，2010年達(dá)99.1%。從分配指標(biāo)及實(shí)際耗水量對比可見，青海省耗水量已接近分配指標(biāo)。

根據(jù)《青海省水資源綜合規(guī)劃》，對青海省黃河流域耗水量的分析和預(yù)測，2020年青海省地表水耗水量達(dá)19.3億m3；2030年地表水耗水量達(dá)22.9億m3，其中湟水流域達(dá)到14.5億m3。隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，青海省水資源配制形勢極為嚴(yán)峻。但同時，根據(jù)2013年《青海省農(nóng)田灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析成果報告》，青海省現(xiàn)狀灌溉水有效利用系數(shù)為0.47，低于全國平均水平0.53，更低于世界先進(jìn)水平0.60～0.80。青海省現(xiàn)狀農(nóng)田灌溉用水量為937 5 m3/hm2，遠(yuǎn)高于黃河流域平均水平343 m3，以及全國平均水平402 m3。從用水結(jié)構(gòu)來看，青海省黃河流域農(nóng)田灌溉耗水量占總耗水量的70%左右，保障農(nóng)業(yè)用水是促進(jìn)青海省農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要支撐條件，也是全省水資源優(yōu)化配置的基本依托。

可以看出，青海省水資源形勢嚴(yán)峻，農(nóng)業(yè)用水問題突出。2012～2015年，通過多次現(xiàn)場查勘，選擇青海省黃河干支流及西北內(nèi)陸河流域典型農(nóng)業(yè)灌區(qū)，采用多種水文學(xué)方法，在不同空間尺度上開展了農(nóng)業(yè)灌溉水循環(huán)規(guī)律和耗水系數(shù)研究[3]。

2 耗水系數(shù)影響因素判定

從本項試驗研究設(shè)計出發(fā)，全面收集研究區(qū)自然地理、社會經(jīng)濟(jì)、水文地質(zhì)和水資源開發(fā)利用等基礎(chǔ)性資料，典型灌區(qū)灌溉用水控制計劃、灌溉定額、灌溉方式、作物結(jié)構(gòu)、渠系工程狀況、水費(fèi)及計價方式、灌區(qū)運(yùn)行管理等指標(biāo)，典型灌區(qū)和典型地塊引退水情況，土體尺度物理模型試驗成果等。遴選出農(nóng)業(yè)灌區(qū)耗水系數(shù)關(guān)鍵影響因素，確定影響方向和程度，為區(qū)域水資源管理可能存在的問題和改進(jìn)措施提供依據(jù)。

從水資源管理和耗水系數(shù)兩方面進(jìn)行歸類、合并、精簡，選擇綜合性強(qiáng)、代表性高、影響大的要素集，剔除內(nèi)涵接近的冗余和重復(fù)因素，建立符合研究區(qū)特點(diǎn)的評價體系，包括主要影響因素。水資源管理方面的因素包括灌溉用水管理、灌溉效率評價、渠系工程狀況和灌區(qū)環(huán)境等4個方面。

從水資源管理角度分析，灌溉用水管理因素包括灌區(qū)管理體制及主要經(jīng)營方式，用水計量方式、水費(fèi)征收率和征收方式[4]，灌區(qū)配用水制度制定及應(yīng)變方案，灌溉期灌水定額細(xì)化、調(diào)整計劃制定等內(nèi)容，上述因素對灌溉用水效率和渠系工程管理產(chǎn)生間接影響；灌溉效率評價因素包括渠系工程設(shè)計、配套建設(shè)和維護(hù)情況，灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)及上下游差異，用水制度監(jiān)督執(zhí)行情況，灌區(qū)采用的農(nóng)作措施，灌溉方式及節(jié)水灌溉情況，灌水定額執(zhí)行情況等，用水計量方式和用水戶節(jié)水意識也對灌溉耗水系數(shù)產(chǎn)生重要影響；渠系工程狀況因素包括灌區(qū)管理機(jī)構(gòu)性質(zhì)、灌區(qū)管理體制及各級責(zé)權(quán)劃分情況、渠系工程配套和維修養(yǎng)護(hù)、渠系輸水方式及防滲措施、輸用水計量設(shè)施建設(shè)情況、灌溉水價及改善工程設(shè)施投入等，上述因素對渠系水利用、渠床渠坡抗沖能力和輸水能力、渠道滲漏、輸水成本等有重要影響；灌區(qū)環(huán)境因素包括灌區(qū)地形地質(zhì)地貌、氣象和水文特征、土壤結(jié)構(gòu)及性質(zhì)、灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)及變化情況、灌區(qū)地下水埋深、賦存條件及補(bǔ)徑排規(guī)律、灌溉水源及引水保證程度、灌區(qū)灌溉方式和灌水方法等[5]。

經(jīng)綜合分析選出10項重要因素，按其對耗水系數(shù)的影響程度和性質(zhì)，分為3類：一是對計算影響較大（Ⅰ）；二是可能發(fā)生較大變動（Ⅱ）；三是分析中數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較差（Ⅲ）。分類情況見表1。

3 影響因素重要性分析

層次分析法是基于專家對各指標(biāo)的理解，通過將各指標(biāo)兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣（公式1），再計算判斷矩陣的特征值和特征向量（公式2），根據(jù)特征向量的各分量值可確定不同指標(biāo)的相對重要性。層次分析法計算的各指標(biāo)重要性權(quán)重值已為總和標(biāo)準(zhǔn)化形式，故對重要性權(quán)重值賦予正負(fù)號，以體現(xiàn)該指標(biāo)對于灌溉耗水系數(shù)的影響方向，作出重要性標(biāo)準(zhǔn)化值龍卷風(fēng)圖，如圖1所示。

式中，n為判斷矩陣對應(yīng)的最大特征值，W為判斷矩陣對應(yīng)于特征值n的特征向量。

結(jié)果（圖1）表明，對耗水系數(shù)計算的重要性從大到小排序為田間綜合滲漏系數(shù)、非節(jié)水灌溉比率、地下水平均埋深調(diào)整系數(shù)、斗農(nóng)渠退水率、提灌方式占比、斗農(nóng)渠防滲率、降水入滲補(bǔ)給地下水系數(shù)、干渠防滲率、干渠退水率和灌溉水源保證率。

可以看出，田間綜合滲漏系數(shù)綜合性較強(qiáng)，與灌區(qū)水資源管理和土壤理化性質(zhì)等各方面具有密切關(guān)系，該因素重要性最高，并與其他因素高度相關(guān)，在典型地塊和典型灌區(qū)尺度上與耗水系數(shù)變化趨勢呈反比；斗農(nóng)渠退水率反映灌溉效率，與灌溉管理水平和渠系工程狀況高度相關(guān)，以斗渠為計算節(jié)點(diǎn)，在典型地塊尺度上與耗水系數(shù)變化趨勢呈反比；地下水平均埋深調(diào)整系數(shù)為綜合反映區(qū)域水文地質(zhì)、地下水利用以及灌溉水與地下水補(bǔ)排關(guān)系的重要因素，在灌區(qū)尺度上與耗水系數(shù)變化趨勢呈正比；非節(jié)水灌溉比率綜合反映灌區(qū)灌溉用水水平、種植結(jié)構(gòu)、用水效率和灌區(qū)環(huán)境的重要因素，在灌區(qū)和研究區(qū)尺度上與耗水系數(shù)變化趨勢呈正比；提灌方式占比反映灌區(qū)環(huán)境和用水效率，對耗水系數(shù)計算影響較大，但該因素相對穩(wěn)定，在灌區(qū)和研究區(qū)尺度上與耗水系數(shù)變化趨勢呈正比。

4 建議

根據(jù)耗水系數(shù)影響因素分析結(jié)果，在水資源管理和使用中，應(yīng)從健全完善現(xiàn)行農(nóng)業(yè)用水管理機(jī)制出發(fā)，采取如下措施：①加強(qiáng)農(nóng)田水利工程建設(shè)管理和維護(hù)，重點(diǎn)解決“最后1 km”問題；②科學(xué)制定水量分配方案并監(jiān)督實(shí)施，對由于城鎮(zhèn)化建設(shè)等導(dǎo)致的實(shí)灌面積變化情況及管理漏洞產(chǎn)生的“黑地”進(jìn)行專項核實(shí)；③完善用水計量方式和水費(fèi)征收制度，建設(shè)斗門以下田間渠系用水計量設(shè)施，并建立科學(xué)的水價形成機(jī)制；④提升農(nóng)業(yè)灌溉新技術(shù)新方法的研究和推廣，開展灌溉制度和灌水定額相關(guān)研究；⑤推廣節(jié)約用水技術(shù)并加強(qiáng)節(jié)水教育，將最嚴(yán)格水資源管理的措施貫穿于農(nóng)業(yè)灌溉用水的審批、用水計劃和監(jiān)督管理的全過程，為實(shí)現(xiàn)提高用水效率的目標(biāo)，保障國家糧食安全和生態(tài)安全、促進(jìn)“三農(nóng)”可待續(xù)發(fā)展以及解決水資源開發(fā)利用結(jié)構(gòu)性矛盾等提供支撐。

5 小結(jié)

在青海省農(nóng)業(yè)灌區(qū)耗水系數(shù)研究基礎(chǔ)上，將影響耗水系數(shù)的相關(guān)因素按影響性質(zhì)分類，經(jīng)過重要性標(biāo)準(zhǔn)化分析，影響因素龍卷風(fēng)圖表明，田間綜合滲漏系數(shù)、非節(jié)水灌溉比率、地下水平均埋深調(diào)整系數(shù)、斗農(nóng)渠退水率、提灌方式占比等因素對耗水系數(shù)的影響最重要。據(jù)此提出了加強(qiáng)青海省農(nóng)業(yè)灌區(qū)水資源管理的措施與建議。用典型農(nóng)業(yè)灌區(qū)耗水系數(shù)監(jiān)測試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行耗水系數(shù)影響因素定量分析時，由于存在時空和分析要素等方面的差異，從具體的典型過渡到更為一般的規(guī)律，代表性會對各因素的重要性產(chǎn)生影響。

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