陜西省灌溉水利用系數測算分析

李志軍，張富倉，蔡煥杰，胡笑濤

(1.西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室,陜西 楊凌 712100；2.陜西省灌溉試驗中心站,陜西 楊凌 712100)

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陜西省灌溉水利用系數測算分析

李志軍1,2，張富倉1,2，蔡煥杰1,2，胡笑濤1,2

(1.西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室,陜西 楊凌 712100；2.陜西省灌溉試驗中心站,陜西 楊凌 712100)

摘要：以陜西省觀測資料為基礎,運用首尾測算法,測算了陜西省2006—2013年的灌溉水利用系數，對陜西省灌溉水利用系數變化規律進行了初步分析，并對測算結果進行了分析與評價，結果表明陜西省灌溉水利用系數在逐年提高。

關鍵詞：首尾測算法；樣點灌區；灌溉水利用系數

陜西省位于東經105°29′—110°15′，北緯31°42′—39°35′，橫跨亞熱帶、暖溫帶、溫帶三個氣候帶，南北氣候差異較大。按地形氣候特征可分為關中平原、陜南秦巴山區和陜北丘陵溝壑區。省內多年平均降水量340～1240 mm，5月—9月的降水量占全年降水量的70%以上。降水南多北少，陜南為濕潤區，關中為半濕潤易旱區，陜北為半干旱區，水資源時空分布不均，旱澇災害頻發。灌溉在全省農業生產中占有重要地位，耕地面積286.00萬hm2，其中設施灌溉面積141.43萬hm2，有效灌溉面積120.99萬hm2。全省發展節水灌溉面積86.13萬hm2，其中渠道防滲面積50.60萬hm2，低壓管灌溉面積21.33萬hm2，噴灌面積5.20萬hm2，微灌面積1.93萬hm2，其他工程節水面積7.07萬hm2，占全省設施灌溉面積的60.9%。農業節水的快速發展有力地推進了農業水資源的高效利用。對于實行最嚴格的水資源管理來說，開展農業灌溉水利用系數的研究，對促進農業水資源的高效利用具有十分重要的現實意義。

灌溉水利用系數是衡量從水源取水到田間作物水分利用效率的一個重要指標，灌溉水利用系數能綜合反映灌區灌溉工程狀況、用水管理水平、灌水技術水平，是評價農業水資源利用、指導節水灌溉、大中型灌區續建配套，及節水改造健康發展的重要參考[1]。蔡守華等提出渠道水利用率、渠系水利用率、田間水利用率、作物水利用率和灌區灌溉水利用率組成的灌溉水利用率指標體系，并分別給出了這些指標的定義及計算方法[2]。這一用水效率指標體系中，由于灌溉水利用率是一項重要的綜合性評價指標，因此多采用傳統方法進行測定，即先測算出渠系水利用系數和田間水利用系數，然后兩者相乘得出灌溉水利用系數[3]。近年來，首尾測定法與典型渠道測量相結合的綜合方法被許多人提出，如許建中，崔遠來，高峰等，用以克服傳統方法工作量大，需要大量人力、物力才能完成的缺點，同時又彌補了只測量典型渠段而引起誤差較大的不足[4-7]。本文以2013年陜西省灌溉水利用系數測算流程和方法為例，采用“灌區首尾”比較的綜合方法，對陜西省灌溉水利用系數進行測算和分析研究。

1材料與方法

1.1基本資料

1.1.1背景資料確定。

對全省大、中、小型灌區，及井灌區基本情況進行全面核查。首先以2013年灌排年報統計數據為基礎，按照大型(≥2萬hm2)、中型(分為1萬～2萬hm2、0.333萬～1萬hm2、0.067萬～0.333萬hm2)、小型(≤0.067萬hm2)及純井灌區分類，其中每類灌區又分為自流引水和提水兩種水源類型，對全省(區、市)灌區數量、分布等情況進行分析與統計。

1.1.2全省(區、市)農業灌溉情況。

統計陜西省2013年農田灌溉及用水情況見表1。根據資料統計分析，截至2013年底全省總計有效灌溉面積120.99萬hm2，當年實際灌溉面積80.07萬hm2，農業灌溉毛用水量46.88億m3。

表1　2013年全省農田灌溉及用水情況

1.2研究方法

1.2.1陜西省灌溉水利用系數測算方法及流程

“首尾測算分析法”，即直接用灌入田間可被作物吸收利用的水量(凈灌溉用水量)與灌區從水源取用的灌溉總水量(毛灌溉用水量)的比值來計算灌區灌溉水有效利用系數[8]。以2013年陜西省灌溉水利用系數測算流程和方法為例，說明省級測算方法及流程，如圖1所示。

圖1

1.2.2樣點灌區灌溉水有效利用系數測算

(1)

式中：η樣為樣點灌區灌溉水有效利用系數；W樣凈為樣點灌區凈灌溉用水量，m3；W樣毛為樣點灌區毛灌溉用水量，m3。

1.2.3不同類型灌區的灌溉水利用系數測算

以典型樣點灌區測算值為基礎依據，根據各灌區情況按不同灌區規模分類分析估算灌溉水利用系數平均值。如依據各大型灌區樣點灌區灌溉水有效利用系數與用水量加權平均后得出省級區域大型灌區灌溉水有效利用系數。

(2)

式中：ηw大為省級區域大型灌區灌溉水有效利用系數平均值；η大i為第i個大型灌區樣點灌區灌溉水有效利用系數平均值；W樣大i為第i個大型灌區樣點灌區年毛灌溉用水量，萬m3；N為省級區域大型灌區樣點灌區數量，個。

中、小型灌區和純井灌區的灌溉水利用系數平均值參照此方法進行推算。

1.2.4全省灌溉水利用系數平均值測算

全省灌溉水利用系數平均值根據大、中、小型灌區和純井灌區灌溉用水量加權平均得出，計算公式如下：

(3)

式中：ηw省為全省灌區灌溉水利用系數平均值；ηw大型、ηw中型、ηw小型、ηw井分別為全省大、中、小型灌區和純井灌區的平均灌溉用水有效利用系數；Wa大型、Wa中型、Wa小型、Wa井分別為全省大、中、小型灌區和純井灌區年毛灌溉用水量，萬m3。

2結果與分析

2.1各規模與類型樣點灌區的確定及全省樣點灌區的代表性分析評價

按照《全國灌溉用水有效利用系數測算分析技術指南》[8](修訂版)樣點灌區選擇的原則及依據，全省12個大型灌區全部計入樣點；0.067萬～2萬hm2中型灌區選取樣點灌區23個，占到全省共計168個中型灌區個數的12.92%，有效灌溉面積占到全省168個中型灌區的19.7%；2013年選擇0～0.067萬hm2小型灌區選取樣點灌區11個，占全省0.39% (<0.5%)，不滿足小型灌區樣點數量不少于全省灌區數量的0.5%的要求；這主要是因為2013年省灌排年報與水利普查數據接軌后陜西小型灌區增加較多，需要增加小型樣點灌區使之符合要求，見表2。從灌溉面積、引水量與畝均用水量來看，所選樣點灌區基本可以代表全省各類灌區情況，代表性基本符合準則要求。

表2　2013年陜西省樣點灌區統計信息表

2.2樣點灌區灌溉水有效利用系數測算分析

首先選取典型田塊，測算分析典型田塊年畝均凈灌溉用水量，進而分析計算樣點灌區年凈灌溉用水量，最后以樣點灌區年凈灌溉用水量、年毛灌溉用水量為基礎，分析計算樣點灌區灌溉水有效利用系數。計算流程如圖2所示。

圖2　樣點灌區灌溉水有效利用系數測算流程

測算中對有氣象資料的灌區采用作物系數法推求凈灌溉定額，對沒有完善氣象資料的樣點灌區，依據各樣點灌區的灌溉用水管理資料、灌溉試驗與觀測資料和灌溉實踐經驗，以樣點灌區填報數據為基礎，采用統一的首尾測算分析法，對樣點灌區灌溉水利用系數進行測算分析，測算結果見表3。

表3　陜西主要樣點灌區2010—2013年灌溉水利用系數測算結果分析

從表3可以看出2013年、2012年、2011年與2010年灌區農田灌溉水有效利用系數相差并不大，尤其是大型灌區表現的比較穩定，大型灌區農田灌溉水有效利用系數基本在0.50以上；中、小型灌區因跨度大，管理水平參次不齊，計算結果表明中型灌區農田灌溉水有效利用系數變化范圍比較大；井灌區陜西省選取了包括土質渠道地面灌、防滲渠道地面灌、管道輸水地面灌、微灌和噴灌等類型的6個縣(區)28個樣點，對井灌區計算結果表明，其農田灌溉水有效利用系數范圍在0.6～0.86 之間，說明井灌區的灌溉系數同樣隨不同地區、不同工程條件、水文條件、不同作物、不同輸水方式與管理水平差異顯著。

陜西省大型灌區灌溉水利用系數隨降雨不同有升有降，原因是多方面的，對2013年數據進行核查，測算結果與2012年、2011年結果相比基本上各灌區的計算結果都有變化，有減少的，也有增加的，說明影響因素較多，需要參考多方面條件及信息進行考慮分析。在灌區灌溉工程狀況、用水管理水平與灌水技術水平不變的條件下，影響灌區灌溉水利用系數的主要因素為氣象條件，特別是降雨量、降雨時段對灌溉水利用率有較大影響，但影響比較復雜；如對于水源調控能力強的灌區，干旱年份灌溉水量增加，棄水減少，作物灌溉次數增加，灌溉水利用系數增加，但對于水源調控能力差的灌區，干旱年份由于無水可引，灌溉面積減少，灌溉水利用系數反而減少。

2.3不同類型灌區的灌溉水利用系數測算分析

以典型樣點灌區測算值為基礎依據，根據各灌區情況按不同灌溉規模分類分析估算灌溉水利用系數平均值。以大型灌區為例，依據各大型灌區樣點灌區灌溉水有效利用系數與用水量加權平均后得出省級區域大型灌區灌溉水有效利用系數。中、小型灌區和純井灌區的灌溉水利用系數平均值參照此方法推算，由此得到全省大、中、小型灌區和純井灌區的灌溉水利用系數平均值。經測算2013年陜西省各類灌區灌溉水利用系數計算結果如表4所示。

表4　2013年陜西省各類灌區灌溉用水有效利用系數

2.4全省灌溉水利用系數平均值推算分析

全省灌溉水利用系數平均值根據大、中、小型灌區和純井灌區灌溉用水量加權平均得出，經測算2013年陜西省灌溉水利用系數為0.545，與歷年測算結果相比較，總體上略有上升但變化不大。通過對陜西省各典型樣點灌區的跟蹤測算,獲得了2006—2013年陜西省8 a灌溉水利用系數，逐年變化規律如圖3所示。

圖3　灌溉水利用系數年變化曲線

從圖3可以看出，陜西省灌溉水利用系數表現出逐年提高趨勢，尤其是大型灌區變化趨勢比較穩定，這也說明灌區一旦建成后，設施及管理沒有發生大的變化，灌溉水利用系數是比較穩定的。純井灌區農田灌溉水利用系數最高，波動最大是小型灌區和純井灌區。由于在全省計算中小型灌區權重較小，對整個數據變化影響有限。

從測算結果分析可以反映出陜西各類型灌區的渠系輸配水設施的現狀、田間水利用水平，并能綜合反映灌區灌溉工程狀況、用水管理水平與灌水技術中存在的一些問題。一般來說，灌溉水利用系數隨灌區規模的增大而減少[9]。但陜西省大型灌區投資規模較大、管理機構完善、管理水平和技術相對較高，因此大型灌區灌溉水利用系數相對比中型灌區略大，這是符合陜西實際的。

3討論

(1)首尾測算法權重對結果影響較大，也就是說不同水文年份全省各類型、不同規模灌區引水量變化將會造成相應灌區與全省灌溉水有效利用系數的較大波動，因此全省各類灌區灌水資料的收集及分類是灌溉水利用系數計算的基準。目前陜西省大、中型灌區主要數據基本可靠，但0.0667萬hm2以下小型灌區及井灌區資料準確性有待提高。

(2)灌溉水有效利用系數測算方法應該建立在灌區進行灌溉試驗的基礎上。要提高分析成果精度就必須加強各灌區基礎資料的測試、收集與統計分析等工作。建議在進行大型灌區節水改造的同時，能夠構建省級灌溉試驗網絡體系，恢復及健全原有的有代表性的灌溉試驗站，只要灌溉試驗能夠開展起來，作物的灌水定額、灌溉制度、灌溉用水與產量的關系是試驗站必須進行的試驗內容,可以為灌區灌溉水利用系數測算創造良好的基礎條件。

(3)因為樣點灌區灌溉水利用系數的確定除受到灌區工程質量、灌水技術及灌區總體管理水平影響外，同時也會受到樣點灌區規模、自然條件，如土壤、水文氣象、水源條件、灌區種植面積與種植比例，及農戶灌水習慣等影響，農產品價格、種植結構變化，甚至農民外出打工對土地疏于管理都會影響到農民用水積極性，進而影響到灌區灌溉水利用系數。而氣象條件，特別是降雨時段對灌溉水利用率有影響，但影響比較復雜，在灌溉水利用系數的測算過程中必須對其進行研究確定。而建立在樣點灌區灌溉水利用系數的分析基礎上的省級灌溉水利用系數的確定同時還和全省的灌溉發展息息相關。

參考文獻：

[1]李志軍.陜西省灌溉水利用系數測算分析研究[D].楊凌：西北農林科技大學,2013.

[2]蔡守華，張展羽，張德強.修正灌溉水利用效率指標體系的研究[J].水利學報，2004(5)：111-115.

[3]李英能.淺論灌區灌溉水利用系數[J].中國農村水利水電，2003(7)：23-26.

[4]許建中，趙競成，高峰，等.灌溉水利用系數綜合測定法[J].中國水利，2004(7)：45-47.

[5]崔遠來，熊佳.灌溉水利用效率指標研究進展[J].水科學進展，2009，20(4)：590-599.

[6]周和平，張明義，周琪，等.新疆地區農業灌溉水利用系數分析[J].農業工程學報，2013，29(22)：100-107.

[7]高峰,趙競成,許建中，等.灌溉水利用系數測定方法研究[J].灌溉排水學報，2004，23(1):14-20.

[8]水利部農村水利司.全國灌溉水有效利用系數測算分析技術指南[Z].北京：水利部，2012.

[9]李睿冉，劉旭.我國典型灌區灌溉水利用系數的調研分析[J].山東農業大學學報:自然科學版，2012，43 ( 3) : 465-469.

Measurement and calculation of the irrigation water use efficiency in Shaanxi province

LI Zhijun1，2，ZHANG Fucang1，2，CAI Huanjie1，2，HU Xiaotao1，2

(1.KeyLaboratoryofAgriculturalSoilandWaterEngineeringinAridandSemiaridAreasofMinistryofEducation,NorthwestSci.-Tech.UniversityofAgricultureandForestry，Yangling712100,China；2.ShaanxiExperimentalCenterStationofIrrigation,Yangling712100,China)

Abstract：Based on the observation data of Shaanxi province,the objective of this research is to measure and calculate of irrigation water use efficiency in Shaanxi province and the related problems arising from this process.Research results showed that head-end method is suitable for Shaanxi irrigated area,irrigation water use efficiency was increased year by year.

Key words：head-end method,sample irrigated area,irrigation water use efficiency

基金項目：陜西省灌溉水利用系數測算技術服務研究項目

作者簡介：李志軍(1976-)，男，講師，主要從事灌溉試驗技術研究與推廣工作。E-mail：345386997@qq.com

中圖分類號：S274.4

文獻標志碼：A

文章編號：2096-0506(2015)02-0011-06