河南省農田灌溉水有效利用系數測算分析

張玉順，路振廣，王 敏，秦海霞，王艷平，和 剛，邱新強

(1.河南省水利科學研究院，鄭州 450003；2.河南省節水灌溉工程技術研究中心，鄭州 450003)

目前我國已實行最嚴格水資源管理制度，農田灌溉水有效利用系數成為國家實行最嚴格水資源管理“三條紅線”考核指標之一。水利部于“十一五”期間就開始對我國灌溉水有效利用系數進行了跟蹤測算分析，河南省已連續多年在全省范圍內開展了農田灌溉水有效利用系數測算分析工作，取得的成果為有關部門研究制定相關政策和規劃提供了依據。

筆者在2015年河南省樣點灌區農田灌溉水有效利用系數測算分析成果的基礎上，結合河南省農田灌溉實際情況，測算分析出2015年全省各類不同規模及類型灌區和全省的農田灌溉水有效利用系數。

1 區域概況

河南省位于我國中東部，總土地面積16.55 萬km2，占全國總土地面積的1.74%。全省多年平均降水量771.0 mm，多年平均地表水資源量302.66 億m3，降水入滲補給量185.66 億m3，扣除降水入滲形成的河道基流排泄量84.79 億m3，河南省水資源總量403.53 億m3。

截至2015年底，河南省農田有效灌溉面積521.517 萬hm2，其中大型灌區38處，有效灌溉面積151.299 萬hm2；中型灌區297處，有效灌溉面積59.331 萬hm2；0.067 萬hm2以下小型灌區約13 661處，有效灌溉面積27.005 萬hm2；純井灌區有效灌溉面積283.881 萬hm2。2015年全省耕地實際灌溉面積451.233 萬hm2，農田灌溉總用水量98.61 億m3。

2 測算分析方法

2.1 技術路線

選取河南省測算分析的樣點灌區，測算分析樣點灌區典型田塊年單位面積平均凈灌溉用水量、樣點灌區年凈灌溉用水量、毛灌溉用水量和灌溉水有效利用系數；以樣點灌區測算結果為基礎，采用點面結合、調查統計與觀測分析結合的方法，按毛灌溉用水量進行加權平均，推算不同規模與類型灌區以及全省農田灌溉水有效利用系數。不同規模與類型灌區農田灌溉用水量占全省農田灌溉用水量的比重即為該類灌區的水量權重。

2.2 樣點灌區選取及代表性分析

綜合考慮河南省地形地貌、土壤類型、灌區管理水平、水源類型及作物種植結構等因素，共選取112處樣點灌區，其中大型灌區30處，中型灌區24處，小型灌區28處，純井灌區30處。

2015年省內38處大型灌區中孤石灘、昭平臺、白龜山、白沙、宿鴨湖、宋崗淘岔、石山口和板橋等8處灌區因灌溉期水庫枯水或灌區雨水充沛或工程施工等原因全年沒有灌溉，其余30處灌區均有灌溉而選取作為測算樣點灌區。所以大型樣點灌區代表了省內絕大多數大型灌區，具有很好的代表性。

共選取24處中型樣點灌區，其中0.067～0.333 萬hm2的13處，0.333～1 萬hm2的8處，1～2 萬hm2的3處；提水灌區7處，自流灌區17處。中型樣點灌區主要分布在省內中型灌區分布較多的區域，從數量、水源類型及有效灌溉面積等方面具有較好的代表性。

小型和純井樣點灌區選取時以縣為單位，從省內小型和純井灌區分布較多的縣中選取。小型樣點灌區從5個縣共選取28處，其中提水灌區12處，自流灌區16處。小型樣點灌區分布在省內豫南信陽和南陽、豫北安陽、豫西洛陽及豫北安陽和濟源等地，具有較好代表性。純井樣點灌區從6個縣共選取30處，其中土質渠道地面灌9處，防滲渠道地面灌3處，管道輸水地面灌13處，噴灌3處，微灌2處。純井樣點灌區主要分布在豫中周口和許昌、豫東駐馬店、豫北安陽、豫西洛陽、豫南南陽等地，考慮了各類井灌類型，并側重數量較多的管道輸水灌區，具有較好的代表性。

各類樣點灌區選取結果見表1。

2.3 測算分析方法

2.3.1 樣點灌區灌溉水有效利用系數測算分析方法

(1)典型田塊選取。選取邊界清楚、形狀規則、面積適中的田塊作為典型田塊，并綜合考慮選取田塊在作物種類、灌溉方式、畦田規格、地形、土地平整程度、土壤類型、灌溉制度與方法、地下水埋深等方面的代表性。大型樣點灌區在上、中、下游分別選取，每種作物至少選取3個典型田塊。中型樣點灌區在上、下游分別選取，每種作物至少選取3個典型田塊。小型樣點灌區每種作物至少選取2個典型田塊。純井樣點灌區按照土質渠道地面灌、防滲渠道地面灌、管道輸水地面灌、噴灌、微灌等5種類型進行選取，同種灌溉類型每種作物至少選取2個典型田塊。

表1 2015年河南省樣點灌區灌溉水有效利用系數測算成果

續表1 2015年河南省樣點灌區灌溉水有效利用系數測算成果

(2)典型田塊單位面積平均凈灌溉用水量觀測與分析。典型田塊單位面積平均凈灌溉用水量優先采用直接量測法，其次采用觀測分析法。直接量測法是觀測典型田塊內不同作物年內相應生育期內計劃濕潤層的土壤質量含水率或體積含水率(水田為田間水層變化)，計算得到不同作物典型田塊年單位面積平均凈灌溉用水量w田凈。觀測分析法是觀測實際進入典型田塊田間的年單位面積平均灌溉用水量w田。再根據當年氣象資料、作物種類等情況，依據水量平衡原理計算典型田塊某種作物當年的凈灌溉定額M。然后，對二者比較進行判斷，得出典型田塊年單位面積平均凈灌溉用水量w田凈。當kw田≥M時，為充分灌溉，w田凈=M；當kw田

(3)樣點灌區年凈灌溉用水總量測算。某灌區同片區域或同種灌溉類型第i種作物的年凈灌溉用水量wi計算公式為：

(1)

式中：w田凈l、A田l分別為同片區或同灌溉類型第i種作物第l個典型田塊單位面積平均凈灌溉用水量和灌溉面積；N為同片區或同灌溉類型第i種作物典型田塊數量。

再根據灌區內不同片區不同作物種類灌溉面積，結合不同作物在不同片區的年單位面積平均凈灌溉用水量，計算得出樣點灌區年凈灌溉用水總量W樣凈，計算公式為

大、中、小型樣點灌區：

(2)

式中：wij、Aij分別為樣點灌區j個片區內第i種作物單位面積平均凈灌溉用水量和灌溉面積；m為樣點灌區j個片區內的作物種類；n為樣點灌區片區數量，大型灌區n=3，中型灌區n=2，小型灌區n=1。

純井樣點灌區：

(3)

式中：wik、Aik分別為純井樣點灌區第k種灌溉類型第i種作物單位面積平均凈灌溉用水量和灌溉面積；m為純井樣點灌區第k種灌溉類型作物種類數量；p為樣點灌區灌溉類型數量，p=1～5，包括土質渠道地面灌、防滲渠道地面灌、管道輸水地面灌、噴灌、微灌。

(4)樣點灌區年毛灌溉用水總量計算與分析。樣點灌區年毛灌溉用水總量W樣毛計算公式為：

(4)

式中：W樣毛i為樣點灌區第i個水源取水量；n為樣點灌區水源數量。

樣點灌區毛灌溉用水量的測算，渠灌區主要量水方法有流速儀量水法、水工建筑物量水法、標準斷面法、特設量水設備法等；井灌區主要在機井水泵出水口安裝水表，沒有安裝水表的則通過抽水灌溉時耗電量、水泵工作功率及單井出水量等數據，換算機井抽水量，即為井灌毛灌溉用水量。

(5)樣點灌區灌溉水有效利用系數計算。樣點灌區灌溉水有效利用系數η樣計算公式為：

η樣=W樣凈/W樣毛

(5)

2.3.2 不同規模與類型灌區灌溉水有效利用系數平均值推算

大型灌區灌溉水有效利用系數平均值ηw大型計算公式為：

(6)

式中：η大i、W大i分別為第i個大型灌區灌溉水有效利用系數平均值和年毛灌溉用水量；N為大型灌區個數。

中型灌區首先以樣點灌區測算值為基礎，按算術平均法，分別計算0.067～0.333、0.333～1、1～2 萬hm2各規模灌區的灌溉水有效利用系數平均值η0.067～0.333、η0.333～1、η1～2；然后按統計的0.067～0.333、0.333～1、1～2 萬hm2灌區年毛灌溉用水量加權平均得到全省中型灌區的灌溉水有效利用系數平均值 ，計算公式為：

(7)

式中：W0.067～0.333、W0.333～1、W1～2分別為0.067～0.333、0.333～1、1～2 萬hm2灌區的年毛灌溉用水量。

小型灌區灌溉水有效利用系數平均值ηw小型按照小型樣點灌區算術平均值進行計算。

純井灌區，首先按算術平均法分別計算土質渠道地面灌、防滲渠道地面灌、管道輸水地面灌、噴灌、微灌5種灌溉類型樣點灌區的灌溉水有效利用系數η土、η渠、η管、η噴、η微；再按不同灌溉類型的年毛灌溉用水量加權平均計算全省純井灌區的灌溉水有效利用系數平均值 ，計算公式為：

式中:W土、W渠、W管、W噴、W微分別為土質渠道地面灌、防滲渠道地面灌、管道輸水地面灌、噴灌、微灌5種類型純井灌區的年毛灌溉用水量。

2.3.3 省級灌溉水有效利用系數平均值推算

按不同規模與類型灌區毛灌溉用水量權重進行加權平均，推算全省農田灌溉水有效利用系數。計算公式為:

ηw=λw大ηw大+λw中ηw中+λw小ηw小+λw井ηw井

(9)

λw大=Wa大/W省

(10)

λw中=Wa中/W省

(11)

λw小=Wa小/W省

(12)

λw井=Wa井/W省

(13)

W省=Wa大+Wa中+Wa小+Wa井

(14)

式中：ηw為全省農田灌溉水有效利用系數；λw大、λw中、λw小、λw井分別為全省大、中、小型和純井灌區的水量權重；W省、Wa大、Wa中、Wa小、Wa井為分別為全省及全省大、中、小型和純井灌區的年毛灌溉用水量。

3 測算成果及合理性分析

3.1 樣點灌區測算成果

按式(5)樣點灌區測算成果見表1。樣點灌區灌溉水有效利用系數在0.412～0.873范圍內，其中大型樣點灌區0.412～0.579，中型樣點灌區0.413～0.783，小型樣點灌區0.491～0.611，純井樣點灌區0.619～0.873。

3.2 不同規模及類型灌區及全省測算成果

根據式(6)～(8)，分析得到不同規模與類型灌區灌溉水有效利用系數平均值，即大型灌區0.479、中型灌區0.482、小型灌區0.559和純井灌區0.709。按式(14)推算出2015年河南省農田灌溉水有效利用系數為0.601。測算成果見表2。

表2 2015年河南省農田灌溉水有效利用系數測算成果

3.3 成果合理性分析

近年來大型灌區續建配套與節水改造發展較快，其平均灌溉水有效利用系數提高較快，接近中型灌區的平均灌溉水有效利用系數；噴微灌等先進的節水灌溉技術，其灌溉水有效利用系數較其他類型灌區高；小型灌區的平均灌溉水有效利用系數介于大中型灌區和純井灌區之間。主要原因，從灌區規模大小分析，規模小的灌區渠系輸水距離短，其灌溉水量損失小而輸水效率相對較高，灌溉水有效利用系數也相對

較高；從同一規模不同水源類型分析，提水灌區因為首部加壓輸水且輸水距離相對較短等原因其灌溉水有效利用系數比自流灌區高；從采取不同節水灌溉類型分析，灌溉水有效利用系數依次按土質渠道、防滲渠道、管道輸水及噴灌、微灌等類型灌區逐漸提高。上述結果符合不同規模及類型灌區的實際情況。

此外，河南省純井灌區面積和用水量所占的比例較大，灌溉水有效利用系數又較高。2015年全省純井灌區有效灌溉面積占全省有效灌溉面積的54.4%，其灌溉用水量占全省灌溉用水總量的51.7%，灌溉水有效利用系數較高，平均達到0.709，按四類灌區毛灌溉用量加權平均后使得全省的灌溉水有效利用系數也較高。總體而言，測算成果符合我省實際。

□

[1] 全國農田灌溉水有效利用系數測算分析技術指導細則[R].北京:水利部農水司，2013.

[2] 2015年河南省灌溉水有效利用系數測算分析成果報告[R].鄭州:河南省水利科學研究院,2015.

[3] 黃昌碩,耿雷華.基于“三條紅線”的水資源管理模式研究[J].中國農村水利水電，2011,(11):30-31.

[4] 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.

[5] 韓振中,裴源生,李元華,等.灌溉用水有效利用系數測算與分析[J].中國水利,2009,(3):11-14.

[6] 李英能.采用“首位測算法”確定灌溉水有效利用系數是一個突破[J].中國水利，2009,(3):8-9.

[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,(1):14-20.

[8] 馮保清.我國不同分區灌溉水有效利用系數變化特征及其影響因素分析[J].節水灌溉，2013,(6):29-32.

[9] 李遠華.灌溉用水有效利用系數的影響因素及其提高策略[J].水利水電技術，2009,(8):113-116.

[10] 張 芳,李永鑫,張玉順,等.河南省現狀灌溉水利用率的測算研究[J].人民黃河,2008,(1):51-52.