農業灌溉節水潛力估算研究

□王應武 華春莉

（云南省水利水電勘測設計研究院）

農業灌溉節水潛力估算研究

□王應武 華春莉

（云南省水利水電勘測設計研究院）

農業灌溉節水潛力估算研究在我國當前水資源匱乏的現狀下理論意義與實踐意義顯著，基于當前已有的灌溉節水潛力計算理論，文章提出了農業灌區毛節水量與凈節水量的區分與計算，并以灌區實際為例，分別估算了節水灌溉率提高30%和50%兩種工況下的毛節水量與凈節水量，結果表明，節水措施實施后灌區毛節水量增加所帶來的節水潛力顯著，但是立足于凈節水量角度的節水潛力提升不明顯，這也為下一步研究指明了方向。

灌溉；節水潛力；估算；指標

1 農業灌溉節水潛力計算的相關理論

特定發展階段通過采用節水措施，提高農業灌溉用水標準所能實現的農業耗水量的減少量就是農業灌溉節水潛力，由此所測算出的節水潛力是“潛在”值，實際節水潛力還與用水現狀、用水結構、用水模式等有關。

1.1 相關理論

一般情況下，單位灌溉需水量與灌溉水利用系數及凈灌溉定額之間存在函數關系，表示如下：

式中：Q為單位灌溉需水量（m3）；η為灌溉水利用系數；I為凈灌溉定額（m3/hm2），I的大小往往根據實際耗水量、降水實際值與包涵水田泡填水量、有效滲透量及鹽堿地沖洗壓鹽水量等在內的附加水量加以確定，公式如下：

式中：ETa為實際耗水量（m3）；Pe為降水實際值（m3）；If為附加水量（m3）。

在灌溉面積不變的假設下，進行農業灌溉節水潛力內涵與計算方法的直觀比較，具體計算過程可以通過下圖加以描述，在圖中，曲線AB和CD分別為不同節水潛力下的灌溉用水曲線，兩條曲線反映了灌溉水節水潛力之間的關系。

最初的灌溉水平（節水潛力）在A位置，所對應的灌溉水量Q0、凈灌溉定額I1和灌溉水利用系數η0。灌溉水利用系數低水平下，凈灌溉定額取值較大，所以A點處的灌溉需水量Q0取值較大。

圖1 灌溉水量（節水潛力）與灌溉水利用系數的關系圖

1.2 節水潛力的影響因素

當凈灌溉定額I1不變時，在實施了節水灌溉措施情況下，會促使灌溉水利用系數從η0增加到η1，此時所對應的灌溉水平也由最初的A移動到B，B點處所對應的灌溉需水量為Q1、凈灌溉定額為I1、灌溉水利用系數為η1，可見灌溉水利用系數提高后，可以實現（Q0-Q1）這么多的節水量。

假設灌溉水利用系數不變，隨著灌溉定額從I1減小到I2水平，則灌溉定額所對應的節水潛力隨之降低，在C點的灌溉水平下，雖然灌溉水利用系數仍為η0，但是由于灌溉定額從A點的I1減小到C點的I2，所以實現（Q0-Q1）的節水量。

根據上述兩點分析可知，雖然提高灌溉水利用系數后實現的節水量與降低灌溉定額所實現的節水量效果相同，但兩者存在本質上的不同。其中提高灌溉水利用系數將大大降低輸水過程損失，而降低灌溉定額將使田間無效耗水量大大減少，此外，這兩方面的計算過程也是大相徑庭。

對于提高灌溉水利用系數，其節水量為：

對于降低灌溉定額，其節水量為：

灌溉水利用系數提高的同時降低凈灌溉定額，會使灌溉水平從A變動到D，D點所對應的灌溉需水量為Q2，可以實現（Q0-Q2）的節水量，具體而言節水量為：

2 農業灌溉節水量的估算

2.1 農業灌溉節水措施及估算指標

常見的農業灌溉節水措施包括工程措施與非工程措施兩大類，其中工程措施又包括渠道防滲、管道輸水措施、改進的灌溉措施及噴灌、滴灌等，非工程措施主要有灌溉制度的優化設計、秸稈覆蓋措施的運用、抗旱節水作物的培植及加強用水管理等，詳見表1。

表1 農業灌溉節水措施與節水效果表

采用了各種類型的節水灌溉措施后，必須對擬采用措施進行績效考評與評價，為此必須設計出一整套科學而適用的農業灌溉節水潛力測算指標與方法，以保證測算與評價的可行性與可操作性。筆者在研讀相關領域已有論著的基礎上，提出了評價與衡量農業灌溉節水量（潛力）的指標參考，其中一級指標有3個，分別是灌溉耗水（用水）指標、灌溉效率及節水指標。灌溉耗水（用水）指標項下包括作物耗水量、凈灌溉定額、綜合灌溉定額、毛灌溉定額；灌溉效率項下包括田間水利用系數、渠系水利用系數、灌溉水利用系數；節水指標項下包括節水灌溉率、凈節水量、毛節水量。

2.2 農業灌溉節水潛力的估算

2.2.1 凈節水量

將節水措施實施后所降低的無效耗水量（△Qx）與水量流失量（△Ql）之和稱為凈節水量（△Qj）。無效耗水量（△Qx）采用下式計算：

式中：△Ai為第i種節水措施采用后新增加的灌溉面積（hm2）；△Ii為第i種節水措施實施后所引起的凈灌溉定額的減少量（m3）。

水量流失量（△Ql）的計算公式為：

式中：Q0和Qt分別為節水措施實施前后的灌溉引水量；ηh0和ηht分別為節水措施實施前后的農業灌溉耗水系數；ηg0和ηgt分別為節水措施實施前后的灌溉水有效利用系數。

2.2.2 毛節水量

灌水效率提高并減少灌溉水漏損及田間蒸發的情況下所節約的灌溉水量稱為毛節水量，毛節水量由凈節水量與因灌溉效率提高而減少的灌溉水漏損組成，公式如下：

式中：Ij0和Ijt分別表示節水措施實施前后綜合凈灌溉定額（m3），其余參數含義同上。

3 應用與結論

運用上述節水潛力估算理論與方法進行某流域節水措施節水潛力的計算。該流域內有11個大型灌區，在灌溉面積與種植結構不變的假定下，分別測算節水灌溉率為30%和50%工況下的節水灌溉潛力，節水灌溉面積如表2所示。

表2 不同工況下節水潛力估算表

工況一：現狀年（2016年）節水灌溉潛力；工況二：節水灌溉率提高30%節水灌溉潛力。

工況三：節水灌溉率提高50%節水灌溉潛力。

經測算，節水灌溉措施實施且節灌率提高30%后，灌溉水利用系數從0.53提高到0.67，凈灌溉定額從3 419.51 m3/hm2降低到3 164.43 m3/hm2，毛灌溉定額從6 442 m3/hm2降低到4 541.29 m3/hm2，凈節水量0.35億m3，毛節水量15.34億m3。節灌率提高50%后，灌溉水利用系數提高到0.73，凈灌溉定額降低到3 134.55 m3/hm2，毛灌溉定額降低到4 308.39 m3/hm2，凈節水量0.47億m3，毛節水量16.98億m3。

可見，上述農業灌溉節水潛力估算方法對于我國大型灌區完全適用，節水措施實施后農業灌溉節水潛力提高顯著，但是由于節水措施的實施只對于灌溉水利用系數的提高和滲漏損失的減少作用明顯，但是耗水量節約及凈節水量的節水潛力提高不大，文中所提出的方法對于灌區農業灌溉節水潛力的估算仍具有指導意義。

［1］陶銳，灌區農業灌溉節水潛力估算理論與方法［J］，工程技術：引文版，2016（10）：51.

［2］雷波，劉鈺，許迪，灌區農業灌溉節水潛力估算理論與方法［J］，農業工程學報，2011，27（1）：10-14.

S274

B

1673-8853（2017）10-0022-02

王應武（1987-），男，工程師，主要從事水利工程規劃設計咨詢工作。

2017-9-14

編輯：劉長垠 韋詩佳