寧夏漢延渠灌區灌溉用水量變化影響因素分析

王海永，沈 紅，叢振濤，馬 銘

(1.寧夏漢延渠管理處，銀川 750004；2.清華大學土木工程系，北京 100084)

水資源是人類社會可持續性發展不可缺少的戰略性資源，也是實現社會經濟可持續發展的基礎條件。在水資源消耗中，農業用水占據份額最大，如2015年全國總用水量6 103.2 億m3，農業用水占63.1%。近年來，隨著城鎮化和工業化快速發展，用水矛盾進一步加劇，水資源緊缺問題日趨嚴重，農業節水刻不容緩。

漢延渠是寧夏引黃灌區最古老的干渠之一，距今已有兩千多年的歷史。干渠全長88.05 km，設計引水流量70 m3/s，近11年年均用水量約5.01 億m3。灌區地處西北干旱地帶，以沙壤土為主，光照充足，多年平均降雨量約為180 mm，降雨主要集中6-8月，多年平均蒸發量約為1 750 mm。灌區灌溉設施較為完善，農業現代化程度相對較高,是優質的農業種植基地。

1 灌溉用水量變化分析

影響灌區灌溉用水量的因素主要有灌溉制度、灌溉面積和種植結構、渠系狀況、灌溉管理水平等。在各種因素綜合作用下，漢延渠灌區灌溉用水量呈逐年下降趨勢。2006-2016年間灌溉用水量由5.97 億m3逐漸下降到3.89 億m3，減少了2.08 億m3，減幅達34.84% ，見圖1。

圖1 漢延渠灌區灌溉用水量變化趨勢折線圖

2 灌溉影響因素分析

2.1 灌溉制度變化分析

灌溉制度是指作物在播種前及生育期內的灌水次數、灌水定額、灌溉定額及每次灌水日期[1]。分析2006和2016年小麥、水稻、玉米灌溉制度。

由表1和表2可知：小麥拔節-孕穗期的灌水次數由2次減為1次，灌水定額由1 650 m3/hm2減少到1 050 m3/hm2，整個生育期灌溉用水定額由2006年的4 950 m3/hm2減少的2016年的4 350 m3/hm2，減幅12%；水稻插秧-分蘗期和分蘗-拔節期的灌溉次數分別由2006年的12次和4次減少到2016年的10次和3次，整個生育期的灌溉定額由2006年的1.365 萬m3/hm2減少到1.23 萬m3/hm2，減幅9.9%；取消玉米灌漿晚期的一次灌溉(定額為450 m3/hm2)并將灌漿早期的灌水定額由600 m3/hm2增加到750 m3/hm2，玉米全生育期的灌溉定額由2006年的3 750 m3/hm2減少到2016年的3 450 m3/hm2，減幅8%；伴隨著灌區高效節水灌溉方式、農藝節水技術的改進、灌區用水習慣的轉變以及抗旱節水作物新品種推廣應用，主要作物灌溉灌水定額、次數得到優化，水稻灌水次數由27次減少到24次，春小麥由5次減少到4次，玉米由4次減少到3次，灌溉定額也有不同幅度的減少，平均減幅10%左右，為灌區灌溉用水量的減少做出了貢獻。

表1 漢延渠灌區2006年主要作物灌溉制度簡表

2.2 種植結構變化分析

農業種植結構是灌溉用水量的決定性因素之一，優化調整種植結構是提高農作物水分利用效率的有效途徑之一[2,3]。近年來，灌區各級政府及農業主管部門充分利用灌區水資源和其他農業生產要素，通過適度壓減高耗水作物、擴大節水和耐旱作物種植等方式不斷優化作物種植結構，調整作物時空種植布局，灌區作物呈現出多樣化特點。

表1和表2表明，與2006年相比， 2016年灌區主要作物灌溉面積與總面積占比發生了明顯變化。圖2可知，小麥和高耗水的水稻灌溉面積減幅較大，耗水較少的玉米種植面積由2006年的8.6%增加到21.5%。隨著經濟的發展，設施農業、林地、蔬菜(圖2中的其他)的灌溉面積由2006年18.7%增加到2016年的39.2%增速較為明顯。從圖2可看出2009-2014年間種植結構調整幅度明顯，2015-2016年調整幅度不大，灌區的作物種植比例日趨優化和穩定，作物種植結構不斷優化調整對灌溉用水量減少起到了積極的作用。

2.3 渠系水利用系數變化分析

近年灌區大力實施渠道砌護改造，干渠砌護長度由2006年不足7 km增加到2016年69.09 km，灌區內支渠以下末級渠系砌護率也達到90%以上。通過大規模砌護改造，減少滲漏損失，渠系水利用系數明顯提高。渠系水利用系數由2006年的0.452提高到2016年的0.549，灌溉水利用系數由2006年的0.366提高到2016年的0.456。

表2 漢延渠灌區2016年主要作物灌溉制度簡表

圖2 漢延渠灌區主要作物灌溉面積變化趨勢折線圖

2.4 用水量歸因分析計算方法

選取2006、2012、2016年作為典型年進行灌溉用水量分析計算，典型年灌區用水量計算公式如下：

(1)

式中：W為典型年灌區灌溉用水量；Ai為典型年作物i的有效灌溉面積；Mi為典型年作物i的灌溉用水定額；η水為典型年灌區的灌溉水利用系數。

灌區主要作物2016年灌溉制度與2006年比較，在灌水次數、灌水日期變化不大，灌水定額略有減少，從而導致灌溉用水定額略有減少，在作物有效灌溉面積和灌區灌溉水利用系數不變的情況下，因灌溉制度優化而產生的灌區灌溉節水量可由下式計算得到：

(2)

與2006年比較，灌區主要作物2016年有效灌溉面積變化較大，在作物灌溉制度和灌區灌溉水利用系數不變的情況下，因灌溉面積及種植結構調整而產生的灌區灌溉節水量可由下式計算得到：

貓眼女人看著他。她用指頭沾點地上的血，舉到鼻子上聞了聞。她明白了什么。她說那你等著吧，我叫人送錢來！貓眼女人打個電話，一輛黑色的奔馳商務車開過來，嘎地一聲在他跟前停下。車上下來幾個穿黑衣黑褲手里拎鋼管的大漢，揪著大福的脖領子問那疼。大福手指指腰，鋼管就砸到腰上；大福手指指腿，鋼管就砸到腿上。直砸得他渾身青腫，跪在地上求饒才罷手。

(3)

灌區工程改造持續推進、灌溉管理水平提高使得渠系灌溉水利用系數明顯提升。在作物灌溉制度和作物有效灌溉面積不變的情況下，因灌區水利用系數而產生的灌區灌溉節水量可由下式計算得到：

(4)

(5)

(6)

2.5 用水量計算結果與分析

2.5.1 典型年灌區灌溉用水量計算

根據各種作物有效灌溉面積、灌溉用水定額計算得到了灌區各種作物灌溉用水量，見表3。

表3 漢延渠灌區典型年主要作物灌溉用水量計算表

查閱《漢延渠2005-2006年灌區續建配套節水改造項目可行性研究報告》和水資源管理局相關統計報表，2006年灌區灌溉水利用系數僅為0.366。依據寧夏水利科學研究院干渠渠系水利用系數測算成果，漢延渠灌區2016年渠系水利用系數為0.456，2012年無水利用系數測算及統計資料，灌溉水利用系數取2006年和2016年均值0.411，由此計算得到這三年的灌區用水量分別為6.09、4.66、3.61 億m3，而這三年灌區實際用水量分別為5.97、4.73、3.89 億m3，偏差分別為1.8%、1.5%、3%。

2.5.3 各種因素對灌溉節水量影響分析

利用公式(2)、(3)可以分別計算各種因素影響灌溉用水節水量，計算結果見表4。

表4 漢延渠灌區各影響因素灌溉用水節水量計算表

利用公式(4)～(6)可以分別計算渠系、干渠、支渠以下末級渠系水利用系數提升影響的灌區灌溉節水量，計算結果見表5。

表5 漢延渠灌區渠系水利用系數提升影響灌溉用水節水量分析計算表

3 結 論

通過分析灌溉制度、有效灌溉面積和種植結構、渠系改造對灌區用水量的影響，建立各影響因素與灌溉用水節水量數學模型，得出了3項因素節水量，結論如下：

(1)通過優化灌溉制度，合理分配生育期的灌水次數和灌溉定額，能有效減少灌區用水量，漢延渠灌區2016年較2006年通過優化灌溉制度實現灌溉節水3 363 萬m3。

(2)通過加大渠系工程改造、提高輸配水管理水平能不斷提升灌區渠系水利用系數，進而減少灌區用水量。漢延渠灌區渠系水利用系數由2006年0.366提升到2016年0.456，因此實現灌溉節水4 486 萬m3。其中干渠水利用系數由0.78提升到0.85，實現灌溉節水2 444 萬m3，支渠水利用系數由0.58提升到0.65，實現灌溉節水1 633 萬m3。

(3)灌溉面積的減少及合理優化種植結構對灌溉用水量減少作用明顯，漢延渠灌區2016年較2006年因灌溉面積的減少及合理優化種植結構實現灌溉節水10 983 萬m3，估算面積減少因素約占40%，合理優化種植結構對灌區節水意義較為顯著。

3項因素合計實現灌溉節水18 832 萬m3，計算結果較實際少約0.20 億m3，水利用系數提升節水計算結果也存在偏差，主要是因為進行節水量計算時采用線性方程計算，采取2006、2016年統計數據均值進行計算，一定程度上削弱了誤差影響，但因缺乏灌溉制度、水利用系數等部分基礎數據，且各年度作物種植結構及有效灌溉面積等數據統計與實際相比也有一定偏差。

3項因素對灌區灌溉用水節水權重分別為18%、24%和58%，由此可知，漢延渠灌區灌溉用水量減少最主要的原因是灌溉面積萎縮及種植結構調整，其次是渠系水利用系數提升，最后是優化灌溉制度。

除了灌溉制度、灌溉面積和種植結構、渠系狀況之外，管理水平也對灌區用水量起到了決定性作用，它對灌區用水量減少的影響綜合體現在灌溉制度優化、渠系工程改造、水資源配置調度、優化種植結構等環節和過程中。漢延渠灌區引黃灌溉條件便利，通過近20年的改造，灌排系統完善，灌溉面積和作物種植結構也趨于穩定。因此，今后單純從灌溉 制度、灌溉面積和種植結構、渠系狀況等方面進行農業灌溉節水，空間不大，更應該通過創新和規范來提升管理水平，努力發揮管理在以上三方面的綜合作用，向管理要水。

種植結構多樣化、用水需求多元化已成為漢延渠灌區農業灌溉最主要的特點，伴隨著灌區節水型社會建設和農業綜合改革深入推進，灌區供用水體制將會發生根本性變革。因此，灌區各級政府及水管部門應該切實履行管理職能，按照分區治水思路，把節水作為水利改革發展要務，積極引入先進節水思想創新管理理念，按照水利轉型升級和現代水利發展的目標規劃，加強頂層節水體制和政策研究設計，借助信息化手段提升管理水平，逐步建設計量精準化和控制自動化的節水型現代化灌區，以灌溉現代化促進農業現代化，為農業增效和農民增收提供水安全保障[4]。