新疆灌區灌溉水利用系數變化分析

阿依努爾·米吉提

（新疆喀什噶爾河流域管理局，新疆 喀什 844000）

灌溉水利用系數是田間灌溉且被作物利用的水量與灌溉可用總水量之比，主要受灌區灌溉條件、用水工程現狀、管理水平、灌溉技術等影響，灌溉水利用系數常常作為科學評價灌溉用水利用效率、節水灌溉技術水平、節水潛力、農業灌溉管理水平等的基本指標[1]。對各灌區農業灌溉工程建設與管理水平的提升具有現實意義。

1 研究概況

新疆位于我國西部地區，降水稀少，蒸發強度大，干旱指數高，生態脆弱，屬于我國典型的純灌溉性農業區域。近年來在國家政策的大力支持下，新疆地區節水灌溉農業發展速度加快，水資源利用效率不斷提升。

研究資料涵蓋2000 年～2012 年期間新疆80 個縣引水渠灌區、自流灌區、井提水灌區和高效節水灌區的灌溉水量、灌水面積、用水定額、節水規模以及渠系防滲等數據。2009 年8 月～10 月選擇上述灌區中的干渠、支渠、斗渠和農渠渠道數千個觀測斷面展開渠系水利用系數現場測試工作，考慮到北疆、南疆和東疆區域在灌溉工程和水文地質方面存在差異，2011 年6 月～8月選擇10 個典型灌溉區域內的100 處樣本進行田間水利用系數實地測驗，形成6700 組觀測數據作為本研究的基礎性資料。結合灌溉工程的具體型式和灌溉模式，對新疆引水渠灌區、自流灌區、井提水灌區和高效節水灌區的灌溉水利用系數進行研究，并分析新疆灌區灌溉水綜合利用系數及其主要影響因素與邊際效應。

2 研究方法

2.1 渠系水利用系數

式中：η渠系為渠系水利用系數；W出為渠系固定輸出水量總和（m3）；W入為渠系引入水量總和（m3）；η干為干渠渠系水利用系數；η支為支渠渠系水利用系數；η斗為斗渠渠系水利用系數；η農為農渠渠系水利用系數。

2.2 田間水利用系數

式中：η田間為田間水利用系數；m 為灌水定額設計值（m3/hm2）；A 為末級渠道所控灌溉面積實際值（hm2）；W 為末級渠道所釋放灌溉水量（m3）。

2.3 灌溉水利用系數

灌溉渠系分為防滲渠和土渠，根據（4）式計算防滲渠與土渠的灌溉渠系灌溉水利用系數：

式中：ηf干～農為干～農渠防滲渠系水利用系數；fs 為干～農渠防滲渠長度占比；ηt干～農為干～農渠未防滲土渠渠系水利用系數。

3 研究結果

3.1 不同灌區灌溉水利用系數

根據水源類型將新疆灌區灌溉類型劃分為五種：包含溝、畦灌溉類型的輸水渠系自流灌區以及井提水自流灌區，自壓式和加壓式半固定噴灌、加壓式噴灌機噴灌和移動噴灌，自壓式和加壓式微噴滴灌、膜下滴灌及滲灌，自壓式和加壓式低壓管道輸水灌溉。

利用（1）～（4）式的檢測方法測得新疆各灌區干渠、支渠、斗渠和農渠的渠系水利用系數和田間水利用系數，并按照地級灌區、南疆、東疆和北疆灌區等行政區劃，加權分析各個灌區的基礎水量計算成果，所得2010 年新疆引水渠灌區、自流灌區、井提水灌區和高效節水灌區灌溉水利用系數計算結果如表1～表3 所示。計算結果顯示，新疆自流灌區、井提水灌區、噴灌、微灌及低壓管道灌溉形式的灌溉水利用系數分別為0.369、0.678、0.794、0.872 和0.798，從大到小依次為：微灌＞低壓管道灌溉＞噴灌＞井提水灌溉＞自流灌溉。

表1 2010 年新疆自流灌區灌溉水利用系數計算結果

表2 2010 年新疆井提水灌區灌溉水利用系數計算結果

表3 2010 年新疆高效節水灌區灌溉水利用系數計算結果

3.2 新疆灌區灌溉水綜合利用系數

綜合考慮包含溝、畦灌溉類型的輸水渠系自流灌區以及井提水自流灌區，自壓式和加壓式半固定噴灌、加壓式噴灌機噴灌和移動噴灌，自壓式和加壓式微噴滴灌、膜下滴灌及滲灌，自壓式和加壓式低壓管道輸水灌溉等五種新疆灌區灌溉用水類型并形成綜合性新疆灌區灌溉系統[2]。以上述各類型灌區灌溉用水量Wi為權重進行加權平均，求得新疆灌區灌溉水綜合利用系數：

式中：η綜合為新疆灌區灌溉水綜合利用系數；η1為自流灌區灌溉水利用系數；η2為井提水灌區灌溉水利用系數；η3為高效節水灌區灌溉水利用系數；wi為自流灌區、井提水灌區和高效節水灌區灌溉引水量（m3）。

結合表1～3 新疆灌區2010 年不同灌溉模式的灌溉水利用系數和灌溉水量的計算結果，按照式（5）求得出新疆灌區灌溉水綜合利用系數，繪出2000 年～2012 年各年的灌溉水綜合利用系數變化曲線，如圖1 所示：新疆灌區灌溉水綜合利用系數逐年增大，從2000 年的0.389 增大到2012 年的0.507，增加25.7%，南疆灌區從0.338 增加到0.465，增加37.6%；東疆灌區從0.538 增加到0.692，增大28.6%；北疆灌區從0.448 增加到0.579，增大29.2%。新疆灌區灌溉水綜合利用系數從大到小依次為：東疆灌區＞北疆灌區＞南疆灌區，增加幅度從大到小依次為：南疆灌區＞北疆灌區＞東疆灌區。上述結論與新疆各灌區實際發展水平基本相符，南疆灌區灌溉水綜合利用系數增加幅度最為明顯，所以南疆灌區灌溉農業發展空間更大。

圖1 新疆各個灌區灌溉水綜合利用系數

3.3 灌溉水綜合利用系數的影響

影響灌區灌溉水綜合利用系數的因素包括渠道防滲長度X1、井提水灌溉面積X2、高效節水灌溉面積X3、常規灌溉面積X4、渠道防滲系數X5，采用逐步回歸方式，進行影響因素X1～X5與灌溉水綜合利用系數的擬合分析，擬合效果良好且主要為正效應。借助柯布道格拉斯模型構建如下函數關系：

式中：Y 為產出；xn為要素投入量；α、bn為待定常數。

在式（6）中對xn求Y 的偏導數，則得：

進而：

結合新疆各灌區2000 年～2012 年渠道防滲長度X1、井提水灌溉面積X2以及灌溉水綜合利用系數等數據，并利用式（7）得出柯布道格拉斯擬合方程，結果如表4。

表4 灌溉水綜合利用系數擬合方程

式中，R0.05=0.523，R0.01=0.660，F0.05=3.82，F0.01=7.66，灌溉水綜合利用系數擬合方程的相關系數和方差均通過檢驗，柯布道格拉斯回歸方程擬合效果良好[3]，考慮到灌區實際和投入因素發展變化的影響，采用表4 所列回歸方程進行新疆灌區灌溉水綜合利用系數分析。根據式（7）分析Xi影響ηi的邊際效應結果如表5 所示，新疆灌區防滲渠道長度每增加1 km，ηi將提高0.0067；井提水灌溉面積每增加1 hm2，ηi提高0.0011；南疆灌區防滲渠道長度每增加1 km，ηi將提高0.0487，井提水灌溉面積每增加1 hm2，ηi提高0.0967；東疆灌區防滲渠道長度每增加1 km，ηi將提高0.5005，井提水灌溉面積每增加1 hm2，ηi提高0.0512；北疆灌區防滲渠道長度每增加1 km，ηi將提高0.0954，井提水灌溉面積每增加1 hm2，ηi提高0.0258。由此可見，農業灌溉系統的優化對渠道防滲和灌溉節水都具有積極作用，且對新疆灌區灌溉水綜合利用系數提升效果明顯，尤其是南疆與東疆灌區更加顯著。

表5 新疆各灌區影響要素對灌溉水綜合利用系數的影響效應

4 結論

2012 年新疆各灌區自流灌溉、井提水灌溉、噴灌、微灌及低壓管道灌溉等模式灌溉水綜合利用系數為0.507，與2000 年的0.389 相比提高了25.7%，其中南疆灌區增加效果最為顯著，該結論與新疆灌區灌溉工程建設和節水灌溉模式的發展基本一致。同時借助柯布道格拉斯模型對灌溉水利用系數的主要影響因素及各因素的具體影響程度加以定量計算，充分表明，新疆灌區灌溉水利用系數的不斷提升，與近年來其渠道防滲、高效節水灌溉技術的推廣有密切關系，灌溉條件及工程的管理水平等均對灌區灌溉水利用系數也有一定程度的影響，所以必須加強灌溉工程建設與管理，切切實實提升新疆灌區農業灌溉管理水平。