都江堰灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算研究

吳鑒 李志琴 王君勤 康小平

1.四川省都江堰管理處，四川成都

2.四川省水利科學(xué)研究院，四川成都

農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)是評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)灌溉用水效率的重要指標(biāo)，是最嚴(yán)格水資源管理 “三條紅線(xiàn)” 的考核指標(biāo)之一，是灌區(qū)水利工程建設(shè)及用水管理的基本參數(shù)，也是區(qū)域水資源合理配置和制定節(jié)水灌溉發(fā)展宏觀決策的依據(jù)。都江堰灌區(qū)作為四川省省級(jí)樣點(diǎn)灌區(qū)，同時(shí)也是國(guó)內(nèi)外知名的超大型灌區(qū)，2019 年，其農(nóng)業(yè)灌溉用水量為45.28 億m3，占全省當(dāng)年農(nóng)業(yè)用水總量的29.30%，農(nóng)業(yè)灌溉用水量較大。合理真實(shí)的農(nóng)田灌溉水有效利用水系數(shù)將為都江堰灌區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)水工作提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。根據(jù)水利部2016 年12 月印發(fā)的《全國(guó)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則》（下文簡(jiǎn)稱(chēng)《細(xì)則》）和四川省相關(guān)文件精神要求，采用首尾測(cè)算分析法對(duì)灌區(qū)的現(xiàn)狀灌溉水有效利用系數(shù)進(jìn)行測(cè)算分析[1-4]。結(jié)合各年度測(cè)算情況，歸納梳理出都江堰灌區(qū)農(nóng)田灌水有效利用系數(shù)測(cè)算分析的具體測(cè)算方案，為測(cè)算分析工作提供參考。

1 灌區(qū)基本情況

都江堰灌區(qū)水資源總量為290 億m3，有效灌溉面積為69.17 萬(wàn)hm2，設(shè)計(jì)灌溉面積為98.60 萬(wàn)hm2，灌溉保證率為90%，復(fù)種指數(shù)233%。都江堰灌區(qū)的渠系復(fù)雜，建筑物眾多，包括干渠、分干渠、支渠和末級(jí)渠系，及其相關(guān)水工建筑物。灌區(qū)水資源管理按照《四川省都江堰水利工程管理?xiàng)l例》 的規(guī)定實(shí)行 “水權(quán)集中、統(tǒng)一調(diào)度、分級(jí)管理” 的原則，共分為6個(gè)管理處，分別為人民渠一處、人民渠二處、東風(fēng)渠管理處、外江管理處、黑龍灘管理處和龍泉山管理處。多年來(lái)，灌區(qū)通過(guò)續(xù)建配套與節(jié)水改造，提高了灌區(qū)工程的輸水效率，降低了輸水損失，增強(qiáng)了抵御自然災(zāi)害的能力。

2 測(cè)算分析過(guò)程

2.1 測(cè)算技術(shù)路線(xiàn)

依據(jù)《細(xì)則》，首先，分別在都江堰灌區(qū)6個(gè)分處選取足夠數(shù)量的典型田塊；然后，測(cè)算分析典型田塊的年畝均凈灌溉用水量，進(jìn)而分析計(jì)算樣點(diǎn)灌區(qū)年凈灌溉用水量；最后，用樣點(diǎn)灌區(qū)年凈灌溉用水量除以年毛灌溉用水量即為樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)。樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算流程見(jiàn)圖1。

圖1 都江堰灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算流程

2.2 典型田塊選擇

根據(jù)《細(xì)則》 要求，典型田塊應(yīng)邊界清楚、形狀規(guī)則、面積適中；綜合考慮作物種類(lèi)、灌溉方式、畦田規(guī)格、地形、土地平整程度、土壤類(lèi)型、灌溉制度與方法、地下水埋深等方面的代表性；有固定的進(jìn)水口和排水口（一般來(lái)說(shuō)，水稻在灌溉過(guò)程中不排水，將排水作為特殊情況考慮，不選串灌串排的田塊）；配備量水設(shè)施。對(duì)于播種面積超過(guò)灌區(qū)總播種面積10%以上的作物種類(lèi)，須分別選擇典型田塊。大型灌區(qū)應(yīng)至少在上、中、下游有代表性的斗渠控制范圍內(nèi)分別選取，每種需觀測(cè)的作物種類(lèi)至少選取3 塊典型田塊。在綜合考慮6 個(gè)管理處的作物種植結(jié)構(gòu)和灌溉用水情況等因素后，2019年都江堰灌區(qū)共選擇了42 塊典型田塊。典型田塊分布情況見(jiàn)表1，各作物實(shí)際灌溉面積見(jiàn)表2。

表1 都江堰灌區(qū)2019年典型田塊數(shù)量統(tǒng)計(jì) 單位：塊

表2 都江堰灌區(qū)2019年作物實(shí)際灌溉面積統(tǒng)計(jì)單位：hm2

2019 年，都江堰灌區(qū)的實(shí)際灌溉面積為69.17 萬(wàn)hm2，主要作物油菜灌溉面積占總實(shí)際灌溉面積的14.33%， 小麥占12.00%，水稻占55.18%，其他占18.49%，都江堰灌區(qū)的典型田塊選擇較為合理。

2.3 典型田塊畝均凈灌溉用水量觀測(cè)與分析方法

根據(jù)《細(xì)則》 要求，典型田塊畝均凈灌溉用水量?jī)?yōu)先采用直接量測(cè)法測(cè)量。暫不具備實(shí)測(cè)條件的也可采用觀測(cè)分析法。具體方法參見(jiàn)圖2。

圖2 典型田塊年畝均凈灌溉用水量觀測(cè)與分析方法示意圖

1） 直接量測(cè)法：在每次灌水前后按《SL 13-2004灌溉試驗(yàn)規(guī)范》 有關(guān)規(guī)定[5]，觀測(cè)典型田塊內(nèi)不同作物年內(nèi)相應(yīng)生育期內(nèi)計(jì)劃濕潤(rùn)層的土壤質(zhì)量含水率或體積含水率（或田間水層變化），計(jì)算該次畝均凈灌溉用水量，得出該典型田塊不同作物種類(lèi)的年畝均凈灌溉用水量。

2） 觀測(cè)分析法：在灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算過(guò)程中，判斷充分灌溉還是非充分灌溉是準(zhǔn)確獲得典型田塊年畝均凈灌溉用水量的前提條件。首先，觀測(cè)實(shí)際進(jìn)入典型田塊田間的年畝均灌溉用水量，再根據(jù)當(dāng)年氣象資料、作物種類(lèi)等情況，依據(jù)水量平衡原理計(jì)算典型田塊某種作物當(dāng)年的凈灌溉定額。然后，對(duì)二者比較進(jìn)行判斷，得出典型田塊年畝均凈灌溉用水量。

2.4 凈灌溉用水總量計(jì)算

根據(jù)2.3節(jié)的方法得出，某種作物典型田塊的年畝均凈灌溉用水量w田凈，計(jì)算某灌區(qū)同區(qū)域或同種灌溉類(lèi)型第i種作物的年凈灌溉用水量，計(jì)算公式如下：

式中：wi——樣點(diǎn)灌區(qū)同片區(qū)或同灌溉類(lèi)型第i種作物的畝均凈灌溉用水量，m3/畝；

w田凈l——同片區(qū)或同灌溉類(lèi)型第i種作物第l個(gè)典型田塊畝均凈灌溉用水量，m3/畝；

A田l——同片區(qū)或同灌溉類(lèi)型第i種作物第l個(gè)典型田塊灌溉面積，畝；

N——同片區(qū)或同灌溉類(lèi)型第i種作物典型田塊數(shù)量，塊。

2.5 年毛灌溉用水總量計(jì)算

灌區(qū)毛灌溉用水總量W毛是指灌區(qū)全年從水源（一個(gè)或多個(gè)） 取用的用于農(nóng)田灌溉的總水量，該水量應(yīng)通過(guò)實(shí)測(cè)確定。樣點(diǎn)灌區(qū)年毛灌溉用水總量的計(jì)算公式如下：

式中：W樣毛——樣點(diǎn)灌區(qū)年毛灌溉用水總量，m3；W樣毛i——樣點(diǎn)灌區(qū)第i個(gè)水源取水量，m3；n——樣點(diǎn)灌區(qū)水源數(shù)量，個(gè)。

都江堰灌區(qū)2019年凈灌溉用水量、毛灌溉用水量測(cè)算成果如表3所示。

表3 都江堰灌區(qū)2019年凈灌溉用水量、毛灌溉用水量測(cè)算成果單位：萬(wàn)m3

2.6 首尾測(cè)算分析法計(jì)算灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)

樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：n樣——樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)；

W樣凈——樣點(diǎn)灌區(qū)凈灌溉用水量，m3；

W樣毛——樣點(diǎn)灌區(qū)毛灌溉用水量，m3。

2019年都江堰灌區(qū)凈灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算成果見(jiàn)表4。

表4 2019年都江堰灌區(qū)凈灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算成果

3 結(jié)果與分析

從表5 可以看出，都江堰灌區(qū)2019 年的灌溉水有效利用系數(shù)與2018 年比較減小了0.002，與2015 年相比增加了0.019。都江堰灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)總體呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)，但在2019 年略微下降。畝均毛灌溉用水量在總體上呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，2015～2019年都江堰灌區(qū)測(cè)算成果對(duì)比分析見(jiàn)圖3。

表5 2015～2019年都江堰灌區(qū)測(cè)算成果對(duì)比分析

圖 3 2015～2019年都江堰灌區(qū)測(cè)算成果對(duì)比分析

1） 都江堰灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)成果合理性分析。一方面，近幾年都江堰灌區(qū)大力進(jìn)行作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整。都江堰灌區(qū)覆蓋成都、德陽(yáng)、綿陽(yáng)、內(nèi)江、眉山、樂(lè)山、遂寧7 市的39個(gè)縣，是四川省主要經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶。隨著全省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，傳統(tǒng)的種植模式正在發(fā)生變化，例如成都市溫江區(qū)、龍泉驛區(qū)、雙流縣等由傳統(tǒng)作物種植轉(zhuǎn)變?yōu)楦吒郊又到?jīng)濟(jì)作物（如獼猴桃和桃子等） 種植，隨著高附加值經(jīng)濟(jì)作物種植面積不斷擴(kuò)大，改變了原有的耕作、間作和輪作模式，增加了高效節(jié)水灌面的比例，導(dǎo)致近幾年灌溉水有效利用系數(shù)有較大提高。另一方面，近幾年都江堰灌區(qū)加大了灌區(qū)渠系整治和信息化建設(shè)投入，同時(shí)隨著國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施和完善，都江堰灌區(qū)渠系計(jì)量條件得到進(jìn)一步改善，使得渠道輸水損失減少和渠首計(jì)量精度提高，毛灌溉用水量得以大大降低，灌溉水有效利用系數(shù)有較大提高。

2019 年，水利部門(mén)的部分業(yè)務(wù)劃分到了農(nóng)業(yè)部門(mén)，例如高效節(jié)水灌溉工程等，導(dǎo)致都江堰灌區(qū)節(jié)水工程投資較2018 年灌溉水有效利用系數(shù)減少較多。受此影響，2019 年的灌溉水有效利用系數(shù)較2018年略有降低。

2） 都江堰灌區(qū)畝均毛灌溉水量變化原因。都江堰灌區(qū)的畝均毛灌溉水量逐年下降，原因在于習(xí)近平主席于2014 年3 月14日在我國(guó)水安全問(wèn)題發(fā)表重要講話(huà)提出 “節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力” 的十六字治水方針后，灌區(qū)加強(qiáng)了節(jié)水工作力度，加大了渠系整治和信息化建設(shè)方面的資金和人力的投入，不僅改善了渠系水自動(dòng)監(jiān)測(cè)和計(jì)量的水平，提高了毛灌溉水量的計(jì)量精度，而且大大降低了渠系漏損率，減少了毛灌溉用水，使近年都江堰灌區(qū)的畝均毛灌溉用水量開(kāi)始下降。

4 結(jié)論及建議

以《細(xì)則》 為理論指導(dǎo)，結(jié)合都江堰灌區(qū)的水利工作經(jīng)驗(yàn)，在全灌區(qū)范圍內(nèi)開(kāi)展了農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的測(cè)算分析工作。整個(gè)測(cè)算分析過(guò)程科學(xué)合理，計(jì)算過(guò)程和成果嚴(yán)謹(jǐn)真實(shí)，測(cè)得的2019 年都江堰灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.468，基本符合灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水工作現(xiàn)狀。在總結(jié)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)和問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出以下幾點(diǎn)建議。

一是強(qiáng)化測(cè)算分析工作隊(duì)伍建設(shè)，建議都江堰灌區(qū)不定期組織相關(guān)人員參與農(nóng)田灌溉水有效利系數(shù)測(cè)算分析技術(shù)培訓(xùn)，為測(cè)算分析提供長(zhǎng)期的技術(shù)支持。

二是加強(qiáng)灌溉用水有效利用系數(shù)測(cè)算分析工作重要性宣傳，爭(zhēng)取上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的重視和支持。

三是進(jìn)一步加大資金投入，在合理利用當(dāng)前灌區(qū)信息化和水資源監(jiān)控設(shè)施的基礎(chǔ)上，繼續(xù)添置完善測(cè)量設(shè)施，加強(qiáng)對(duì)典型田塊量水設(shè)施的配備。

四是抓緊完善都江堰灌區(qū)的測(cè)算分析工作方案，針對(duì)都江堰灌區(qū)測(cè)算工作的復(fù)雜性，從組織領(lǐng)導(dǎo)、儀器設(shè)備維護(hù)、典型田塊及各級(jí)典型渠道選擇、測(cè)算技術(shù)力量的責(zé)任靠實(shí)及培訓(xùn)、測(cè)算分析數(shù)據(jù)和資料的測(cè)算收集整理以及成果整編上報(bào)等各個(gè)方面，明確時(shí)間節(jié)點(diǎn)、責(zé)任到人，有序開(kāi)展測(cè)算分析工作。