2019年廣西農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析研究

蘇冬源，吳衛(wèi)熊，馮世偉

（廣西壯族自治區(qū)水利科學(xué)研究院 廣西水工程材料與結(jié)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南寧 530023）

農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)是指灌入田間被作物利用的水量（凈灌溉水量）與灌區(qū)從水源取用的灌溉總水量（毛灌溉水量）的比值，是衡量從水源取水到田間作物利用過(guò)程中灌溉水利用程度的一個(gè)重要指標(biāo)，能綜合反映灌區(qū)自然條件、工程設(shè)施狀況、用水管理水平、灌溉技術(shù)水平等。2012年，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)作為評(píng)價(jià)灌溉用水效率的重要指標(biāo)，被列入國(guó)家實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度考核用水效率紅線的重要考核指標(biāo)之一，測(cè)算工作在廣西各市范圍內(nèi)全面鋪開(kāi)，多年測(cè)算成果為廣西水資源管理和研究、農(nóng)作物用水定額制定和用水規(guī)律分析提供了依據(jù)。

1 測(cè)算方法及技術(shù)路線

（1）測(cè)算方法。廣西灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算方法采用“首尾測(cè)算分析法”，即直接測(cè)定田間凈灌溉水量與灌區(qū)從水源取用的毛灌溉用水量，兩者比值即為灌溉水有效利用系數(shù)。該方法與傳統(tǒng)通過(guò)測(cè)定各級(jí)渠道水利用系數(shù)、田間水利用系數(shù)來(lái)計(jì)算灌溉水有效利用系數(shù)值的方法不同，不必測(cè)定灌溉水輸、配水過(guò)程中的損失，工作量小，易于操作，測(cè)算結(jié)果可靠性較高。

（2）技術(shù)路線。在廣西范圍內(nèi)選取具有代表性樣點(diǎn)灌區(qū)，配套量測(cè)設(shè)備、觀測(cè)人員，測(cè)定樣點(diǎn)灌區(qū)主要作物典型田塊畝均凈灌溉水量、樣點(diǎn)灌區(qū)凈灌溉水量和毛灌溉水量，收集灌區(qū)灌溉面積、渠系信息、節(jié)水改造投資等基礎(chǔ)資料，測(cè)算分析樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)值；在樣點(diǎn)灌區(qū)測(cè)算結(jié)果基礎(chǔ)上，計(jì)算大、中、小型灌區(qū)系數(shù)平均值；然后，點(diǎn)面結(jié)合，對(duì)大、中、小型灌區(qū)系數(shù)值按其毛灌溉水量加權(quán)平均，計(jì)算廣西灌溉水有效利用系數(shù)值。

2 灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算過(guò)程和方法

2.1 樣點(diǎn)灌區(qū)選擇及代表性分析

樣點(diǎn)灌區(qū)的選取需綜合考慮灌區(qū)數(shù)量、規(guī)模與水源類型、灌溉面積、工程現(xiàn)狀與管理水平、節(jié)水改造投資等因素，同時(shí)，考慮地理位置分布、地形地貌、土壤類型、作物種植結(jié)構(gòu)等因素。

（1）數(shù)量方面。11 個(gè)大型灌區(qū)全部選取，中型灌區(qū)分3 個(gè)檔次（1～5 萬(wàn)畝、5～15 萬(wàn)畝、15～30 萬(wàn)畝）分別選取，共選取中型樣點(diǎn)灌區(qū)62 個(gè)，數(shù)量占比18.51%，小型樣點(diǎn)灌區(qū)150 個(gè)，數(shù)量占比0.30%；小型灌區(qū)中的高效節(jié)水灌溉面積占全區(qū)灌溉面積15%以上，對(duì)系數(shù)測(cè)算結(jié)果影響不可忽略，選取5個(gè)高效節(jié)水灌區(qū)作為樣點(diǎn)灌區(qū)。

（2）水源類型方面。包含提水、自流引水兩種水源類型。

（3）地形地貌方面。樣點(diǎn)灌區(qū)地形地貌以丘陵為主，其次為山區(qū)、平原。

（4）土壤類型以壤土為主，作物種類以水稻為主，并包含甘蔗、蔬菜、玉米等作物。

（5）工程設(shè)施現(xiàn)狀、管理水平方面。樣點(diǎn)灌區(qū)均包含“好、中、差”3個(gè)水平。

（6）節(jié)水改造投資方面。樣點(diǎn)灌區(qū)畝均節(jié)水改造投資與全區(qū)灌區(qū)畝均節(jié)水改造投資平均水平相當(dāng)。

2019 年，全區(qū)共選取223 個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)，樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量及分布均占全區(qū)各規(guī)模與類型灌區(qū)一定比例，選取的樣點(diǎn)灌區(qū)能代表全區(qū)灌區(qū)的整體情況和系數(shù)水平，具有代表性（見(jiàn)表1和表2）。

表1 廣西灌區(qū)和選取樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量、面積、節(jié)水面積情況表

表2 廣西灌區(qū)與樣點(diǎn)灌區(qū)選取代表性分析表

2.2 典型田塊選擇及代表性分析

典型田塊要求選取邊界清楚、形狀規(guī)則、面積適中的田塊，同時(shí)綜合考慮作物種類、灌溉方式、土壤類型、土地平整、畦田規(guī)格、地下水埋深等方面的代表性。典型田塊作為田間凈灌溉水量觀測(cè)的樣本點(diǎn)應(yīng)盡量分散分布，不能過(guò)于集中或距離較近，不宜靠近渠道干支渠或農(nóng)渠末端；典型田塊進(jìn)出水口獨(dú)立、田埂不宜過(guò)低，以免在灌溉期間與相鄰田塊發(fā)生用水交叉，影響灌區(qū)測(cè)算成果的準(zhǔn)確性；當(dāng)?shù)湫吞飰K的種植結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，應(yīng)及時(shí)更換。大型樣點(diǎn)灌區(qū)在上中下游每種主要作物分別選取3個(gè)典型田塊，中型樣點(diǎn)灌區(qū)上下游每種主要作物分別選取3 個(gè)典型田塊，小型樣點(diǎn)灌區(qū)每種主要作物至少選取2個(gè)典型田塊。2019年，廣西全區(qū)各類型樣點(diǎn)灌區(qū)共選取典型田塊1049 塊，包括水稻741 塊、甘蔗116 塊、蔬菜21 塊、果樹(shù)及其他作物171 塊，均為廣西主要農(nóng)作物。

2.3 灌溉水量測(cè)定方法

（1）水源毛灌溉水量的測(cè)定。渠道量水方法主要有流速儀法、標(biāo)準(zhǔn)斷面法、建筑物量水法、特設(shè)量水設(shè)備法、自動(dòng)化量水法等，有條件的灌區(qū)優(yōu)先采用高精度測(cè)量方法。管道量水方法主要有水表、流量計(jì)等量水設(shè)備計(jì)量法。采用流速儀法、標(biāo)準(zhǔn)斷面法量水時(shí)要求渠道斷面規(guī)則、渠段順直、水流均勻。

（2）典型田塊凈灌溉水量的測(cè)定。有水層田塊灌水量主要采用田間水位尺計(jì)量，具備條件的采用水表、流量計(jì)等設(shè)備計(jì)量，無(wú)水層田塊土壤含水率測(cè)定方法有時(shí)域反射儀（TDR）、頻率反射儀（FDR）和烘干法等。

2.4 灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析方法

（1）樣點(diǎn)灌區(qū)系數(shù)值測(cè)算。首先，通過(guò)在各典型田塊內(nèi)布置水量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，安裝量測(cè)設(shè)備，測(cè)定田塊畝均凈灌溉用水量，旱作物、水稻濕潤(rùn)灌溉采用土壤含水率測(cè)定法，有水層水稻灌溉采用水深量測(cè)法；然后，根據(jù)典型田塊年畝均凈灌溉水量、樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉面積，計(jì)算樣點(diǎn)灌區(qū)年凈灌溉用水總量；通過(guò)在水源渠首安裝測(cè)流設(shè)備，實(shí)測(cè)獲取樣點(diǎn)灌區(qū)全年從各種水源取用的毛灌溉用水總量，計(jì)算樣點(diǎn)灌區(qū)系數(shù)值。計(jì)算公式如下：

式中：η樣為樣點(diǎn)灌區(qū)系數(shù)值；W樣凈、W樣毛分別為樣點(diǎn)灌區(qū)凈灌溉用水量、毛灌溉用水量，m3。

（2）全區(qū)系數(shù)平均值計(jì)算。采用算數(shù)平均法、水量加權(quán)平均法計(jì)算大、中、小型灌區(qū)系數(shù)平均值，再根據(jù)不同規(guī)模灌區(qū)毛灌溉水量權(quán)重，推算廣西全區(qū)系數(shù)平均值。計(jì)算公式如下：

式中：η、η大、η中、η小分別為全區(qū)、大、中、小型灌區(qū)系數(shù)平均值，λ大、λ中、λ小分別為大、中、小型灌區(qū)的水量權(quán)重。

3 測(cè)算結(jié)果及合理性分析

3.1 測(cè)算結(jié)果

根據(jù)式（1）、（2），計(jì)算分析得到2019年廣西大、中、小型灌區(qū)系數(shù)值分別為0.507、0.471、0.515，廣西全區(qū)系數(shù)值為0.501。測(cè)算成果見(jiàn)表3。

2016-2019年廣西及各規(guī)模與類型灌區(qū)系數(shù)測(cè)算值、畝均投資情況見(jiàn)表4。

表3 2019年廣西農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算成果

表4 2016-2019年全區(qū)及大中小型灌區(qū)投資及系數(shù)情況表

3.2 測(cè)算結(jié)果分析

測(cè)算結(jié)果顯示：大型、小型灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)高于中型灌區(qū)，小型灌區(qū)系數(shù)逐年提升并高于大型灌區(qū)。近年來(lái)大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造發(fā)展較快，系數(shù)值較高，但投資也在逐年減少，系數(shù)呈逐年微增長(zhǎng)并趨穩(wěn)定趨勢(shì)；中型灌區(qū)歷年節(jié)水改造投入較少，節(jié)水水平相對(duì)較低；小型灌區(qū)隨著高效節(jié)水灌溉面積推廣，節(jié)水效果顯著，系數(shù)值逐年提高并高于大型灌區(qū)，且小型灌區(qū)輸水渠道較短，損失水量少，系數(shù)值相對(duì)較高。從系數(shù)值歷年變化情況看，廣西通過(guò)灌區(qū)節(jié)水改造工程投資，對(duì)渠道進(jìn)行襯砌防滲、清淤，大力推進(jìn)高效節(jié)水灌溉、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，發(fā)展農(nóng)田水利連片規(guī)模化建設(shè)，對(duì)農(nóng)田水利設(shè)施進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，節(jié)水灌溉效果逐年顯現(xiàn)，系數(shù)呈逐年提高趨勢(shì)；從提高幅度來(lái)看，雖然系數(shù)值逐年提高，但由于投資規(guī)模有限，灌區(qū)新增防滲渠系與渠道老壞破損同時(shí)存在，系數(shù)值提高幅度逐年降低；從全國(guó)來(lái)看，與節(jié)水先進(jìn)省份以及缺水地區(qū)相比，廣西系數(shù)值仍處于較低水平，主要是因?yàn)閺V西降雨量大，水資源較豐富，節(jié)水灌溉發(fā)展規(guī)模相對(duì)小，節(jié)水灌溉面積占比較相對(duì)低，用水管理水平以及農(nóng)戶節(jié)水意識(shí)都不夠高。總體上，測(cè)算結(jié)果反映了廣西當(dāng)前灌溉用水效率的實(shí)際情況。