新疆灌區農業節水潛力淺析

徐明金

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

我國是用水大戶，調查顯示，農業用水占我國總用水量的70%。相關研究表明，我國農業用水效率較低、用水比重大，存在巨大節水潛力[1- 3]。目前，關于節水潛力尚無普遍適用、統一完善的概念和定義。傳統意義上的節水潛力是指相對于未實施節水措施，實施多種或一種節水措施后某地區、行業(或作物)、單個部門所需水量的減少量[4- 6]。通過節水潛力分析研究，我國學者提出了適用于不同灌區的節水潛力計算方法，如秦長海[7]提出從取用節水和資源節水兩方面計算農業極限節水潛力；劉秋麗[8]通過面積定額法計算出山西省農業節水潛力；湯英[9]等對灌區農業節水潛力利用情景分析法，從田間系統和輸水系統的角度進行節水預測；崔秋利[10]基于FAO推薦的Penman-Monteith公式及有效降水計算公式估算了1957—2017年京津冀地區冬小麥、夏玉米的耗水量及水分利用效率以及冬小麥、夏玉米的節水潛力，提出可通過改善土壤條件，優化灌溉管理以及秸稈覆蓋等措施提高冬小麥及夏玉米的水分利用效率。

新疆灌區農業節水潛力計算及研究較少，本文以新疆庫山河灌區為例，充分考慮種植業結構調整、節水工程措施、水資源管理等因素，利用面積定額法計算灌區范圍內主要作物需水量，確定灌溉水利用系數及田間水利用系數。這不僅有利于提高水資源利用率，而且對認識新疆所采取節水效果、水資源開發潛力有重要作用。

1 研究區概況

1.1 灌區范圍及現狀用水情況

庫山河灌區位于新疆西南部，地處塔里木盆地西緣、帕米爾高原之東，庫山河自西南流向東北，流經克孜勒蘇柯爾克孜自治州的阿克陶縣、喀什地區的英吉沙縣和疏勒縣，最后消失于疏勒縣境內的布谷里沙漠，庫山河全長156.9km，多年平均年徑流量6.52億m3。流域涉及新疆喀什地區和克州兩地三縣20個鄉鎮，分為克州阿克陶縣灌區、喀什地區英吉沙縣灌區和疏勒縣灌區。灌區經濟以農業為主，作物以棉花、小麥、玉米、果樹為主，由于農業生產灌溉水平整體較低，灌區人民長期處于低收入的貧困水平。2016年灌區GDP為71.5億元，人均15541元，僅為新疆平均水平的38.3%。

現狀年庫山河灌區用水總量89270萬m3，其中農業用水量86182萬m3，占比96.5%；工業用水量891萬m3，占比1.0%；生活用水量2197萬m3，占比2.5%，灌區現狀年用水量結構如圖1所示。由此可見，庫山河灌區用水對象主要為農業，對灌區農業節水潛力展開分析對該區域的水資源管理和社會經濟發展具有重要意義。

表1 庫山河灌區現狀年農業用水指標和效率表

圖1 庫山河灌區現狀年用水結構示意圖

1.2 受水區現狀用水水平

根據庫山河灌區現狀年農業灌溉用水量和作物種植結構的調查統計，對農業灌溉綜合毛(凈)定額、灌溉水利用系數、渠系水利用系數、高效節水灌溉面積等用水指標和效率進行分析。

2016年灌區農業綜合凈灌溉定額333m3/畝，農業灌溉水利用系數0.44，渠系水利用系數0.52，節水灌溉面積18.33萬畝，高效節灌率為16.3%。庫山河灌區現狀年農業用水指標和效率見表1。

2016年全疆農業綜合畝均用水量593m3/畝，灌溉水利用系數0.53，庫山河灌區農業用水水平在全疆處于較低水平。但與鄰近水土條件、氣候條件、經濟發展水平等基本相當的南疆四地州對比，農業綜合灌溉定額屬中等偏上水平；灌溉水利用系數相對較低，有待于進一步提高；高效節水發展水平屬中等水平。庫山河灌區與南疆四地州對比見表2。

表2 庫山河灌區與南疆四地州農業用水水平對比表

2 農業節水潛力評價方法

本文在《新疆用水總量控制方案》和“三條紅線”基礎上，通過采取一系列的工程和非工程措施，根據地方近期可達的節水水平，從影響農業節水潛力的種植結構優化、田間管理技術措施以及工程措施等方面進行分析，提高灌溉水利用系數和減少灌溉用水量，據此估算農業節水潛力。

農業節水潛力分析應先確定庫山河灌區灌溉面積、農業種植業結構、灌溉水利用系數，計算現狀年與設計水平年農業需水量，節水潛力為設計水平年灌溉用水的直接減少量。

2.1 農業需水量

(1)

Wi=Ai×Ni

(2)

式中，W農—農業需水量，萬m3；Wi—各作物凈需水量，萬m3；η—灌溉水利用系數；Ai—作物灌溉面積，萬畝；Ni—作物灌溉凈定額， m3/畝。

2.2 農業節水潛力

通過工程節水措施分析預期可達的灌溉水有效利用系數；結合種植結構優化調整、田間管理技術進步，分析預期可達的灌溉定額；計算對應規劃年灌溉用水直接減少量，計算公式為：

ΔW農=ΔW渠系+ΔW田間

(3)

ΔW渠系=W田規/(η渠系規-η渠系現)

(4)

(5)

式中，ΔW農—農業節水潛力，萬m3；ΔW渠系、ΔW田間—渠系和田間節水潛力，萬m3；W田規—規劃年田間凈需水量，萬m3；η渠系規—規劃年渠系水利用系數；A規、A現—規劃和現狀年灌溉面積，萬畝；η田規—規劃年田間水利用系數；W規、W現—規劃年和現狀年農業凈需水量，萬m3。

3 庫山河灌區農業節水潛力分析

3.1 灌區灌溉面積

庫山河灌區現狀灌溉面積112.5萬畝，為落實自治區退地減水方案，根據自治區人民政府批復的《新疆用水總量控制方案》逐年退減灌溉面積計劃，庫山河灌區面積由現狀年112.5萬畝退減至規劃年98.06萬畝。

3.2 農業種植業結構

現狀庫山河灌區人均灌溉面積2.4畝，低于南疆四地州人均灌溉面積3.4畝，灌區人民在有限的水土資源條件下，通過推廣特色林果、蔬菜、瓜類等經濟作物，提高經濟作物比例，保障農民收入。庫山河灌區不同年份種植結構見表3。

表3 庫山河灌區不同年份種植結構

3.3 渠系水利用系數

現狀灌區渠系水利用系數為0.52，與GB 50288—2018《灌溉與排水工程設計標準》不低于0.55要求還有一定差距，說明灌區渠系水利用系數有提高潛力。規劃年根據灌區改造工程實施情況，按照各縣用水效率控制指標，提高渠系水利用系數，使渠系水利用系數達到0.64，減少渠道輸水損失，達到農田灌溉過程中節水效果，實現農業灌溉節水。庫山河灌區各級渠系水利用系數見表4。

表4 庫山河灌區各級渠系水利用系數表

3.4 田間水利用系數

庫山河灌區現狀年高效節水灌溉面積18.33萬畝，高效節灌率為16.3%。規劃年灌區大力發展高效節水面積至65.43萬畝，高效節灌率達到66.7%。通過提高節灌率，打通農業節水最后一公里，田間水利用系數由現狀0.84提高到0.90。庫山河灌區高效節灌率和田間水利用系數見表5。

表5 庫山河灌區高效節灌率和田間水利用系數表

3.5 現狀年灌區農業需水量

利用式(1)—(2)計算灌區農業需水量，結果見表6。

表6 庫山河灌區現狀年農業需水量統計表 單位：萬m3

3.6 農業節水潛力估算。

規劃年庫山河灌區灌溉面積98.06萬畝，利用上節計算結果及公式(1)—(5)計算可知：與現狀用水量相比，可實現農業灌溉節水量11814.1萬m3。庫山河灌區規劃年農業節水潛力詳見表7。

表7 庫山河灌區規劃年農業節水量統計表 單位：萬m3

4 結論

本文從渠系節水和田間節水兩方面分析庫山河灌區農業節水潛力，充分考慮灌區農業種植業結構調整、渠系防滲改造和高效節水面積推廣等因素，得出以下結論：庫山河灌區農業有一定節水潛力，與現狀年相比節水潛力為11814.1萬m3，占現狀灌區總用水的13.2%，由此可見，農業節水是庫山河灌區未來節水工作中的重點。渠系節水潛力為7452.3萬m3，占農業總節水潛力的63%，因此可以將渠系防滲改造仍然是灌區農業節水的方向；田間節水潛力為4361.8萬m3，占灌區農業節水潛力的37%，主要以發展高效節水為主。