甘肅省棉花灌溉用水定額修訂與評估

馬 榕 王啟優(yōu) 雒 儀,3

(1.甘肅省定西水文站,甘肅 定西 743000;2.甘肅省水文站,甘肅 蘭州 730030;3.甘肅省平?jīng)鏊恼?甘肅 平?jīng)?744000)

用水定額的制定和修訂是水資源管理、依法治水的基礎性工作,而用水定額的控制管理是實行最嚴格水資源管理制度的重要手段,是節(jié)水型社會建設的核心任務之一,更是實現(xiàn)用水總量控制的關鍵。科學合理地編制用水定額,全面加強用水定額管理,對建立科學用水指標、節(jié)水型社會規(guī)劃具有重要的現(xiàn)實意義[1]。用水定額是一個動態(tài)指標,應具有先進性、科學性、因地制宜性,它的制定和修訂是一個動態(tài)過程,一般根據(jù)各地區(qū)自然地理條件、社會經(jīng)濟發(fā)展水平的變化定期修訂完善用水定額[2]。甘肅省行業(yè)用水定額標準首次發(fā)布于2004年,之后的2011年、2017年開展過2次修編,《甘肅省行業(yè)用水定額(2023版)》于2023年3月1日起實行[3]。本文結合《甘肅省行業(yè)用水定額(2023版)》修編工作,詳細闡明甘肅省棉花灌溉用水定額的修訂技術思路和方法,并對定額值進行綜合評估分析。

1 棉花種植概況

甘肅省地處黃河上游,地域廣闊,在國家農(nóng)業(yè)種植結構的不斷調(diào)整和大力發(fā)展區(qū)域特色農(nóng)作物的大背景下,甘肅省棉花種植主產(chǎn)區(qū)集中在河西走廊內(nèi)陸河的中下游,例如酒泉市的敦煌、瓜州、金塔,張掖市的臨澤、高臺以及武威市的民勤等市(縣),甘肅省棉花種植主產(chǎn)區(qū)見圖1(a)。據(jù)調(diào)查,2021年甘肅省棉花種植面積為1.623萬hm2,2023年甘肅省棉花種植意向面積為2.082萬hm2,同比增長28.3%。甘肅省棉花的備種期一般為每年3月,4月左右追肥種植,9月、10月為成熟采摘期,從現(xiàn)蕾到成熟吐絮一般需經(jīng)過75～100d,由于種植區(qū)域不同,收獲時間也會存在一定差異。棉花是高耗水作物,水分是棉花生長發(fā)育的物質(zhì)基礎,主要需水期在苗期、蕾期、花鈴期、吐絮期,其中花鈴期需水量最大,占總需水量的45%～65%。

圖1 甘肅省棉花播種及農(nóng)業(yè)分區(qū)分布

2 農(nóng)業(yè)灌溉分區(qū)

《甘肅省行業(yè)用水定額(2023版)》農(nóng)業(yè)灌溉用水定額修訂中將農(nóng)業(yè)區(qū)劃分為12個分區(qū)[4],具體分區(qū)見圖1(b)。甘肅省棉花種植產(chǎn)區(qū)主要集中于河西地區(qū),共計包含5個農(nóng)業(yè)片區(qū),分別是疏勒河片區(qū)、討賴河片區(qū)、黑河片區(qū)、石羊河片區(qū)、河西走廊荒漠區(qū),見表1。

表1 甘肅省棉花種植分區(qū)

3 灌溉用水定額修訂

3.1 數(shù)據(jù)收集及研究方法

本次研究的棉花灌溉調(diào)查數(shù)據(jù)采用普查登記和典型調(diào)查相結合的方式,主要收集調(diào)查了瓜州縣雙塔灌區(qū),高臺縣三清渠灌區(qū)、友聯(lián)灌區(qū),金塔縣黑河灌區(qū)、鴛鴦灌區(qū)以及敦煌市黨河灌區(qū)和民勤縣紅崖山等多個灌區(qū)斗口位置2018—2020年的棉花實際灌溉用水量。農(nóng)業(yè)灌溉用水定額有通用值和先進值兩個指標。通用值由凈用水定額和現(xiàn)狀大中型灌區(qū)斗口、小型灌區(qū)渠首、井口的灌溉水利用系數(shù)計算確定,計算公式如下:

m通用=m凈/η斗

(1)

式中:m通用為灌溉用水定額通用值,m3/畝;m凈為凈用水定額,m3/畝;η斗為灌溉水利用系數(shù),由大中型灌區(qū)現(xiàn)狀斗口以下灌溉水利用系數(shù)、地表水小型灌區(qū)或井灌區(qū)斗口以下灌溉水利用系數(shù)綜合確定,如果沒有大中型灌區(qū)斗口以下灌溉水利用系數(shù),可參照地表水小型灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉水利用系數(shù)綜合確定[5]。

先進值一般由凈用水定額和《節(jié)水灌溉工程技術標準》(GB/T 50363—2018)規(guī)定的相關節(jié)水灌溉技術的灌溉水利用系數(shù)最低值計算確定,本次計算使用的灌溉水利用系數(shù)主要按照《甘肅省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算分析成果報告》中的各灌區(qū)灌溉水利用系數(shù),以用水直報系統(tǒng)中調(diào)查的各灌區(qū)毛用水量為權重,加權平均后獲得各分區(qū)的灌溉水利用系數(shù)[6]。不同節(jié)水灌溉方式下的灌溉水利用系數(shù)見表2。

表2 不同節(jié)水灌溉方式下的灌溉水利用系數(shù)

本次采用面積加權法和類比法分別研究確定甘肅省棉花灌溉定額通用值。甘肅省河西地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉為完全灌溉,基本上不依靠降水,在保證率為75%的中等干旱年農(nóng)業(yè)灌溉相對于保證率為50%的平水年只縮減了灌溉面積,灌溉定額并無變化,故本次只制定保證率為50%的平水年灌溉用水定額值。

3.2 面積加權法

由于甘肅省棉花種植地區(qū)農(nóng)田灌溉試驗站偏少,缺少灌溉試驗數(shù)據(jù),本次棉花灌溉用水定額的計算主要通過甘肅省棉花種植各分區(qū)現(xiàn)狀實際灌溉用水量調(diào)查值與不同級別灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)測算得出,每個片區(qū)的棉花單位面積灌溉用水量計算公式如下:

m=∑mijsij/∑sij

(2)

式中:m為灌溉定額,m3/畝;i為灌水方式編號,i=1,2,3,…,n1;j為灌區(qū)編號,j=1,2,3,…,n2;mij為j灌區(qū)的某作物采用第i種灌水方式時的灌溉水量,m3/畝;sij為j灌區(qū)的某作物采用第i種灌水方式時的灌溉面積,畝。

按照式(2)計算,本次調(diào)查分析計算的甘肅省棉花灌溉用水定額通用值(P=50%)統(tǒng)計見表3。

表3 甘肅省棉花灌溉用水定額計算統(tǒng)計

3.3 類比法

類比法是根據(jù)一類事物所具有的某種屬性,推測出與其類似的事物也具有這種屬性的推理方法,科學類比是建立在科學分析基礎上的類比,類比對象之間的共有屬性越多,類比分析的結論越可靠。甘肅省棉花灌溉用水定額依據(jù)鄰近省份,也是我國棉花主要種植地新疆維吾爾自治區(qū)制定的棉花灌溉用水定額值進行類比分析。

新疆吐哈盆地東緣區(qū)(P=50%)棉花凈灌溉凈用水定額為430m3/畝,吐哈盆地低山區(qū)(P=50%)棉花凈灌溉凈用水定額為410m3/畝。吐哈盆地是吐魯番盆地和哈密盆地的統(tǒng)稱,位于新疆的東部,呈東西走向,南北分別與塔里木盆地、準噶爾盆地連接,其中吐哈盆地東緣區(qū)包括鄯善縣、哈密市,吐哈盆地低山區(qū)主要指伊吾縣。新疆東部和甘肅省河西片區(qū)氣溫、降水、霜期、日照數(shù)等氣候條件對比[7]見表4。按照當?shù)赝寥罈l件、作物種植方式、作物品種、灌溉條件等,綜合分析制定出甘肅省河西走廊荒漠區(qū)棉花凈灌溉凈用水通用值(P=50%)為430m3/畝,還原為斗口灌溉用水通用值(P=50%)為570m3/畝,甘肅省其他片區(qū)棉花種植灌溉用水定額值依次類比分析得出,疏勒河片為550m3/畝,討賴河片為530m3/畝,黑河片為510m3/畝,石羊河片為500m3/畝。

表4 不同地區(qū)棉花種植氣候條件對比統(tǒng)計

3.4 定額值分析

根據(jù)甘肅省棉花灌溉定額計算成果(見表5)可知,不同計算分析方法修訂的不同分區(qū)的棉花灌溉用水定額值差距較大,類比法計算出的定額值明顯偏小。分析認為新疆作為我國種植棉花最早的地區(qū),地理環(huán)境對于植棉種植有得天獨厚的優(yōu)勢,并且已經(jīng)形成了穩(wěn)定的種植模式,在棉花栽培、病蟲害預防等方面都有重大技術突破[8],甘肅省棉花種植條件等都與新疆高標準農(nóng)業(yè)種植還有一定差距。按照面積加權法對調(diào)查數(shù)據(jù)進行分析計算,結果相對合理準確,計算值符合甘肅省棉花灌溉用水實際。充分考慮國家節(jié)水政策,按照適度從緊原則,依據(jù)面積加權法計算值,對比類比分析法計算值,確定甘肅省2023版棉花灌溉用水定額值。2023版甘肅省棉花灌溉用水定額在制定上適度超前,對甘肅省棉花種植高效節(jié)水技術發(fā)展、提高用水效率能夠很好地起到引導推動作用;先進值中渠道防滲用水定額>管道輸水用水定額>噴灌用水定額>微灌用水定額,符合不同節(jié)水灌溉方式的用水特征;從氣候條件等方面分析,河西走廊荒漠區(qū)定額值大于河西其他片區(qū),石羊河片區(qū)定額值最小,符合各片區(qū)氣候條件和流域特點,對當?shù)毓芾砗椭笇Ч鄥^(qū)用水具有實際意義,能夠在較大程度上促進節(jié)水工作的開展。

表5 甘肅省棉花灌溉用水定額計算成果

4 定額值綜合評估

甘肅省棉花灌溉定額值在分區(qū)上根據(jù)氣候條件、地形地貌、流域特點、土壤特性、種植條件以及水資源開發(fā)利用等因素,結合甘肅省農(nóng)業(yè)分區(qū),合理劃分了5個棉花灌溉分區(qū),符合棉花種植實際灌溉情況;在棉花灌溉用水定額值的制定上,依據(jù)實際調(diào)查樣本數(shù)據(jù),通過多種計算方式分析對比計算,制定了保證率為50%平水年的棉花灌溉用水定額值,與鄰近省份的定額值相比,略高于鄰近省份,雖然甘肅省近幾年在國家政策的大力扶持下,農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水技術高速發(fā)展,調(diào)蓄、引水、配水、計量等灌溉工程體系日益完善,但是長期以來農(nóng)業(yè)灌溉方式粗獷,部分地區(qū)還存在大水漫灌的現(xiàn)象,用水效率較低,和鄰近省份的高效灌溉還有一定差距,本次制定的用水定額符合河西片實際灌溉用水情況;在用途上,甘肅省棉花灌溉用水定額主要應用于當?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉計劃用水、相關建設項目水資源論證、取水許可、節(jié)水管理等方面的分解、核算和控制,對重點流域、地區(qū)的水量分配和開發(fā)利用工作起到技術支撐作用。綜上所述,甘肅省棉花灌溉定額的合理性、先進性、實用性滿足《用水定額評估技術要求》[9-10]。

5 結 語

通過對甘肅省棉花灌溉用水定額的分析研究,認為《甘肅省行業(yè)用水定額(2023版)》中修訂的棉花灌溉用水定額值能夠滿足甘肅省棉花種植實際用水需求,具有一定的合理性、先進性、實用性,滿足當?shù)厮Y源綜合利用、節(jié)水灌溉、農(nóng)業(yè)高技術發(fā)展的需要,適應新環(huán)境和新發(fā)展理念下的水資源管理工作的需求。建議在以后的實際運用中加大農(nóng)田灌溉試驗站的建設力度,保證各農(nóng)業(yè)分區(qū)均有條件進行農(nóng)田灌溉實驗研究,開展主要農(nóng)作物需水規(guī)律和灌溉用水實驗研究,積累收集各項資料,為用水定額制定提供充分的技術支撐;加大力度發(fā)展科學合理的節(jié)水型農(nóng)業(yè)種植技術,防止大水漫灌,減少渠道滲漏,加強節(jié)水灌溉的研究和推廣。