鞍山市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算分析

李 化

(遼寧省水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110000)

1 研究區(qū)灌溉現(xiàn)狀

灌溉水有效利用系數(shù)可以為灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)參考，也是直接反映灌區(qū)用水效率的重要參數(shù)[1-2]。鞍山市灌區(qū)面積大、分布范圍廣，研究選取32個樣點灌區(qū)測算灌溉水有效利用系數(shù)。依據(jù)統(tǒng)計資料，2022年鞍山市有效灌溉面積7.413萬hm2，其中純井灌區(qū)、小型灌區(qū)、中型灌區(qū)有效灌溉面積分別為5.309萬hm2、0.809萬hm2和1.295萬hm2。

2 系數(shù)測算方法

2.1 選擇樣點灌區(qū)

結(jié)合當(dāng)?shù)啬甓认禂?shù)測算分析方案，充分考慮灌區(qū)地貌形態(tài)、種植結(jié)構(gòu)、管理水平、水利設(shè)施運行情況、水源條件，以及種植結(jié)構(gòu)和作物類型等因素共選擇32處樣點灌區(qū)，其中純井灌區(qū)、小型灌區(qū)、中型灌區(qū)分別為19個、8個和5個。

類型上包括純井灌區(qū)、小型灌區(qū)和中型灌區(qū)3大類，主要有自流和提水引水方式，所以在類型上選取的樣點灌區(qū)具有典型代表性。空間分布上，樣點灌區(qū)大多分布在臺安縣、岫巖縣和海城市等農(nóng)業(yè)灌溉核心區(qū)，所以各樣點灌區(qū)的代表性良好，可以較好地反映鞍山市農(nóng)業(yè)灌溉的地理分布情況。研究所選取的樣點灌區(qū)作物類型包括水稻、果樹以及經(jīng)濟(jì)作物，能夠反映鞍山市種植結(jié)構(gòu)以及灌溉情況。另外，在選擇樣點灌區(qū)時充分考慮觀測人員的責(zé)任心和專業(yè)技術(shù)水平，由水管員和灌區(qū)管理單位負(fù)責(zé)所有樣點灌區(qū)的觀測，從而保證實測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度以及測量工作的順利實施[3]。

2.2 樣點灌區(qū)的測算方法

根據(jù)實測數(shù)據(jù)和“首尾測算法”計算研究區(qū)樣點灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)η，其計算如式(1)[4]：

(1)

式中：W凈、W毛為凈、毛灌溉用水總量，m3。

2.3 樣點灌區(qū)系數(shù)測算

(1)中型樣點灌區(qū)。研究選取的中型樣點灌區(qū)共有5個，即劉坨灌區(qū)、西小灌區(qū)、八家子灌區(qū)、張臺子灌區(qū)，以及三道灌區(qū)，由于5個中型灌區(qū)的實灌面積差異較大，故選用毛灌溉用水量加權(quán)平均計算區(qū)域中型灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)，結(jié)果顯示中型灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)為0.5290。系數(shù)測算結(jié)果如表1。

表1 中型樣點灌區(qū)測算值

(2)小型樣點灌區(qū)。研究選取的小型樣點灌區(qū)共8個，即和平灌區(qū)、王家坎子水庫灌區(qū)、青峰灌區(qū)、大營子灌區(qū)、吳家臺灌區(qū)、大麥西灌區(qū)、桑樹灌區(qū)、高駝子灌區(qū)，均以水稻為灌溉作物，系數(shù)測算結(jié)果如表2。

表2 小型樣點灌區(qū)測算值

(3)純井樣點灌區(qū)。鞍山市純井樣點灌區(qū)涉及微灌、噴灌、管道輸水地面灌、渠道防滲地面灌，以及土渠輸水地面灌等5種形式，作物類型有果樹、經(jīng)濟(jì)作物和水稻等。研究選取19個純井樣點灌區(qū)，由于數(shù)量較多不再一一列舉。通過算數(shù)平均法確定研究區(qū)純井樣點灌區(qū)系數(shù)，結(jié)果顯示微灌、噴灌、管道輸水、渠道防滲，以及土渠輸水地面灌的灌溉水有效利用系數(shù)分別為0.9028、0.8516、0.8122、0.6845、0.6104。

2.4 合理性分析

結(jié)合以上計算結(jié)果，從高到低鞍山市樣點灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)排序為純井灌區(qū)>小型灌區(qū)>中型灌區(qū)；對不同類別純井灌區(qū)測算系數(shù)，從高到低排序為微灌>噴灌>管道輸水地面灌>渠道防滲地面灌>土渠輸水地面灌，測算結(jié)果符合灌溉用水實際變化趨勢，這表明首尾測算分析法可以客觀真實地反映灌區(qū)系數(shù)變化趨勢。

3 鞍山市灌溉水有效利用系數(shù)

3.1 全市中型灌區(qū)

根據(jù)樣點灌區(qū)測算數(shù)據(jù)，通過算數(shù)和加權(quán)平均法確定666.67～3333.33 hm2、3333.33～10 000.00 hm2及中型灌區(qū)的灌溉用水效率[5-6]，如式(2)：

(2)

式中：W市毛1～5為666.67～3333.33 hm2中型灌區(qū)的年毛灌溉用水量，萬m3；η1～5為666.67～3333.33 hm2中型灌區(qū)的灌溉用水效率，%；W市毛5～15為3333.33～10 000.00 hm2中型灌區(qū)的年毛灌溉用水量，萬m3；η5～15為3333.33～10 000.00 hm2中型灌區(qū)的用水效率，%。結(jié)合毛水量統(tǒng)計值和上述計算數(shù)據(jù)，確定η1～5、η5～15分別為0.5412和0.5190，相應(yīng)的W市毛1～5、W市毛5～15分別為4348萬m3、3420萬m3，利用式(2)計算研究區(qū)中型灌區(qū)系數(shù)為0.5314。

3.2 全市小型灌區(qū)

針對鞍山市小型灌區(qū)灌溉用水效率η市小，應(yīng)用算數(shù)平均法進(jìn)行計算，如式(3)：

(3)

式中：n為小型灌區(qū)的數(shù)量，個、η小i為第i個灌區(qū)的灌溉用水效率，%。結(jié)合小型樣點灌區(qū)測算數(shù)據(jù)計算鞍山市小型灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)為0.5773。

3.3 全市純井灌區(qū)

針對鞍山市純井灌區(qū)分布范圍較廣、數(shù)量較多的實際情況，本文選用5種灌溉方式，采用計算平均和算數(shù)平均法計算全市純井灌區(qū)和5種灌溉類型灌溉水有效利用系數(shù)，如式(4)：

ηw井=

(4)

式中：η微、η噴、η管、η渠、η土為微灌、噴灌、管灌、渠道防滲、土質(zhì)渠道灌區(qū)的灌溉用水效率；Wa微、Wa噴、Wa管、Wa渠、Wa土為微灌、噴灌、管灌、渠道防滲、土質(zhì)渠道灌區(qū)的年毛灌溉用水量，萬m3。結(jié)合純井灌區(qū)毛水量統(tǒng)計數(shù)據(jù)及計算結(jié)果，確定η微、η噴、η管、η渠、η土值分別為0.9028、0.8516、0.7122、0.6845、0.6104，對應(yīng)的Wa微、Wa噴、Wa管、Wa渠、Wa土分別為815萬m3、533萬m3、3416萬m3、2133萬m3和14 786萬m3，利用式(4)計算研究區(qū)純井灌區(qū)系數(shù)為0.6508。

3.4 全市系數(shù)測算結(jié)果

充分考慮不同灌區(qū)的年毛灌溉用水量及其灌溉用水效率，可以利用式(5)計算鞍山市2022年灌溉水有效利用系數(shù)ηw市，如式(5)[7]：

(5)

式中：η井、η小型、η中型為純井灌區(qū)、小型灌區(qū)、中型灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)；Wa井、Wa小型、Wa中型為純井灌區(qū)、小型灌區(qū)、中型灌區(qū)的年毛灌溉用水量，萬m3。因此，采用式(5)和以上測算結(jié)果可計算出鞍山市2022年灌溉水有效利用系數(shù)為0.6168，如表3。

表3 鞍山市2022年灌溉水有效利用系數(shù)

鞍山市2022年純井灌區(qū)、小型灌區(qū)、中型灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)分別為0.6508、0.5773和0.5314，全市系數(shù)為0.6168。因此，為了進(jìn)一步提升鞍山市灌溉水有效利用系數(shù)研究，提出以下對策建議。

(1)科學(xué)實施農(nóng)藝措施。科學(xué)推行先進(jìn)的農(nóng)藝技術(shù)，加快推廣農(nóng)藝措施可以減少灌水量。各灌區(qū)要結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況選擇規(guī)范化、規(guī)模化農(nóng)藝措施，大力推廣耕地保墑、地膜覆蓋、土壤保水和蒸騰調(diào)控等農(nóng)藝措施。對于田間土壤，通過噴施保水劑能夠減少滲漏損失與棵間蒸發(fā)，采取交替灌溉技術(shù)也可以在一定程度上減少棵間蒸發(fā)[7]。對于旱作區(qū)，實施先進(jìn)的激光平土和耕作技術(shù)，盡可能多地將灌溉水和降水轉(zhuǎn)化成能夠被作物吸收利用的土壤水；另外，秸稈或地膜覆蓋可以減少無效蒸發(fā)，有效增大水分利用率。對于水稻區(qū)，通過推廣水稻薄淺濕曬灌溉和控制灌溉等措施能夠提高稻田蓄水能力；在不影響作物正常發(fā)育的條件下，可以適當(dāng)降低泡田期灌溉用水量，提高天然降水利用率。

(2)推廣高效節(jié)水灌溉技術(shù)。全面普及壟膜溝灌、低壓管道輸水地面灌溉、噴灌、膜下滴灌、渠道防滲以及水肥一體化等高效節(jié)水灌溉技術(shù)，通過高效節(jié)水示范培訓(xùn)和技術(shù)指導(dǎo)等提升用水效率。鞍山市灌溉用水主要集中于純井灌區(qū)和中型灌區(qū)，然而現(xiàn)有末級渠系襯砌率普遍偏低，應(yīng)加強(qiáng)末級渠系襯砌改造，以渠道襯砌和建筑物改造為核心適當(dāng)發(fā)展管道輸水。對于旱田區(qū)仍要大力推廣高效節(jié)水灌溉技術(shù)，推動蔬菜、設(shè)施農(nóng)業(yè)等高耗水高產(chǎn)出產(chǎn)業(yè)發(fā)展[8-9]。

(3)加強(qiáng)用水管理。通過合理水價和定期組織培訓(xùn)，進(jìn)一步提升灌區(qū)管理水平和農(nóng)民節(jié)水意識；支持和鼓勵組建用水協(xié)會，逐漸擴(kuò)大協(xié)會管理范圍，激發(fā)農(nóng)民參與灌區(qū)管理的積極性，這些都有利于提高灌溉水有效利用系數(shù)。加強(qiáng)灌區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)指導(dǎo)與培訓(xùn)，定期組織技術(shù)交流與推廣活動，大力宣傳農(nóng)業(yè)節(jié)水知識，充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺和預(yù)報信息，實行灌區(qū)灌溉定量化和科學(xué)調(diào)配水。

4 結(jié) 論

本文利用首尾測算分析法計算鞍山市2022年32個典型樣點灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)，以觀測分析和直接量測獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，計算數(shù)據(jù)和測算方法可靠合理。經(jīng)計算，鞍山市2022年純井灌區(qū)、小型灌區(qū)、中型灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)分別為0.6508、0.5773和0.5314，全市系數(shù)為0.6168。為了進(jìn)一步提升鞍山市灌溉水有效利用系數(shù)，研究提出科學(xué)實施農(nóng)藝措施、推廣高效節(jié)水灌溉技術(shù)和加強(qiáng)灌區(qū)用水管理等對策。