山西省2017年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析研究

(山西省汾河灌溉管理局中心試驗(yàn)站，山西 祁縣 030900)

農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)是指在某次或某一時(shí)間內(nèi)被農(nóng)作物利用的凈灌溉水量與水源渠首處總灌溉引水量的比值，它不僅是灌溉用水效率的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，而且是國(guó)家實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度、確立水資源管理“三條紅線”控制目標(biāo)的主要指標(biāo)之一。2016年10月18日，水利部和國(guó)家發(fā)改委下發(fā)《“十三五”水資源消耗總量和強(qiáng)度雙控行動(dòng)方案》(水資源司[2016]379號(hào))，提出到2020年，農(nóng)業(yè)畝均灌溉用水量顯著下降，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.55以上。為做好農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析工作，水利部農(nóng)村水利司下發(fā)了《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》(以下簡(jiǎn)稱“《指導(dǎo)細(xì)則》”)，提出了“首尾測(cè)算法”，統(tǒng)一了測(cè)算分析方法，規(guī)范了各地灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析工作。

山西省水利廳按照水利部的統(tǒng)一部署，自2006年起開展了全省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析工作，跟蹤分析評(píng)價(jià)全省灌溉水有效利用系數(shù)變化情況。

1 樣點(diǎn)灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算方法

1.1 測(cè)算公式

《指導(dǎo)細(xì)則》采用“首尾測(cè)算分析法”，即直接用灌入田間可被作物吸收利用的水量(凈灌溉用水量)與灌區(qū)從水源取用的灌溉總水量(毛灌溉用水量)的比值來(lái)計(jì)算灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)。計(jì)算分析時(shí)段采用日歷年。計(jì)算公式見式(1)：

(1)

式中：η為灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)；W凈為灌區(qū)凈灌溉用水總量，m3；W毛為灌區(qū)毛灌溉用水總量，m3。

1.2 樣點(diǎn)灌區(qū)凈灌溉用水量測(cè)算

各樣點(diǎn)灌區(qū)的凈灌溉用水量，由各種作物年畝均凈灌溉用水量與實(shí)灌面積的相乘數(shù)相加而得。

獲取作物年畝均凈灌溉用水量有3種方法，即“直接量測(cè)法”、“觀測(cè)分析法”和 “調(diào)查分析法”。

(1)“直接量測(cè)法”是指在每次灌水前后按《灌溉試驗(yàn)規(guī)范SL 13-2004》有關(guān)規(guī)定，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，在各次畝均凈灌溉用水量的基礎(chǔ)上，推算該作物年畝均凈灌溉用水量。

(2)“觀測(cè)分析法”首先要觀測(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)二者進(jìn)行比較，判斷充分灌溉還是非充分灌溉，進(jìn)而得出典型田塊年畝均凈灌溉用水量。

(3)“調(diào)查分析法”是通過收集與典型田塊種植作物和灌溉方式相同的當(dāng)?shù)?或臨近地區(qū))灌溉試驗(yàn)站灌溉試驗(yàn)結(jié)果，或者灌區(qū)規(guī)劃、可行性研究報(bào)告等資料中不同水平年的凈灌溉定額，結(jié)合當(dāng)?shù)毓喔冉?jīng)驗(yàn)擬定復(fù)核當(dāng)年降水年型的灌溉制度。在此基礎(chǔ)上對(duì)典型田塊進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，了解當(dāng)年的實(shí)際灌水次數(shù)和每次灌水量，通過與灌溉制度比較，推測(cè)典型田塊年畝均灌溉用水量，并參考上述方法確定典型田塊年畝均凈灌溉用水量。

(4)“觀測(cè)分析法”比較復(fù)雜，技術(shù)難度較大，沒有灌溉試驗(yàn)站的地區(qū)需要?dú)庀筚Y料確定作物蒸發(fā)蒸騰量，需要灌水時(shí)量水測(cè)水，還需要在作物播種和收獲時(shí)觀測(cè)土壤含水率等等。“直接量測(cè)法”操作比較簡(jiǎn)單，耗費(fèi)的人力比較少，不需要在典型田塊上安裝量水設(shè)施，也不必在灌水時(shí)進(jìn)行量水，但需要有土壤含水率觀測(cè)工具和設(shè)備。這兩種方法觀測(cè)分析得到的作物凈灌溉用水量都比“調(diào)查分析法”得到的作物凈灌溉用水量更加科學(xué)和準(zhǔn)確。

1.3 樣點(diǎn)灌區(qū)毛灌溉用水量測(cè)算

灌區(qū)毛灌溉用水總量是指灌區(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，該水量一般通過實(shí)測(cè)確定，一般采用日歷年的年毛灌溉用水量。

山西省自流灌區(qū)一般干-支-斗-農(nóng)渠道供水方式，灌區(qū)水源一般以某大中型水庫(kù)為主，其它區(qū)間來(lái)水、堤壩截流等次要水源為輔。各級(jí)渠道渠首放水口一般都有量水設(shè)施，其農(nóng)業(yè)灌溉水量可通過觀測(cè)統(tǒng)計(jì)。提水灌區(qū)和純井灌區(qū)灌溉主要通過泵站和水泵提水，因此，調(diào)查了解該泵站的年度提水量，減去非農(nóng)業(yè)灌溉用水量即為該年度的灌溉供水量?；蛘咭院碾娏?、耗油量進(jìn)行推算獲得灌溉供水量。

2 2017年度山西省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果與分析

2.1 樣點(diǎn)灌區(qū)選擇

2017年山西省共測(cè)算了172個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)，其中大型灌區(qū)12個(gè)，中型灌區(qū)39個(gè)，小型灌區(qū)60個(gè)，純井灌區(qū)64個(gè)。大型灌區(qū)100%全部是樣點(diǎn)灌區(qū)；中型灌區(qū)總的樣點(diǎn)數(shù)量和有效灌溉面積比例分別為22.4%、32.7%，符合《指導(dǎo)細(xì)則》所要求的5%、10%指標(biāo)要求，數(shù)量和有效灌溉面積選取比例應(yīng)與全省該檔次比例相協(xié)調(diào)；對(duì)于小型灌區(qū)，數(shù)量上不少于本省級(jí)小型灌區(qū)數(shù)量的0.5%，且所選樣點(diǎn)灌區(qū)的有效灌溉面積占本省全部小型灌區(qū)有效灌溉面積的比例為7.9%，符合《指導(dǎo)細(xì)則》大于1%的要求；純井灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)(測(cè)算單元)個(gè)數(shù)是根據(jù)山西省純井灌區(qū)的實(shí)際情況所確定，同一種灌溉工程形式所選的的樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量上都超過了5個(gè)以上，符合《指導(dǎo)細(xì)則》關(guān)于純井灌區(qū)樣點(diǎn)的選取要求，所選樣點(diǎn)灌區(qū)的數(shù)量能代表山西省純井灌區(qū)的灌溉用水有效利用系數(shù)的整體情況。

樣點(diǎn)數(shù)量、有效(設(shè)計(jì))灌溉面積情況及分析結(jié)果見表1。

表1 2017年樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量、有效灌溉面積統(tǒng)計(jì)信息

表2 2017年山西省大型灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果

2.2 典型田塊選取

選擇邊界清楚、形狀規(guī)則、面積適中、有固定的進(jìn)水口和排水口、并且配備量水設(shè)施的田塊作為典型田塊。在作物種類的要求上，如果播種面積超過灌區(qū)總面的的10%，則必須進(jìn)行典型田塊的選擇。大型灌區(qū)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)作物至少選取3個(gè)典型田塊。中型灌區(qū)在上、下游有代表性的農(nóng)渠控制范圍內(nèi)分別，至少選取3個(gè)典型田塊進(jìn)行作物種類的觀測(cè)。小型灌區(qū)按照作物種類、耕作和灌溉制度與方法、田面平整程度等因素選取典型典型田塊，每種需觀測(cè)的作物種類至少選取2個(gè)典型田塊。純井樣點(diǎn)灌區(qū)按照土質(zhì)渠道地面灌、防滲渠道地面灌、管道輸水地面灌、噴灌和微灌等5種類型進(jìn)行選取，在同種灌溉類型下每種需觀測(cè)的作物至少選擇2個(gè)典型田塊。

2017年各樣點(diǎn)灌區(qū)根據(jù)實(shí)際情況，共選取典型田塊209塊，觀測(cè)作物主要以春玉米和冬小麥為主，另外還有棉花、高粱、馬鈴薯，大蒜、蘆筍、番茄、辣椒、茄子、飼草、葡萄、蘋果樹、梨樹等經(jīng)濟(jì)和雜糧作物。

2.3 全省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果

2.3.1 全省大型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果

全省大型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的計(jì)算方法是依據(jù)各樣點(diǎn)灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)以大型灌區(qū)毛灌溉用水量與加權(quán)平均后得出。2017年山西省大型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)計(jì)算結(jié)果η省大=0.484 6，測(cè)算結(jié)果見表2。

2.3.2 全省中型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果

中型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的計(jì)算方法是以中型灌區(qū)3個(gè)檔次樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)為基礎(chǔ)，采用算術(shù)平均法分別計(jì)算出1～5萬(wàn)畝、5～15萬(wàn)畝和15～30萬(wàn)畝灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)；然后將匯總得出的1～5萬(wàn)畝、5～15萬(wàn)畝和15～30萬(wàn)畝灌區(qū)年毛灌溉用水量加權(quán)平均，得出全省中型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.501 0。結(jié)果見表3、表4。

表3 2017年山西省中型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)結(jié)果

表4 2017年山西省中型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果

2.3.3 全省小型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果

小型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的計(jì)算方法，是以測(cè)算分析得出的各個(gè)小型樣點(diǎn)灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為基礎(chǔ)，采用算術(shù)平均法得出全省小型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。經(jīng)測(cè)算2017年全省小型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)總平均值為0.475 8。測(cè)算結(jié)果見表5。

表5 2017年山西省小型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)結(jié)果

2.3.4 全省純井灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果

純井灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的計(jì)算方法是以測(cè)算分析得出的各類型純井樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)為基礎(chǔ)，采用算術(shù)平均法分別計(jì)算5種類型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)；然后，按不同類型灌區(qū)年毛灌溉用水量加權(quán)平均計(jì)算得出。2017年全省純井灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果為0.639 8。測(cè)算過程見表6。

表6 2017年山西省純井灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果

2.3.5 全省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果

在已測(cè)得的各規(guī)模與類型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的情況下，以該類型灌區(qū)全省年毛灌溉用水量加權(quán)平均，測(cè)得2017年全省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.538。測(cè)算結(jié)果見表7。

表7 2017年山西省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果

2.3.6 全省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果分析

2017年全省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)與2016年的0.534相比提高了0.004。從以下幾個(gè)方面進(jìn)行提高原因及合理性分析。

1)投資對(duì)灌溉水利用系數(shù)影響分析

多年來(lái)，中央財(cái)政、地方財(cái)政和群眾自籌等在山西農(nóng)業(yè)灌溉工程上的投入力度不斷增加。通過灌區(qū)節(jié)水改造、泵站更新改造、小農(nóng)水重點(diǎn)縣等重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)，全面推行農(nóng)田水利建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)代化灌區(qū)示范創(chuàng)建等，節(jié)水灌溉工程面積不斷增加，十二五期間水利工程投資額度1 257億元，進(jìn)入十三五后，2016年和2017年全省節(jié)水灌溉工程總投資43.86億元，節(jié)水灌溉工程面積累計(jì)達(dá)到1 522.05萬(wàn)畝，占總有效灌溉面積的比例60.43%，2016年新增節(jié)水灌溉面積15.13萬(wàn)畝，2017年新增節(jié)水灌溉面積21.09萬(wàn)畝，農(nóng)田灌溉水有效利用率進(jìn)一步得到了提升。

2017年全省節(jié)水灌溉工程總投資12.20億元中，大型灌區(qū)的投資額為6.96億元，占全省總投資的57.0%。大型灌區(qū)經(jīng)過續(xù)建多年的配套與節(jié)水工程改造，工程狀況得到了大的改觀，特別是在渠道防滲、配套建筑物改造等方面力度很大，所以大型灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)每年都有提升，且提升幅度比全省平均水平相對(duì)較高。

2)灌區(qū)規(guī)模與類型對(duì)系數(shù)測(cè)算結(jié)果影響分析

山西省灌區(qū)有30萬(wàn)畝以上大型灌區(qū)12個(gè)，1～30萬(wàn)畝中型灌區(qū)174個(gè)，萬(wàn)畝以下小型灌區(qū)12 539個(gè)，機(jī)井68 631個(gè)。大中型型灌區(qū)有自流和提水2種類型。在所有類型灌區(qū)中，萬(wàn)畝以上大中型灌區(qū)占全省總有效灌溉面積的51.87%，實(shí)灌面積占比50.63%，灌溉用水量占比54.98%。大中型灌區(qū)在灌溉面積和用水量上基本占據(jù)全省總量的一半以上，由于全省灌溉水利用系數(shù)是在樣點(diǎn)灌區(qū)的系數(shù)基礎(chǔ)上，以全省總灌溉水量加權(quán)平均得出，因此，在山西省，大中型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)對(duì)全省灌溉水利用系數(shù)的影響度，比小型灌區(qū)和純井灌區(qū)影響因素相對(duì)較大。

3)單位面積用水量對(duì)灌溉水利用系數(shù)的影響分析

理論上，在其他條件相同的前提下，單位面積用水量增加，無(wú)效用水量會(huì)增加，相應(yīng)的灌溉水利用系數(shù)會(huì)減小。2016年山西省總灌溉用水量432 811.87萬(wàn) m3，實(shí)灌面積2 351.62萬(wàn)畝，單位面積平均用水量184.05 m3。2017年山西省總灌溉用水量446 785.00萬(wàn) m3，實(shí)灌面積2 410.08萬(wàn)畝，單位面積平均用水量185.38 m3。單位面積用水量相比較，兩年基本持平。因此，單位面積用水量對(duì)2017年全省灌溉水利用系數(shù)影響因素可以基本忽略。

4)降水量對(duì)灌溉水利用系數(shù)的影響分析

同理，在其他條件相同的前提下，降水量大的年份，會(huì)使該年份灌溉水利用系數(shù)減小，反之亦然。2016年全省平均降雨量520.00 mm，2017年全省平均降雨量511.9 mm。2017年與2016年相比略有增加，增量微小。分析認(rèn)為，降雨量對(duì)2017年灌溉水利用系數(shù)的影響作用不是太大，即使有這方面的因素存在，也是會(huì)對(duì)系數(shù)的提高有一定作用，但作用不是太大。

5)管理水平對(duì)灌溉水利用系數(shù)的影響分析

隨著節(jié)水知識(shí)的普及，用水戶節(jié)水意識(shí)的增強(qiáng)，農(nóng)村灌溉工程、田面工程有了很大的改善；加之水利方面節(jié)水灌溉設(shè)備和灌溉技術(shù)的應(yīng)用，農(nóng)業(yè)農(nóng)機(jī)方面地膜覆蓋、節(jié)水耐旱品種等的應(yīng)用和種植構(gòu)的調(diào)整，提升了輸水效率，優(yōu)化了用水結(jié)構(gòu)；同時(shí)，國(guó)家對(duì)各種節(jié)水灌溉設(shè)備的采用采取鼓勵(lì)和政府投資、政府補(bǔ)貼等，一定程度上也對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉用水效率的提高起到了積極的作用。

從2011年開始，國(guó)家開始推行實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度考核，山西省也相應(yīng)啟動(dòng)了實(shí)施最嚴(yán)格的水資源管理考核問責(zé)制度，開展用水總量、萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量、農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)和重要水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率等4項(xiàng)的指標(biāo)考核工作。最嚴(yán)格水資源管理制度的落實(shí)實(shí)施，進(jìn)一步提高了各級(jí)水管部門、水管單位的節(jié)水意識(shí)，推動(dòng)了灌區(qū)用水管理，各級(jí)灌區(qū)管理水平得到了很多提升，提高了用水效率，在灌溉水有效利用系數(shù)的提高上作用非常明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

按照《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》測(cè)算方法及要求，山西省在2017年以全省172個(gè)不同規(guī)模和類型樣點(diǎn)灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為基礎(chǔ)，以全省灌區(qū)統(tǒng)計(jì)資料中全省毛灌溉用水量為權(quán)重，測(cè)算分析得出了山西省2017年大、中、小和純井灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有利用系數(shù)分別，以及全省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。結(jié)合全省灌區(qū)工程建設(shè)、用水管理和農(nóng)業(yè)綜合節(jié)水技術(shù)推廣應(yīng)用等方面的因素，認(rèn)為測(cè)算結(jié)果基本反映了山西省實(shí)際情況，相關(guān)成果對(duì)山西省灌區(qū)工程建設(shè)、用水管理和規(guī)劃編制等有一定指導(dǎo)意義。

農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，在今后的工作中應(yīng)加強(qiáng)典型田塊選取的規(guī)范性，積極采取有效措施，增加全省樣點(diǎn)灌區(qū)采用直接量測(cè)法測(cè)算的數(shù)量和比例，使測(cè)算結(jié)果更加科學(xué)精確。