陕西省灌溉水利用系数测算分析

李志军，张富仓，蔡焕杰，胡笑涛

(1.西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室,陕西 杨凌 712100；2.陕西省灌溉试验中心站,陕西 杨凌 712100)



陕西省灌溉水利用系数测算分析

李志军1,2，张富仓1,2，蔡焕杰1,2，胡笑涛1,2

(1.西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室,陕西 杨凌 712100；2.陕西省灌溉试验中心站,陕西 杨凌 712100)

摘要：以陕西省观测资料为基础,运用首尾测算法,测算了陕西省2006—2013年的灌溉水利用系数，对陕西省灌溉水利用系数变化规律进行了初步分析，并对测算结果进行了分析与评价，结果表明陕西省灌溉水利用系数在逐年提高。

关键词：首尾测算法；样点灌区；灌溉水利用系数

陕西省位于东经105°29′—110°15′，北纬31°42′—39°35′，横跨亚热带、暖温带、温带三个气候带，南北气候差异较大。按地形气候特征可分为关中平原、陕南秦巴山区和陕北丘陵沟壑区。省内多年平均降水量340～1240 mm，5月—9月的降水量占全年降水量的70%以上。降水南多北少，陕南为湿润区，关中为半湿润易旱区，陕北为半干旱区，水资源时空分布不均，旱涝灾害频发。灌溉在全省农业生产中占有重要地位，耕地面积286.00万hm2，其中设施灌溉面积141.43万hm2，有效灌溉面积120.99万hm2。全省发展节水灌溉面积86.13万hm2，其中渠道防渗面积50.60万hm2，低压管灌溉面积21.33万hm2，喷灌面积5.20万hm2，微灌面积1.93万hm2，其他工程节水面积7.07万hm2，占全省设施灌溉面积的60.9%。农业节水的快速发展有力地推进了农业水资源的高效利用。对于实行最严格的水资源管理来说，开展农业灌溉水利用系数的研究，对促进农业水资源的高效利用具有十分重要的现实意义。

灌溉水利用系数是衡量从水源取水到田间作物水分利用效率的一个重要指标，灌溉水利用系数能综合反映灌区灌溉工程状况、用水管理水平、灌水技术水平，是评价农业水资源利用、指导节水灌溉、大中型灌区续建配套，及节水改造健康发展的重要参考[1]。蔡守华等提出渠道水利用率、渠系水利用率、田间水利用率、作物水利用率和灌区灌溉水利用率组成的灌溉水利用率指标体系，并分别给出了这些指标的定义及计算方法[2]。这一用水效率指标体系中，由于灌溉水利用率是一项重要的综合性评价指标，因此多采用传统方法进行测定，即先测算出渠系水利用系数和田间水利用系数，然后两者相乘得出灌溉水利用系数[3]。近年来，首尾测定法与典型渠道测量相结合的综合方法被许多人提出，如许建中，崔远来，高峰等，用以克服传统方法工作量大，需要大量人力、物力才能完成的缺点，同时又弥补了只测量典型渠段而引起误差较大的不足[4-7]。本文以2013年陕西省灌溉水利用系数测算流程和方法为例，采用“灌区首尾”比较的综合方法，对陕西省灌溉水利用系数进行测算和分析研究。

1材料与方法

1.1基本资料

1.1.1背景资料确定。

对全省大、中、小型灌区，及井灌区基本情况进行全面核查。首先以2013年灌排年报统计数据为基础，按照大型(≥2万hm2)、中型(分为1万～2万hm2、0.333万～1万hm2、0.067万～0.333万hm2)、小型(≤0.067万hm2)及纯井灌区分类，其中每类灌区又分为自流引水和提水两种水源类型，对全省(区、市)灌区数量、分布等情况进行分析与统计。

1.1.2全省(区、市)农业灌溉情况。

统计陕西省2013年农田灌溉及用水情况见表1。根据资料统计分析，截至2013年底全省总计有效灌溉面积120.99万hm2，当年实际灌溉面积80.07万hm2，农业灌溉毛用水量46.88亿m3。

表1　2013年全省农田灌溉及用水情况

1.2研究方法

1.2.1陕西省灌溉水利用系数测算方法及流程

“首尾测算分析法”，即直接用灌入田间可被作物吸收利用的水量(净灌溉用水量)与灌区从水源取用的灌溉总水量(毛灌溉用水量)的比值来计算灌区灌溉水有效利用系数[8]。以2013年陕西省灌溉水利用系数测算流程和方法为例，说明省级测算方法及流程，如图1所示。

图1

1.2.2样点灌区灌溉水有效利用系数测算

(1)

式中：η样为样点灌区灌溉水有效利用系数；W样净为样点灌区净灌溉用水量，m3；W样毛为样点灌区毛灌溉用水量，m3。

1.2.3不同类型灌区的灌溉水利用系数测算

以典型样点灌区测算值为基础依据，根据各灌区情况按不同灌区规模分类分析估算灌溉水利用系数平均值。如依据各大型灌区样点灌区灌溉水有效利用系数与用水量加权平均后得出省级区域大型灌区灌溉水有效利用系数。

(2)

式中：ηw大为省级区域大型灌区灌溉水有效利用系数平均值；η大i为第i个大型灌区样点灌区灌溉水有效利用系数平均值；W样大i为第i个大型灌区样点灌区年毛灌溉用水量，万m3；N为省级区域大型灌区样点灌区数量，个。

中、小型灌区和纯井灌区的灌溉水利用系数平均值参照此方法进行推算。

1.2.4全省灌溉水利用系数平均值测算

全省灌溉水利用系数平均值根据大、中、小型灌区和纯井灌区灌溉用水量加权平均得出，计算公式如下：

(3)

式中：ηw省为全省灌区灌溉水利用系数平均值；ηw大型、ηw中型、ηw小型、ηw井分别为全省大、中、小型灌区和纯井灌区的平均灌溉用水有效利用系数；Wa大型、Wa中型、Wa小型、Wa井分别为全省大、中、小型灌区和纯井灌区年毛灌溉用水量，万m3。

2结果与分析

2.1各规模与类型样点灌区的确定及全省样点灌区的代表性分析评价

按照《全国灌溉用水有效利用系数测算分析技术指南》[8](修订版)样点灌区选择的原则及依据，全省12个大型灌区全部计入样点；0.067万～2万hm2中型灌区选取样点灌区23个，占到全省共计168个中型灌区个数的12.92%，有效灌溉面积占到全省168个中型灌区的19.7%；2013年选择0～0.067万hm2小型灌区选取样点灌区11个，占全省0.39% (<0.5%)，不满足小型灌区样点数量不少于全省灌区数量的0.5%的要求；这主要是因为2013年省灌排年报与水利普查数据接轨后陕西小型灌区增加较多，需要增加小型样点灌区使之符合要求，见表2。从灌溉面积、引水量与亩均用水量来看，所选样点灌区基本可以代表全省各类灌区情况，代表性基本符合准则要求。

表2　2013年陕西省样点灌区统计信息表

2.2样点灌区灌溉水有效利用系数测算分析

首先选取典型田块，测算分析典型田块年亩均净灌溉用水量，进而分析计算样点灌区年净灌溉用水量，最后以样点灌区年净灌溉用水量、年毛灌溉用水量为基础，分析计算样点灌区灌溉水有效利用系数。计算流程如图2所示。

图2　样点灌区灌溉水有效利用系数测算流程

测算中对有气象资料的灌区采用作物系数法推求净灌溉定额，对没有完善气象资料的样点灌区，依据各样点灌区的灌溉用水管理资料、灌溉试验与观测资料和灌溉实践经验，以样点灌区填报数据为基础，采用统一的首尾测算分析法，对样点灌区灌溉水利用系数进行测算分析，测算结果见表3。

表3　陕西主要样点灌区2010—2013年灌溉水利用系数测算结果分析

从表3可以看出2013年、2012年、2011年与2010年灌区农田灌溉水有效利用系数相差并不大，尤其是大型灌区表现的比较稳定，大型灌区农田灌溉水有效利用系数基本在0.50以上；中、小型灌区因跨度大，管理水平参次不齐，计算结果表明中型灌区农田灌溉水有效利用系数变化范围比较大；井灌区陕西省选取了包括土质渠道地面灌、防渗渠道地面灌、管道输水地面灌、微灌和喷灌等类型的6个县(区)28个样点，对井灌区计算结果表明，其农田灌溉水有效利用系数范围在0.6～0.86 之间，说明井灌区的灌溉系数同样随不同地区、不同工程条件、水文条件、不同作物、不同输水方式与管理水平差异显著。

陕西省大型灌区灌溉水利用系数随降雨不同有升有降，原因是多方面的，对2013年数据进行核查，测算结果与2012年、2011年结果相比基本上各灌区的计算结果都有变化，有减少的，也有增加的，说明影响因素较多，需要参考多方面条件及信息进行考虑分析。在灌区灌溉工程状况、用水管理水平与灌水技术水平不变的条件下，影响灌区灌溉水利用系数的主要因素为气象条件，特别是降雨量、降雨时段对灌溉水利用率有较大影响，但影响比较复杂；如对于水源调控能力强的灌区，干旱年份灌溉水量增加，弃水减少，作物灌溉次数增加，灌溉水利用系数增加，但对于水源调控能力差的灌区，干旱年份由于无水可引，灌溉面积减少，灌溉水利用系数反而减少。

2.3不同类型灌区的灌溉水利用系数测算分析

以典型样点灌区测算值为基础依据，根据各灌区情况按不同灌溉规模分类分析估算灌溉水利用系数平均值。以大型灌区为例，依据各大型灌区样点灌区灌溉水有效利用系数与用水量加权平均后得出省级区域大型灌区灌溉水有效利用系数。中、小型灌区和纯井灌区的灌溉水利用系数平均值参照此方法推算，由此得到全省大、中、小型灌区和纯井灌区的灌溉水利用系数平均值。经测算2013年陕西省各类灌区灌溉水利用系数计算结果如表4所示。

表4　2013年陕西省各类灌区灌溉用水有效利用系数

2.4全省灌溉水利用系数平均值推算分析

全省灌溉水利用系数平均值根据大、中、小型灌区和纯井灌区灌溉用水量加权平均得出，经测算2013年陕西省灌溉水利用系数为0.545，与历年测算结果相比较，总体上略有上升但变化不大。通过对陕西省各典型样点灌区的跟踪测算,获得了2006—2013年陕西省8 a灌溉水利用系数，逐年变化规律如图3所示。

图3　灌溉水利用系数年变化曲线

从图3可以看出，陕西省灌溉水利用系数表现出逐年提高趋势，尤其是大型灌区变化趋势比较稳定，这也说明灌区一旦建成后，设施及管理没有发生大的变化，灌溉水利用系数是比较稳定的。纯井灌区农田灌溉水利用系数最高，波动最大是小型灌区和纯井灌区。由于在全省计算中小型灌区权重较小，对整个数据变化影响有限。

从测算结果分析可以反映出陕西各类型灌区的渠系输配水设施的现状、田间水利用水平，并能综合反映灌区灌溉工程状况、用水管理水平与灌水技术中存在的一些问题。一般来说，灌溉水利用系数随灌区规模的增大而减少[9]。但陕西省大型灌区投资规模较大、管理机构完善、管理水平和技术相对较高，因此大型灌区灌溉水利用系数相对比中型灌区略大，这是符合陕西实际的。

3讨论

(1)首尾测算法权重对结果影响较大，也就是说不同水文年份全省各类型、不同规模灌区引水量变化将会造成相应灌区与全省灌溉水有效利用系数的较大波动，因此全省各类灌区灌水资料的收集及分类是灌溉水利用系数计算的基准。目前陕西省大、中型灌区主要数据基本可靠，但0.0667万hm2以下小型灌区及井灌区资料准确性有待提高。

(2)灌溉水有效利用系数测算方法应该建立在灌区进行灌溉试验的基础上。要提高分析成果精度就必须加强各灌区基础资料的测试、收集与统计分析等工作。建议在进行大型灌区节水改造的同时，能够构建省级灌溉试验网络体系，恢复及健全原有的有代表性的灌溉试验站，只要灌溉试验能够开展起来，作物的灌水定额、灌溉制度、灌溉用水与产量的关系是试验站必须进行的试验内容,可以为灌区灌溉水利用系数测算创造良好的基础条件。

(3)因为样点灌区灌溉水利用系数的确定除受到灌区工程质量、灌水技术及灌区总体管理水平影响外，同时也会受到样点灌区规模、自然条件，如土壤、水文气象、水源条件、灌区种植面积与种植比例，及农户灌水习惯等影响，农产品价格、种植结构变化，甚至农民外出打工对土地疏于管理都会影响到农民用水积极性，进而影响到灌区灌溉水利用系数。而气象条件，特别是降雨时段对灌溉水利用率有影响，但影响比较复杂，在灌溉水利用系数的测算过程中必须对其进行研究确定。而建立在样点灌区灌溉水利用系数的分析基础上的省级灌溉水利用系数的确定同时还和全省的灌溉发展息息相关。

参考文献：

[1]李志军.陕西省灌溉水利用系数测算分析研究[D].杨凌：西北农林科技大学,2013.

[2]蔡守华，张展羽，张德强.修正灌溉水利用效率指标体系的研究[J].水利学报，2004(5)：111-115.

[3]李英能.浅论灌区灌溉水利用系数[J].中国农村水利水电，2003(7)：23-26.

[4]许建中，赵竞成，高峰，等.灌溉水利用系数综合测定法[J].中国水利，2004(7)：45-47.

[5]崔远来，熊佳.灌溉水利用效率指标研究进展[J].水科学进展，2009，20(4)：590-599.

[6]周和平，张明义，周琪，等.新疆地区农业灌溉水利用系数分析[J].农业工程学报，2013，29(22)：100-107.

[7]高峰,赵竞成,许建中，等.灌溉水利用系数测定方法研究[J].灌溉排水学报，2004，23(1):14-20.

[8]水利部农村水利司.全国灌溉水有效利用系数测算分析技术指南[Z].北京：水利部，2012.

[9]李睿冉，刘旭.我国典型灌区灌溉水利用系数的调研分析[J].山东农业大学学报:自然科学版，2012，43 ( 3) : 465-469.

Measurement and calculation of the irrigation water use efficiency in Shaanxi province

LI Zhijun1，2，ZHANG Fucang1，2，CAI Huanjie1，2，HU Xiaotao1，2

(1.KeyLaboratoryofAgriculturalSoilandWaterEngineeringinAridandSemiaridAreasofMinistryofEducation,NorthwestSci.-Tech.UniversityofAgricultureandForestry，Yangling712100,China；2.ShaanxiExperimentalCenterStationofIrrigation,Yangling712100,China)

Abstract：Based on the observation data of Shaanxi province,the objective of this research is to measure and calculate of irrigation water use efficiency in Shaanxi province and the related problems arising from this process.Research results showed that head-end method is suitable for Shaanxi irrigated area,irrigation water use efficiency was increased year by year.

Key words：head-end method,sample irrigated area,irrigation water use efficiency

基金项目：陕西省灌溉水利用系数测算技术服务研究项目

作者简介：李志军(1976-)，男，讲师，主要从事灌溉试验技术研究与推广工作。E-mail：345386997@qq.com

中图分类号：S274.4

文献标志码：A

文章编号：2096-0506(2015)02-0011-06