山西省2017年农田灌溉水有效利用系数测算分析研究

(山西省汾河灌溉管理局中心试验站，山西 祁县 030900)

农田灌溉水有效利用系数是指在某次或某一时间内被农作物利用的净灌溉水量与水源渠首处总灌溉引水量的比值，它不仅是灌溉用水效率的重要评价指标，而且是国家实行最严格水资源管理制度、确立水资源管理“三条红线”控制目标的主要指标之一。2016年10月18日，水利部和国家发改委下发《“十三五”水资源消耗总量和强度双控行动方案》(水资源司[2016]379号)，提出到2020年，农业亩均灌溉用水量显著下降，农田灌溉水有效利用系数提高到0.55以上。为做好农田灌溉水有效利用系数测算分析工作，水利部农村水利司下发了《全国农田灌溉水有效利用系数测算分析技术指导细则》(以下简称“《指导细则》”)，提出了“首尾测算法”，统一了测算分析方法，规范了各地灌溉水有效利用系数测算分析工作。

山西省水利厅按照水利部的统一部署，自2006年起开展了全省农田灌溉水有效利用系数测算分析工作，跟踪分析评价全省灌溉水有效利用系数变化情况。

1 样点灌区农田灌溉水有效利用系数测算方法

1.1 测算公式

《指导细则》采用“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。计算分析时段采用日历年。计算公式见式(1)：

(1)

式中：η为灌区灌溉水有效利用系数；W净为灌区净灌溉用水总量，m3；W毛为灌区毛灌溉用水总量，m3。

1.2 样点灌区净灌溉用水量测算

各样点灌区的净灌溉用水量，由各种作物年亩均净灌溉用水量与实灌面积的相乘数相加而得。

获取作物年亩均净灌溉用水量有3种方法，即“直接量测法”、“观测分析法”和 “调查分析法”。

(1)“直接量测法”是指在每次灌水前后按《灌溉试验规范SL 13-2004》有关规定，观测典型田块内不同作物年内相应生育期内计划湿润层的土壤质量含水率或体积含水率(或田间水层变化)，计算该次亩均净灌溉用水量，在各次亩均净灌溉用水量的基础上，推算该作物年亩均净灌溉用水量。

(2)“观测分析法”首先要观测实际进入典型田块田间的年亩均灌溉用水量，再根据当年气象资料、作物种类等情况，依据水量平衡原理计算典型田块某种作物当年的净灌溉定额。然后，对二者进行比较，判断充分灌溉还是非充分灌溉，进而得出典型田块年亩均净灌溉用水量。

(3)“调查分析法”是通过收集与典型田块种植作物和灌溉方式相同的当地(或临近地区)灌溉试验站灌溉试验结果，或者灌区规划、可行性研究报告等资料中不同水平年的净灌溉定额，结合当地灌溉经验拟定复核当年降水年型的灌溉制度。在此基础上对典型田块进行实地调查，了解当年的实际灌水次数和每次灌水量，通过与灌溉制度比较，推测典型田块年亩均灌溉用水量，并参考上述方法确定典型田块年亩均净灌溉用水量。

(4)“观测分析法”比较复杂，技术难度较大，没有灌溉试验站的地区需要气象资料确定作物蒸发蒸腾量，需要灌水时量水测水，还需要在作物播种和收获时观测土壤含水率等等。“直接量测法”操作比较简单，耗费的人力比较少，不需要在典型田块上安装量水设施，也不必在灌水时进行量水，但需要有土壤含水率观测工具和设备。这两种方法观测分析得到的作物净灌溉用水量都比“调查分析法”得到的作物净灌溉用水量更加科学和准确。

1.3 样点灌区毛灌溉用水量测算

灌区毛灌溉用水总量是指灌区全年从水源(一个或多个)取用的用于农田灌溉的总水量，该水量一般通过实测确定，一般采用日历年的年毛灌溉用水量。

山西省自流灌区一般干-支-斗-农渠道供水方式，灌区水源一般以某大中型水库为主，其它区间来水、堤坝截流等次要水源为辅。各级渠道渠首放水口一般都有量水设施，其农业灌溉水量可通过观测统计。提水灌区和纯井灌区灌溉主要通过泵站和水泵提水，因此，调查了解该泵站的年度提水量，减去非农业灌溉用水量即为该年度的灌溉供水量。或者以耗电量、耗油量进行推算获得灌溉供水量。

2 2017年度山西省农田灌溉水有效利用系数测算结果与分析

2.1 样点灌区选择

2017年山西省共测算了172个样点灌区，其中大型灌区12个，中型灌区39个，小型灌区60个，纯井灌区64个。大型灌区100%全部是样点灌区；中型灌区总的样点数量和有效灌溉面积比例分别为22.4%、32.7%，符合《指导细则》所要求的5%、10%指标要求，数量和有效灌溉面积选取比例应与全省该档次比例相协调；对于小型灌区，数量上不少于本省级小型灌区数量的0.5%，且所选样点灌区的有效灌溉面积占本省全部小型灌区有效灌溉面积的比例为7.9%，符合《指导细则》大于1%的要求；纯井灌区样点灌区(测算单元)个数是根据山西省纯井灌区的实际情况所确定，同一种灌溉工程形式所选的的样点灌区数量上都超过了5个以上，符合《指导细则》关于纯井灌区样点的选取要求，所选样点灌区的数量能代表山西省纯井灌区的灌溉用水有效利用系数的整体情况。

样点数量、有效(设计)灌溉面积情况及分析结果见表1。

表1 2017年样点灌区数量、有效灌溉面积统计信息

表2 2017年山西省大型灌区灌溉水有效利用系数测算结果

2.2 典型田块选取

选择边界清楚、形状规则、面积适中、有固定的进水口和排水口、并且配备量水设施的田块作为典型田块。在作物种类的要求上，如果播种面积超过灌区总面的的10%，则必须进行典型田块的选择。大型灌区在上、中、下游有代表性的斗渠控制范围内分别选取，每种需观测作物至少选取3个典型田块。中型灌区在上、下游有代表性的农渠控制范围内分别，至少选取3个典型田块进行作物种类的观测。小型灌区按照作物种类、耕作和灌溉制度与方法、田面平整程度等因素选取典型典型田块，每种需观测的作物种类至少选取2个典型田块。纯井样点灌区按照土质渠道地面灌、防渗渠道地面灌、管道输水地面灌、喷灌和微灌等5种类型进行选取，在同种灌溉类型下每种需观测的作物至少选择2个典型田块。

2017年各样点灌区根据实际情况，共选取典型田块209块，观测作物主要以春玉米和冬小麦为主，另外还有棉花、高粱、马铃薯，大蒜、芦笋、番茄、辣椒、茄子、饲草、葡萄、苹果树、梨树等经济和杂粮作物。

2.3 全省农田灌溉水有效利用系数测算结果

2.3.1 全省大型灌区农田灌溉水有效利用系数测算结果

全省大型灌区农田灌溉水有效利用系数的计算方法是依据各样点灌区农田灌溉水有效利用系数以大型灌区毛灌溉用水量与加权平均后得出。2017年山西省大型灌区农田灌溉水有效利用系数计算结果η省大=0.484 6，测算结果见表2。

2.3.2 全省中型灌区农田灌溉水有效利用系数测算结果

中型灌区农田灌溉水有效利用系数的计算方法是以中型灌区3个档次样点灌区灌溉水有效利用系数为基础，采用算术平均法分别计算出1～5万亩、5～15万亩和15～30万亩灌区的灌溉水有效利用系数；然后将汇总得出的1～5万亩、5～15万亩和15～30万亩灌区年毛灌溉用水量加权平均，得出全省中型灌区农田灌溉水有效利用系数为0.501 0。结果见表3、表4。

表3 2017年山西省中型灌区农田灌溉水有效利用系数测结果

表4 2017年山西省中型灌区农田灌溉水有效利用系数测算结果

2.3.3 全省小型灌区农田灌溉水有效利用系数测算结果

小型灌区农田灌溉水有效利用系数的计算方法，是以测算分析得出的各个小型样点灌区农田灌溉水有效利用系数为基础，采用算术平均法得出全省小型灌区农田灌溉水有效利用系数。经测算2017年全省小型灌区农田灌溉水有效利用系数总平均值为0.475 8。测算结果见表5。

表5 2017年山西省小型灌区农田灌溉水有效利用系数测结果

2.3.4 全省纯井灌区农田灌溉水有效利用系数测算结果

纯井灌区农田灌溉水有效利用系数的计算方法是以测算分析得出的各类型纯井样点灌区灌溉水有效利用系数为基础，采用算术平均法分别计算5种类型灌区农田灌溉水有效利用系数；然后，按不同类型灌区年毛灌溉用水量加权平均计算得出。2017年全省纯井灌区农田灌溉水有效利用系数测算结果为0.639 8。测算过程见表6。

表6 2017年山西省纯井灌区灌溉水有效利用系数测算结果

2.3.5 全省农田灌溉水有效利用系数测算结果

在已测得的各规模与类型灌区农田灌溉水有效利用系数的情况下，以该类型灌区全省年毛灌溉用水量加权平均，测得2017年全省农田灌溉水有效利用系数为0.538。测算结果见表7。

表7 2017年山西省农田灌溉水有效利用系数测算结果

2.3.6 全省农田灌溉水有效利用系数测算结果分析

2017年全省农田灌溉水有效利用系数与2016年的0.534相比提高了0.004。从以下几个方面进行提高原因及合理性分析。

1)投资对灌溉水利用系数影响分析

多年来，中央财政、地方财政和群众自筹等在山西农业灌溉工程上的投入力度不断增加。通过灌区节水改造、泵站更新改造、小农水重点县等重点项目建设，全面推行农田水利建设标准化，现代化灌区示范创建等，节水灌溉工程面积不断增加，十二五期间水利工程投资额度1 257亿元，进入十三五后，2016年和2017年全省节水灌溉工程总投资43.86亿元，节水灌溉工程面积累计达到1 522.05万亩，占总有效灌溉面积的比例60.43%，2016年新增节水灌溉面积15.13万亩，2017年新增节水灌溉面积21.09万亩，农田灌溉水有效利用率进一步得到了提升。

2017年全省节水灌溉工程总投资12.20亿元中，大型灌区的投资额为6.96亿元，占全省总投资的57.0%。大型灌区经过续建多年的配套与节水工程改造，工程状况得到了大的改观，特别是在渠道防渗、配套建筑物改造等方面力度很大，所以大型灌区的灌溉水有效利用系数每年都有提升，且提升幅度比全省平均水平相对较高。

2)灌区规模与类型对系数测算结果影响分析

山西省灌区有30万亩以上大型灌区12个，1～30万亩中型灌区174个，万亩以下小型灌区12 539个，机井68 631个。大中型型灌区有自流和提水2种类型。在所有类型灌区中，万亩以上大中型灌区占全省总有效灌溉面积的51.87%，实灌面积占比50.63%，灌溉用水量占比54.98%。大中型灌区在灌溉面积和用水量上基本占据全省总量的一半以上，由于全省灌溉水利用系数是在样点灌区的系数基础上，以全省总灌溉水量加权平均得出，因此，在山西省，大中型灌区灌溉水利用系数对全省灌溉水利用系数的影响度，比小型灌区和纯井灌区影响因素相对较大。

3)单位面积用水量对灌溉水利用系数的影响分析

理论上，在其他条件相同的前提下，单位面积用水量增加，无效用水量会增加，相应的灌溉水利用系数会减小。2016年山西省总灌溉用水量432 811.87万 m3，实灌面积2 351.62万亩，单位面积平均用水量184.05 m3。2017年山西省总灌溉用水量446 785.00万 m3，实灌面积2 410.08万亩，单位面积平均用水量185.38 m3。单位面积用水量相比较，两年基本持平。因此，单位面积用水量对2017年全省灌溉水利用系数影响因素可以基本忽略。

4)降水量对灌溉水利用系数的影响分析

同理，在其他条件相同的前提下，降水量大的年份，会使该年份灌溉水利用系数减小，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年与2016年相比略有增加，增量微小。分析认为，降雨量对2017年灌溉水利用系数的影响作用不是太大，即使有这方面的因素存在，也是会对系数的提高有一定作用，但作用不是太大。

5)管理水平对灌溉水利用系数的影响分析

随着节水知识的普及，用水户节水意识的增强，农村灌溉工程、田面工程有了很大的改善；加之水利方面节水灌溉设备和灌溉技术的应用，农业农机方面地膜覆盖、节水耐旱品种等的应用和种植构的调整，提升了输水效率，优化了用水结构；同时，国家对各种节水灌溉设备的采用采取鼓励和政府投资、政府补贴等，一定程度上也对农业灌溉用水效率的提高起到了积极的作用。

从2011年开始，国家开始推行实行最严格水资源管理制度考核，山西省也相应启动了实施最严格的水资源管理考核问责制度，开展用水总量、万元工业增加值用水量、农田灌溉水有效利用系数和重要水功能区水质达标率等4项的指标考核工作。最严格水资源管理制度的落实实施，进一步提高了各级水管部门、水管单位的节水意识，推动了灌区用水管理，各级灌区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数的提高上作用非常明显。

3 结语

按照《全国农田灌溉水有效利用系数测算分析技术指导细则》测算方法及要求，山西省在2017年以全省172个不同规模和类型样点灌区农田灌溉水有效利用系数为基础，以全省灌区统计资料中全省毛灌溉用水量为权重，测算分析得出了山西省2017年大、中、小和纯井灌区农田灌溉水有利用系数分别，以及全省农田灌溉水有效利用系数。结合全省灌区工程建设、用水管理和农业综合节水技术推广应用等方面的因素，认为测算结果基本反映了山西省实际情况，相关成果对山西省灌区工程建设、用水管理和规划编制等有一定指导意义。

农田灌溉水有效利用系数测算工作是一项长期工作，在今后的工作中应加强典型田块选取的规范性，积极采取有效措施，增加全省样点灌区采用直接量测法测算的数量和比例，使测算结果更加科学精确。