宁夏汉延渠灌区灌溉用水量变化影响因素分析

王海永，沈 红，丛振涛，马 铭

(1.宁夏汉延渠管理处，银川 750004；2.清华大学土木工程系，北京 100084)

水资源是人类社会可持续性发展不可缺少的战略性资源，也是实现社会经济可持续发展的基础条件。在水资源消耗中，农业用水占据份额最大，如2015年全国总用水量6 103.2 亿m3，农业用水占63.1%。近年来，随着城镇化和工业化快速发展，用水矛盾进一步加剧，水资源紧缺问题日趋严重，农业节水刻不容缓。

汉延渠是宁夏引黄灌区最古老的干渠之一，距今已有两千多年的历史。干渠全长88.05 km，设计引水流量70 m3/s，近11年年均用水量约5.01 亿m3。灌区地处西北干旱地带，以沙壤土为主，光照充足，多年平均降雨量约为180 mm，降雨主要集中6-8月，多年平均蒸发量约为1 750 mm。灌区灌溉设施较为完善，农业现代化程度相对较高,是优质的农业种植基地。

1 灌溉用水量变化分析

影响灌区灌溉用水量的因素主要有灌溉制度、灌溉面积和种植结构、渠系状况、灌溉管理水平等。在各种因素综合作用下，汉延渠灌区灌溉用水量呈逐年下降趋势。2006-2016年间灌溉用水量由5.97 亿m3逐渐下降到3.89 亿m3，减少了2.08 亿m3，减幅达34.84% ，见图1。

图1 汉延渠灌区灌溉用水量变化趋势折线图

2 灌溉影响因素分析

2.1 灌溉制度变化分析

灌溉制度是指作物在播种前及生育期内的灌水次数、灌水定额、灌溉定额及每次灌水日期[1]。分析2006和2016年小麦、水稻、玉米灌溉制度。

由表1和表2可知：小麦拔节-孕穗期的灌水次数由2次减为1次，灌水定额由1 650 m3/hm2减少到1 050 m3/hm2，整个生育期灌溉用水定额由2006年的4 950 m3/hm2减少的2016年的4 350 m3/hm2，减幅12%；水稻插秧-分蘖期和分蘖-拔节期的灌溉次数分别由2006年的12次和4次减少到2016年的10次和3次，整个生育期的灌溉定额由2006年的1.365 万m3/hm2减少到1.23 万m3/hm2，减幅9.9%；取消玉米灌浆晚期的一次灌溉(定额为450 m3/hm2)并将灌浆早期的灌水定额由600 m3/hm2增加到750 m3/hm2，玉米全生育期的灌溉定额由2006年的3 750 m3/hm2减少到2016年的3 450 m3/hm2，减幅8%；伴随着灌区高效节水灌溉方式、农艺节水技术的改进、灌区用水习惯的转变以及抗旱节水作物新品种推广应用，主要作物灌溉灌水定额、次数得到优化，水稻灌水次数由27次减少到24次，春小麦由5次减少到4次，玉米由4次减少到3次，灌溉定额也有不同幅度的减少，平均减幅10%左右，为灌区灌溉用水量的减少做出了贡献。

表1 汉延渠灌区2006年主要作物灌溉制度简表

2.2 种植结构变化分析

农业种植结构是灌溉用水量的决定性因素之一，优化调整种植结构是提高农作物水分利用效率的有效途径之一[2,3]。近年来，灌区各级政府及农业主管部门充分利用灌区水资源和其他农业生产要素，通过适度压减高耗水作物、扩大节水和耐旱作物种植等方式不断优化作物种植结构，调整作物时空种植布局，灌区作物呈现出多样化特点。

表1和表2表明，与2006年相比， 2016年灌区主要作物灌溉面积与总面积占比发生了明显变化。图2可知，小麦和高耗水的水稻灌溉面积减幅较大，耗水较少的玉米种植面积由2006年的8.6%增加到21.5%。随着经济的发展，设施农业、林地、蔬菜(图2中的其他)的灌溉面积由2006年18.7%增加到2016年的39.2%增速较为明显。从图2可看出2009-2014年间种植结构调整幅度明显，2015-2016年调整幅度不大，灌区的作物种植比例日趋优化和稳定，作物种植结构不断优化调整对灌溉用水量减少起到了积极的作用。

2.3 渠系水利用系数变化分析

近年灌区大力实施渠道砌护改造，干渠砌护长度由2006年不足7 km增加到2016年69.09 km，灌区内支渠以下末级渠系砌护率也达到90%以上。通过大规模砌护改造，减少渗漏损失，渠系水利用系数明显提高。渠系水利用系数由2006年的0.452提高到2016年的0.549，灌溉水利用系数由2006年的0.366提高到2016年的0.456。

表2 汉延渠灌区2016年主要作物灌溉制度简表

图2 汉延渠灌区主要作物灌溉面积变化趋势折线图

2.4 用水量归因分析计算方法

选取2006、2012、2016年作为典型年进行灌溉用水量分析计算，典型年灌区用水量计算公式如下：

(1)

式中：W为典型年灌区灌溉用水量；Ai为典型年作物i的有效灌溉面积；Mi为典型年作物i的灌溉用水定额；η水为典型年灌区的灌溉水利用系数。

灌区主要作物2016年灌溉制度与2006年比较，在灌水次数、灌水日期变化不大，灌水定额略有减少，从而导致灌溉用水定额略有减少，在作物有效灌溉面积和灌区灌溉水利用系数不变的情况下，因灌溉制度优化而产生的灌区灌溉节水量可由下式计算得到：

(2)

与2006年比较，灌区主要作物2016年有效灌溉面积变化较大，在作物灌溉制度和灌区灌溉水利用系数不变的情况下，因灌溉面积及种植结构调整而产生的灌区灌溉节水量可由下式计算得到：

猫眼女人看着他。她用指头沾点地上的血，举到鼻子上闻了闻。她明白了什么。她说那你等着吧，我叫人送钱来！猫眼女人打个电话，一辆黑色的奔驰商务车开过来，嘎地一声在他跟前停下。车上下来几个穿黑衣黑裤手里拎钢管的大汉，揪着大福的脖领子问那疼。大福手指指腰，钢管就砸到腰上；大福手指指腿，钢管就砸到腿上。直砸得他浑身青肿，跪在地上求饶才罢手。

(3)

灌区工程改造持续推进、灌溉管理水平提高使得渠系灌溉水利用系数明显提升。在作物灌溉制度和作物有效灌溉面积不变的情况下，因灌区水利用系数而产生的灌区灌溉节水量可由下式计算得到：

(4)

(5)

(6)

2.5 用水量计算结果与分析

2.5.1 典型年灌区灌溉用水量计算

根据各种作物有效灌溉面积、灌溉用水定额计算得到了灌区各种作物灌溉用水量，见表3。

表3 汉延渠灌区典型年主要作物灌溉用水量计算表

查阅《汉延渠2005-2006年灌区续建配套节水改造项目可行性研究报告》和水资源管理局相关统计报表，2006年灌区灌溉水利用系数仅为0.366。依据宁夏水利科学研究院干渠渠系水利用系数测算成果，汉延渠灌区2016年渠系水利用系数为0.456，2012年无水利用系数测算及统计资料，灌溉水利用系数取2006年和2016年均值0.411，由此计算得到这三年的灌区用水量分别为6.09、4.66、3.61 亿m3，而这三年灌区实际用水量分别为5.97、4.73、3.89 亿m3，偏差分别为1.8%、1.5%、3%。

2.5.3 各种因素对灌溉节水量影响分析

利用公式(2)、(3)可以分别计算各种因素影响灌溉用水节水量，计算结果见表4。

表4 汉延渠灌区各影响因素灌溉用水节水量计算表

利用公式(4)～(6)可以分别计算渠系、干渠、支渠以下末级渠系水利用系数提升影响的灌区灌溉节水量，计算结果见表5。

表5 汉延渠灌区渠系水利用系数提升影响灌溉用水节水量分析计算表

3 结 论

通过分析灌溉制度、有效灌溉面积和种植结构、渠系改造对灌区用水量的影响，建立各影响因素与灌溉用水节水量数学模型，得出了3项因素节水量，结论如下：

(1)通过优化灌溉制度，合理分配生育期的灌水次数和灌溉定额，能有效减少灌区用水量，汉延渠灌区2016年较2006年通过优化灌溉制度实现灌溉节水3 363 万m3。

(2)通过加大渠系工程改造、提高输配水管理水平能不断提升灌区渠系水利用系数，进而减少灌区用水量。汉延渠灌区渠系水利用系数由2006年0.366提升到2016年0.456，因此实现灌溉节水4 486 万m3。其中干渠水利用系数由0.78提升到0.85，实现灌溉节水2 444 万m3，支渠水利用系数由0.58提升到0.65，实现灌溉节水1 633 万m3。

(3)灌溉面积的减少及合理优化种植结构对灌溉用水量减少作用明显，汉延渠灌区2016年较2006年因灌溉面积的减少及合理优化种植结构实现灌溉节水10 983 万m3，估算面积减少因素约占40%，合理优化种植结构对灌区节水意义较为显著。

3项因素合计实现灌溉节水18 832 万m3，计算结果较实际少约0.20 亿m3，水利用系数提升节水计算结果也存在偏差，主要是因为进行节水量计算时采用线性方程计算，采取2006、2016年统计数据均值进行计算，一定程度上削弱了误差影响，但因缺乏灌溉制度、水利用系数等部分基础数据，且各年度作物种植结构及有效灌溉面积等数据统计与实际相比也有一定偏差。

3项因素对灌区灌溉用水节水权重分别为18%、24%和58%，由此可知，汉延渠灌区灌溉用水量减少最主要的原因是灌溉面积萎缩及种植结构调整，其次是渠系水利用系数提升，最后是优化灌溉制度。

除了灌溉制度、灌溉面积和种植结构、渠系状况之外，管理水平也对灌区用水量起到了决定性作用，它对灌区用水量减少的影响综合体现在灌溉制度优化、渠系工程改造、水资源配置调度、优化种植结构等环节和过程中。汉延渠灌区引黄灌溉条件便利，通过近20年的改造，灌排系统完善，灌溉面积和作物种植结构也趋于稳定。因此，今后单纯从灌溉 制度、灌溉面积和种植结构、渠系状况等方面进行农业灌溉节水，空间不大，更应该通过创新和规范来提升管理水平，努力发挥管理在以上三方面的综合作用，向管理要水。

种植结构多样化、用水需求多元化已成为汉延渠灌区农业灌溉最主要的特点，伴随着灌区节水型社会建设和农业综合改革深入推进，灌区供用水体制将会发生根本性变革。因此，灌区各级政府及水管部门应该切实履行管理职能，按照分区治水思路，把节水作为水利改革发展要务，积极引入先进节水思想创新管理理念，按照水利转型升级和现代水利发展的目标规划，加强顶层节水体制和政策研究设计，借助信息化手段提升管理水平，逐步建设计量精准化和控制自动化的节水型现代化灌区，以灌溉现代化促进农业现代化，为农业增效和农民增收提供水安全保障[4]。