新疆灌区灌溉水利用系数变化分析

阿依努尔·米吉提

（新疆喀什噶尔河流域管理局，新疆 喀什 844000）

灌溉水利用系数是田间灌溉且被作物利用的水量与灌溉可用总水量之比，主要受灌区灌溉条件、用水工程现状、管理水平、灌溉技术等影响，灌溉水利用系数常常作为科学评价灌溉用水利用效率、节水灌溉技术水平、节水潜力、农业灌溉管理水平等的基本指标[1]。对各灌区农业灌溉工程建设与管理水平的提升具有现实意义。

1 研究概况

新疆位于我国西部地区，降水稀少，蒸发强度大，干旱指数高，生态脆弱，属于我国典型的纯灌溉性农业区域。近年来在国家政策的大力支持下，新疆地区节水灌溉农业发展速度加快，水资源利用效率不断提升。

研究资料涵盖2000 年～2012 年期间新疆80 个县引水渠灌区、自流灌区、井提水灌区和高效节水灌区的灌溉水量、灌水面积、用水定额、节水规模以及渠系防渗等数据。2009 年8 月～10 月选择上述灌区中的干渠、支渠、斗渠和农渠渠道数千个观测断面展开渠系水利用系数现场测试工作，考虑到北疆、南疆和东疆区域在灌溉工程和水文地质方面存在差异，2011 年6 月～8月选择10 个典型灌溉区域内的100 处样本进行田间水利用系数实地测验，形成6700 组观测数据作为本研究的基础性资料。结合灌溉工程的具体型式和灌溉模式，对新疆引水渠灌区、自流灌区、井提水灌区和高效节水灌区的灌溉水利用系数进行研究，并分析新疆灌区灌溉水综合利用系数及其主要影响因素与边际效应。

2 研究方法

2.1 渠系水利用系数

式中：η渠系为渠系水利用系数；W出为渠系固定输出水量总和（m3）；W入为渠系引入水量总和（m3）；η干为干渠渠系水利用系数；η支为支渠渠系水利用系数；η斗为斗渠渠系水利用系数；η农为农渠渠系水利用系数。

2.2 田间水利用系数

式中：η田间为田间水利用系数；m 为灌水定额设计值（m3/hm2）；A 为末级渠道所控灌溉面积实际值（hm2）；W 为末级渠道所释放灌溉水量（m3）。

2.3 灌溉水利用系数

灌溉渠系分为防渗渠和土渠，根据（4）式计算防渗渠与土渠的灌溉渠系灌溉水利用系数：

式中：ηf干～农为干～农渠防渗渠系水利用系数；fs 为干～农渠防渗渠长度占比；ηt干～农为干～农渠未防渗土渠渠系水利用系数。

3 研究结果

3.1 不同灌区灌溉水利用系数

根据水源类型将新疆灌区灌溉类型划分为五种：包含沟、畦灌溉类型的输水渠系自流灌区以及井提水自流灌区，自压式和加压式半固定喷灌、加压式喷灌机喷灌和移动喷灌，自压式和加压式微喷滴灌、膜下滴灌及渗灌，自压式和加压式低压管道输水灌溉。

利用（1）～（4）式的检测方法测得新疆各灌区干渠、支渠、斗渠和农渠的渠系水利用系数和田间水利用系数，并按照地级灌区、南疆、东疆和北疆灌区等行政区划，加权分析各个灌区的基础水量计算成果，所得2010 年新疆引水渠灌区、自流灌区、井提水灌区和高效节水灌区灌溉水利用系数计算结果如表1～表3 所示。计算结果显示，新疆自流灌区、井提水灌区、喷灌、微灌及低压管道灌溉形式的灌溉水利用系数分别为0.369、0.678、0.794、0.872 和0.798，从大到小依次为：微灌＞低压管道灌溉＞喷灌＞井提水灌溉＞自流灌溉。

表1 2010 年新疆自流灌区灌溉水利用系数计算结果

表2 2010 年新疆井提水灌区灌溉水利用系数计算结果

表3 2010 年新疆高效节水灌区灌溉水利用系数计算结果

3.2 新疆灌区灌溉水综合利用系数

综合考虑包含沟、畦灌溉类型的输水渠系自流灌区以及井提水自流灌区，自压式和加压式半固定喷灌、加压式喷灌机喷灌和移动喷灌，自压式和加压式微喷滴灌、膜下滴灌及渗灌，自压式和加压式低压管道输水灌溉等五种新疆灌区灌溉用水类型并形成综合性新疆灌区灌溉系统[2]。以上述各类型灌区灌溉用水量Wi为权重进行加权平均，求得新疆灌区灌溉水综合利用系数：

式中：η综合为新疆灌区灌溉水综合利用系数；η1为自流灌区灌溉水利用系数；η2为井提水灌区灌溉水利用系数；η3为高效节水灌区灌溉水利用系数；wi为自流灌区、井提水灌区和高效节水灌区灌溉引水量（m3）。

结合表1～3 新疆灌区2010 年不同灌溉模式的灌溉水利用系数和灌溉水量的计算结果，按照式（5）求得出新疆灌区灌溉水综合利用系数，绘出2000 年～2012 年各年的灌溉水综合利用系数变化曲线，如图1 所示：新疆灌区灌溉水综合利用系数逐年增大，从2000 年的0.389 增大到2012 年的0.507，增加25.7%，南疆灌区从0.338 增加到0.465，增加37.6%；东疆灌区从0.538 增加到0.692，增大28.6%；北疆灌区从0.448 增加到0.579，增大29.2%。新疆灌区灌溉水综合利用系数从大到小依次为：东疆灌区＞北疆灌区＞南疆灌区，增加幅度从大到小依次为：南疆灌区＞北疆灌区＞东疆灌区。上述结论与新疆各灌区实际发展水平基本相符，南疆灌区灌溉水综合利用系数增加幅度最为明显，所以南疆灌区灌溉农业发展空间更大。

图1 新疆各个灌区灌溉水综合利用系数

3.3 灌溉水综合利用系数的影响

影响灌区灌溉水综合利用系数的因素包括渠道防渗长度X1、井提水灌溉面积X2、高效节水灌溉面积X3、常规灌溉面积X4、渠道防渗系数X5，采用逐步回归方式，进行影响因素X1～X5与灌溉水综合利用系数的拟合分析，拟合效果良好且主要为正效应。借助柯布道格拉斯模型构建如下函数关系：

式中：Y 为产出；xn为要素投入量；α、bn为待定常数。

在式（6）中对xn求Y 的偏导数，则得：

进而：

结合新疆各灌区2000 年～2012 年渠道防渗长度X1、井提水灌溉面积X2以及灌溉水综合利用系数等数据，并利用式（7）得出柯布道格拉斯拟合方程，结果如表4。

表4 灌溉水综合利用系数拟合方程

式中，R0.05=0.523，R0.01=0.660，F0.05=3.82，F0.01=7.66，灌溉水综合利用系数拟合方程的相关系数和方差均通过检验，柯布道格拉斯回归方程拟合效果良好[3]，考虑到灌区实际和投入因素发展变化的影响，采用表4 所列回归方程进行新疆灌区灌溉水综合利用系数分析。根据式（7）分析Xi影响ηi的边际效应结果如表5 所示，新疆灌区防渗渠道长度每增加1 km，ηi将提高0.0067；井提水灌溉面积每增加1 hm2，ηi提高0.0011；南疆灌区防渗渠道长度每增加1 km，ηi将提高0.0487，井提水灌溉面积每增加1 hm2，ηi提高0.0967；东疆灌区防渗渠道长度每增加1 km，ηi将提高0.5005，井提水灌溉面积每增加1 hm2，ηi提高0.0512；北疆灌区防渗渠道长度每增加1 km，ηi将提高0.0954，井提水灌溉面积每增加1 hm2，ηi提高0.0258。由此可见，农业灌溉系统的优化对渠道防渗和灌溉节水都具有积极作用，且对新疆灌区灌溉水综合利用系数提升效果明显，尤其是南疆与东疆灌区更加显著。

表5 新疆各灌区影响要素对灌溉水综合利用系数的影响效应

4 结论

2012 年新疆各灌区自流灌溉、井提水灌溉、喷灌、微灌及低压管道灌溉等模式灌溉水综合利用系数为0.507，与2000 年的0.389 相比提高了25.7%，其中南疆灌区增加效果最为显著，该结论与新疆灌区灌溉工程建设和节水灌溉模式的发展基本一致。同时借助柯布道格拉斯模型对灌溉水利用系数的主要影响因素及各因素的具体影响程度加以定量计算，充分表明，新疆灌区灌溉水利用系数的不断提升，与近年来其渠道防渗、高效节水灌溉技术的推广有密切关系，灌溉条件及工程的管理水平等均对灌区灌溉水利用系数也有一定程度的影响，所以必须加强灌溉工程建设与管理，切切实实提升新疆灌区农业灌溉管理水平。