新疆灌区农业节水潜力浅析

徐明金

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

我国是用水大户，调查显示，农业用水占我国总用水量的70%。相关研究表明，我国农业用水效率较低、用水比重大，存在巨大节水潜力[1- 3]。目前，关于节水潜力尚无普遍适用、统一完善的概念和定义。传统意义上的节水潜力是指相对于未实施节水措施，实施多种或一种节水措施后某地区、行业(或作物)、单个部门所需水量的减少量[4- 6]。通过节水潜力分析研究，我国学者提出了适用于不同灌区的节水潜力计算方法，如秦长海[7]提出从取用节水和资源节水两方面计算农业极限节水潜力；刘秋丽[8]通过面积定额法计算出山西省农业节水潜力；汤英[9]等对灌区农业节水潜力利用情景分析法，从田间系统和输水系统的角度进行节水预测；崔秋利[10]基于FAO推荐的Penman-Monteith公式及有效降水计算公式估算了1957—2017年京津冀地区冬小麦、夏玉米的耗水量及水分利用效率以及冬小麦、夏玉米的节水潜力，提出可通过改善土壤条件，优化灌溉管理以及秸秆覆盖等措施提高冬小麦及夏玉米的水分利用效率。

新疆灌区农业节水潜力计算及研究较少，本文以新疆库山河灌区为例，充分考虑种植业结构调整、节水工程措施、水资源管理等因素，利用面积定额法计算灌区范围内主要作物需水量，确定灌溉水利用系数及田间水利用系数。这不仅有利于提高水资源利用率，而且对认识新疆所采取节水效果、水资源开发潜力有重要作用。

1 研究区概况

1.1 灌区范围及现状用水情况

库山河灌区位于新疆西南部，地处塔里木盆地西缘、帕米尔高原之东，库山河自西南流向东北，流经克孜勒苏柯尔克孜自治州的阿克陶县、喀什地区的英吉沙县和疏勒县，最后消失于疏勒县境内的布谷里沙漠，库山河全长156.9km，多年平均年径流量6.52亿m3。流域涉及新疆喀什地区和克州两地三县20个乡镇，分为克州阿克陶县灌区、喀什地区英吉沙县灌区和疏勒县灌区。灌区经济以农业为主，作物以棉花、小麦、玉米、果树为主，由于农业生产灌溉水平整体较低，灌区人民长期处于低收入的贫困水平。2016年灌区GDP为71.5亿元，人均15541元，仅为新疆平均水平的38.3%。

现状年库山河灌区用水总量89270万m3，其中农业用水量86182万m3，占比96.5%；工业用水量891万m3，占比1.0%；生活用水量2197万m3，占比2.5%，灌区现状年用水量结构如图1所示。由此可见，库山河灌区用水对象主要为农业，对灌区农业节水潜力展开分析对该区域的水资源管理和社会经济发展具有重要意义。

表1 库山河灌区现状年农业用水指标和效率表

图1 库山河灌区现状年用水结构示意图

1.2 受水区现状用水水平

根据库山河灌区现状年农业灌溉用水量和作物种植结构的调查统计，对农业灌溉综合毛(净)定额、灌溉水利用系数、渠系水利用系数、高效节水灌溉面积等用水指标和效率进行分析。

2016年灌区农业综合净灌溉定额333m3/亩，农业灌溉水利用系数0.44，渠系水利用系数0.52，节水灌溉面积18.33万亩，高效节灌率为16.3%。库山河灌区现状年农业用水指标和效率见表1。

2016年全疆农业综合亩均用水量593m3/亩，灌溉水利用系数0.53，库山河灌区农业用水水平在全疆处于较低水平。但与邻近水土条件、气候条件、经济发展水平等基本相当的南疆四地州对比，农业综合灌溉定额属中等偏上水平；灌溉水利用系数相对较低，有待于进一步提高；高效节水发展水平属中等水平。库山河灌区与南疆四地州对比见表2。

表2 库山河灌区与南疆四地州农业用水水平对比表

2 农业节水潜力评价方法

本文在《新疆用水总量控制方案》和“三条红线”基础上，通过采取一系列的工程和非工程措施，根据地方近期可达的节水水平，从影响农业节水潜力的种植结构优化、田间管理技术措施以及工程措施等方面进行分析，提高灌溉水利用系数和减少灌溉用水量，据此估算农业节水潜力。

农业节水潜力分析应先确定库山河灌区灌溉面积、农业种植业结构、灌溉水利用系数，计算现状年与设计水平年农业需水量，节水潜力为设计水平年灌溉用水的直接减少量。

2.1 农业需水量

(1)

Wi=Ai×Ni

(2)

式中，W农—农业需水量，万m3；Wi—各作物净需水量，万m3；η—灌溉水利用系数；Ai—作物灌溉面积，万亩；Ni—作物灌溉净定额， m3/亩。

2.2 农业节水潜力

通过工程节水措施分析预期可达的灌溉水有效利用系数；结合种植结构优化调整、田间管理技术进步，分析预期可达的灌溉定额；计算对应规划年灌溉用水直接减少量，计算公式为：

ΔW农=ΔW渠系+ΔW田间

(3)

ΔW渠系=W田规/(η渠系规-η渠系现)

(4)

(5)

式中，ΔW农—农业节水潜力，万m3；ΔW渠系、ΔW田间—渠系和田间节水潜力，万m3；W田规—规划年田间净需水量，万m3；η渠系规—规划年渠系水利用系数；A规、A现—规划和现状年灌溉面积，万亩；η田规—规划年田间水利用系数；W规、W现—规划年和现状年农业净需水量，万m3。

3 库山河灌区农业节水潜力分析

3.1 灌区灌溉面积

库山河灌区现状灌溉面积112.5万亩，为落实自治区退地减水方案，根据自治区人民政府批复的《新疆用水总量控制方案》逐年退减灌溉面积计划，库山河灌区面积由现状年112.5万亩退减至规划年98.06万亩。

3.2 农业种植业结构

现状库山河灌区人均灌溉面积2.4亩，低于南疆四地州人均灌溉面积3.4亩，灌区人民在有限的水土资源条件下，通过推广特色林果、蔬菜、瓜类等经济作物，提高经济作物比例，保障农民收入。库山河灌区不同年份种植结构见表3。

表3 库山河灌区不同年份种植结构

3.3 渠系水利用系数

现状灌区渠系水利用系数为0.52，与GB 50288—2018《灌溉与排水工程设计标准》不低于0.55要求还有一定差距，说明灌区渠系水利用系数有提高潜力。规划年根据灌区改造工程实施情况，按照各县用水效率控制指标，提高渠系水利用系数，使渠系水利用系数达到0.64，减少渠道输水损失，达到农田灌溉过程中节水效果，实现农业灌溉节水。库山河灌区各级渠系水利用系数见表4。

表4 库山河灌区各级渠系水利用系数表

3.4 田间水利用系数

库山河灌区现状年高效节水灌溉面积18.33万亩，高效节灌率为16.3%。规划年灌区大力发展高效节水面积至65.43万亩，高效节灌率达到66.7%。通过提高节灌率，打通农业节水最后一公里，田间水利用系数由现状0.84提高到0.90。库山河灌区高效节灌率和田间水利用系数见表5。

表5 库山河灌区高效节灌率和田间水利用系数表

3.5 现状年灌区农业需水量

利用式(1)—(2)计算灌区农业需水量，结果见表6。

表6 库山河灌区现状年农业需水量统计表 单位：万m3

3.6 农业节水潜力估算。

规划年库山河灌区灌溉面积98.06万亩，利用上节计算结果及公式(1)—(5)计算可知：与现状用水量相比，可实现农业灌溉节水量11814.1万m3。库山河灌区规划年农业节水潜力详见表7。

表7 库山河灌区规划年农业节水量统计表 单位：万m3

4 结论

本文从渠系节水和田间节水两方面分析库山河灌区农业节水潜力，充分考虑灌区农业种植业结构调整、渠系防渗改造和高效节水面积推广等因素，得出以下结论：库山河灌区农业有一定节水潜力，与现状年相比节水潜力为11814.1万m3，占现状灌区总用水的13.2%，由此可见，农业节水是库山河灌区未来节水工作中的重点。渠系节水潜力为7452.3万m3，占农业总节水潜力的63%，因此可以将渠系防渗改造仍然是灌区农业节水的方向；田间节水潜力为4361.8万m3，占灌区农业节水潜力的37%，主要以发展高效节水为主。