农田灌溉水有效利用系数测算分析工作研究——以重庆市万州区为例

吴浩源，周 令，文 斌，强 跃

(1.重庆长江水务集团有限公司，重庆 404100；2.重庆三峡学院，重庆万州 404100；3.重庆市万州区水利局，重庆 404100)

农田灌溉水有效利用系数（下文简称为有效利用系数）是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[1]。有效利用系数既能有效衡量灌溉水利用效率，也是实行最严格水资源管理制度的“三条红线”的重要指标之一。

因此，农业节水对于促进节水型社会建设非常重要。早在2012年，国务院就发布了《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，明确要求实行最严格水资源管理制度，并做出相关部署和安排。这对于解决中国复杂的水资源问题、实现经济社会的可持续发展具有重要意义和深远影响[2]。农田灌溉水有效利用工作是事关百姓身边的大事，提升有效利用系数是我国建成节水型社会的重中之重，也是一项惠国惠民的水利工程。

有效利用系数测算工作实践性较高，且影响因素较多，如水库灌溉、渠道布设、气象条件、水土保持、农民节水意识等。万州区有效利用系数测算工作在重庆市万州区水利局的统筹部署下，选择了合理的灌区及典型田块，通过现场实测及资料收集，并按照《全国农田灌溉水有效利用系数测算分析技术指导细则》（下文简称为“《指导细则》”）要求完成各年的有效利用系数测算工作。

一、研究区域基本概况

万州区位于三峡库区腹心的平行岭谷低山丘陵区，长江从西南流向东北将其劈为南东、北西两半，区内地形起伏，低山、丘陵、槽谷相间排列，成层性明显，属山地、丘陵地形。万州区地处亚热带湿润季风气候区，气候温和，多年平均气温19.0 ℃。降雨丰富，具有春早、夏长、秋雨、冬暖的立体性气候特点。

2021年，万州区地表水资源量为27.844 2亿立方米，地下水资源量为3.561 9亿立方米，水资源总量达27.844 2亿立方米。其中，万州区地表水供水量为3.197 7亿立方米，地下水供水量为0.013 6亿立方米，其他供水量为0.031 7亿立方米，总供水量达3.243 0亿立方米，生产生活等总用水量达3.243 0亿立方米，人均综合用水量为207立方米，农田灌溉亩均用水量为355立方米。

2021年，万州区设计灌溉面积56.78万亩，有效灌溉面积52.667万亩，万州区农田实灌面积30.10万亩。万州区农田灌溉用水量10 034.53万立方米。经测定，万州区2021年水稻灌溉用水定额为336.32立方米/亩，玉米灌溉用水定额为86.74立方米/亩。万州区主要灌溉农作物为水稻。2021年农作物种植面积大于（接近）10%的除水稻外，玉米、甘薯、马铃薯分别为11.8%、9.6%、12.3%。水稻属于灌溉作物，玉米部分灌溉，甘薯、马铃薯未灌溉。

图1 万州区地理位置图及DEM图

二、测算方法

（一）样点灌区的选择

样点灌区的选择应具有代表性、可行性、稳定性。选择的样点灌区既要考虑区域分布、工程状况等因素以代表整个区域，并能在测算工作中有条件进行支撑工作。

结合万州区实际地形地貌、气象条件、作物分类、灌溉习惯及灌溉方式等区域性特征，自2017—2021年，万州区均选择7个样点灌区，分别为新田中型水库灌区（1～5万亩）、五梁小型水库灌区、菜地沟小型水库灌区、红旗小型水库灌区、贯丰小型水库灌区、东峡小型水库灌区、枫香坪小型水库灌区。7个样点灌区全部为自流引水，这和万州区的实际取水情况是一致的。从数量上看，1～5万亩中型水库灌区全区共三个，样点灌区占33.33%，小型水库灌区全区2 041个，样点灌区占1.06%；从有效灌溉面积上看，1～5万亩中型水库灌区全区共3.8万亩，样点灌区占47.37%，小型水库灌区全区44.267万亩，样点灌区占6.43%，样点灌区的选择具备合理性。样点灌区选择之后综合考虑作物种类、灌溉方式、畦田规格、地形、土地平整程度、土壤类型、灌溉制度与方法等选择合适的典型田块。

（二）测算净灌溉水量

依照“直接量测法”计算净灌溉水量。通过测算各样点灌区典型田块每次灌水前后计划湿润层的土壤含水率或田间水深变化计算出每次灌水的亩均净灌溉用水量，然后对几次灌水得到的净灌溉水量求和即可得年净灌溉用水量。

玉米灌水量计算公式如式（1）、式（2）：

或：

水稻淹水灌溉灌水量如式（3）：

再计算典型田块年亩均灌溉用水量，计算公式如式（4）：

根据典型田块的年亩均用水量及灌区的实际灌溉面积计算出各灌区的年净灌溉用水量，计算公式如式（5）：

在运用“直接量测法”时，还应以“观测分析法”加以验证。

（三）测算毛灌溉用水量

万州区水库灌区均为自流引水，毛灌溉水量分为水库渠首水量与山坪塘供给水量之和。水库取水水量只需在用于农田灌溉渠道渠首处进行实测，并辅以监测设备可得。计算公式如（6）：

计算各处水库灌溉水量是先通过多次测量，建立该处的流量—水位的关系曲线，每次灌溉时只需对该处水位测量便可推算出灌溉水量。

山坪塘供水量由“重复蓄数法”计算，即山坪塘有效容积乘以重复蓄水次数作为山坪塘供水量。

（四）有效利用系数成果

根据 “首尾测算法”计算样点灌区有效利用系数，即净灌溉用水总量与毛灌溉用水总量的比值。计算公式如式（7）：

各样点灌区有效利用系数计算结果见表1。

表1 2017-2021年万州区样点灌区农田灌溉水有效利用系数

由表1和图2不难看出，从2017至2021年，新田水库灌区有效利用系数增长幅度最大，达到1.54%，红旗水库灌区有效利用系数增长幅度最小，为0.43%，东峡水库灌区有效利用系数每年增长最均匀，年相对增长率均在13.6%至19.5%。多年以来，贯丰水库灌区的有效利用系数是最大的，五梁水库灌区的有效利用系数是最小的。

图2 万州区近五年样点灌区有效利用系数图

根据各类型样点灌区的算术平均数作为中型、小型灌区有效利用系数，最后以各类型实际灌溉面积加权平均得到全区最终有效利用系数。测算结果见表2。

表2 2017-2021年万州区不同类型灌区有效利用系数

图3 万州区近五年样点灌区及全区农田灌溉水有效利用系数走势图

显然，万州区农田灌溉水有效利用系数逐年增加，且各类型灌区有效利用系数均稳步增长，这主要取决于每年对各灌区的持续投入增加农田灌溉的科学性、农户的节水意识逐渐提高使节水措施落到实处。

三、讨论及建议

（一）影响因素分析

1.人为因素

有效利用系数测算工作需要人工测算、计算的数据很多，计算结果难免存在一定误差。比如田间实测水深，作业者往往是利用田间水标尺进行直接测量，在田间测量多次后取得平均值作为田间水深。此外，计算时亦会产生相应的舍入误差。

2.环境因素

经全国分区统计发现，西南地区农田灌溉有效利用系数是最低的[3]，这和地理环境不无关系，如万州区各灌区存在地形环境复杂、典型田块破碎、典型田块连片性较差等致使节水灌溉措施开展难度大、受益慢，且对于测算分析工作难度进一步加大。

3.气象因素

气象因素主要是降雨及日照的影响。一般来说，降雨量越高，有效降雨量越大，有效降雨量对农田灌溉用水有着直接的影响。降雨时往往水库蓄水，田间由降雨及山坪塘补给供水。因此，降雨量越大，灌溉水量越小。于山地而言，降雨还存在较大的时空分布不均匀性，突出表现在年降雨量的多寡与样点灌区某主要灌溉作物并不具备很好的一致性。万州区主要灌溉作物为水稻，其生长周期大致为3个月时间，一般是从五月份至八月份。根据万州区新田气象站收集资料，每年降雨量最大均在八九月份，而水稻生长最需水时期为泡田期，一般在四、五月份。因此，降雨与水稻灌溉有较高的不匹配性。

此外，日照环境对作物的蒸腾量也有较大影响。日照时间长，蒸腾量越大，作物需水量就越大，为保证作物生长效率，灌溉量就会越大。

4.工程因素

节水灌溉工程对农田灌溉水有效利用系数至关重要。至2021年，万州区已完成节水灌溉工程面积达22.01万亩，主要以渠道防渗为主。但限于地理环境和资金问题仍存在渠道铺设不全、部分渠道堵塞垮塌等现状。此外，农业用水计量设施的安装对于有效利用系数测算分析工作也很有必要。

(二)措施分析

1.优化样点灌区选择

西南地区以山地、丘陵为主，在样点灌区的选择上需要格外注意，许多农田连片性低、地理环境较差、土地规格类型多样化，选择样点灌区时应尽可能避免以减小测算分析工作难度，提高典型田块代表性。

2.适宜新技术应用

近年来，各种新型高效的灌溉技术投入使用，如渠道防渗、低压管道、喷灌、微灌等，但是对于山区部分灌溉区域并不完全适用。因此，研究适用性更强的高效灌溉技术仍有必要。

3.加大水土保持

对于山地、丘陵而言，并不可能实现渠道灌溉全覆盖，合理利用山区优势十分必要。就西南而言，降雨量较为丰富，因此，通过修建山坪塘、加大水土保持便能将降水化为可供的农田灌溉用水。

4.强化技术培训

农田灌溉水有效利用系数测算分析工作一直是严格执行水资源管理的重点工作，其工作难度大，主要是因为工作周期长、实践性强。比如一些复杂灌区资料收集统计难度大、许多工作需要和灌区工作人员、灌区农民配合完成。因此，对于灌区工作人员的技术培训十分重要。

5.加强节水意识培养

不同地区、不同环境、农户年龄及学历等均会使农田灌溉水的利用程度不同。西南地区水资源较丰富，许多地区灌溉较粗放。因此，对农户的节水意识培养、科学灌溉培训很有必要。