“首尾测算分析法”在林芝市农田灌溉水有效利用系数测算中的应用研究

杨 冰，宫鹏杰，田 军，黄 东

(1.广东省水利水电科学研究院，广州 510635；2.林芝市水利局，西藏 林芝 860000)

1 概述

农业是我们的衣食之源、生存之本，是国家的国民经济基础。根据2020年度《中国水资源公报》统计，全国用水总量为5 812.9亿m3，其中农业用水达到3 612.4亿m3，占比超过62%。2020年全国农田灌溉面积超过7 500万hm2，其中高效节水灌溉面积超过2 300万hm2[1]，余下超过69%的土地仍采用低效的地面漫灌方式。可见，如何提升农业灌溉用水效率、扩大高效节水灌溉面积是新时代促进农业改革发展的方向。作为科学评估地方农田灌溉水效率、节水潜力的重要指标，农田灌溉水有效利用系数在提升农业用水效率方面发挥关键作用[2]。农田灌溉水有效利用系数是指灌区真正灌入田间被作物利用的总水量与灌区从所有水源取用的灌溉总水量的比值[3]。该系数可定量表征某灌区从水源取水到被田间作物真实利用过程中水资源的利用程度，可以综合体现某灌区的自然概况、提水引水设施条件、用水管理现状以及灌溉技术水平等能力[4-7]。

2012年1月国务院印发《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，确立用水效率控制红线，农田灌溉水有效利用系数被列为主要考核指标之一[2]。农田灌溉水有效利用系数测算是落实我国最严格水资源管理制度、全面推进我国节约用水行动，有效控制我国水资源消耗总量和消耗强度、努力创建节水型社会的关键指标[8-9]。为此，全国各地区的水利基层工作者、高校或研究机构的学者及研究员，分别以省域、市县或单独灌区为研究对象，在考虑不同灌溉方式、不同来水条件、不同耕作植物等影响因素的情况分下，开展了大量的农田灌溉水有效利用系数实例测算分析工作[7]，并在此基础上总结了丰富的实践经验、基础研究数据为全国各地的农业节水工作做出了突出贡献[8]。

以农业为主的西藏自治区地处世界屋脊-青藏高原，虽然有“亚洲水塔”之称，但山脉纵横、沟壑遍布，实际上平坦、土壤肥沃、水源稳定的有效耕地面积少之又少，且大多数是零散的分散各河流稍微宽阔平坦且不连续的河谷两岸。各有效耕地面积小、形状不规整，很难形成片区规模，地块碎片化特征明显[10-11]。虽然地表水资源量居全国首位，但由于天然地形限制和现有农业灌溉条件的落后，致使整个西藏地区的农田灌溉水有效利率不高。针对青藏高原地区，尤其是林芝地区水量观测条件有限、耕地碎片化特征突出的情况，开展系统的、连续的、标准的农田灌溉水有效利用系数测算分析研究工作，对于改善西藏自治区农业种植结构、强化农业用水监管，都有重要的现实意义和参考价值[12]。

2 方法与数据

2.1 研究区概况

林芝地处西藏东南部，雅鲁藏布江中下游，下辖巴宜区、工布江达县、米林县、墨脱县、波密县和察隅县。林芝市西部和西南部分别与拉萨市、山南市相连，西连那曲市嘉黎县、东接昌都市，南部部分区域在藏南地区、缅甸接壤，被称为“西藏江南”，有世界上最深的峡谷—雅鲁藏布江大峡谷和世界第三深度的峡谷帕隆藏布大峡谷。林芝市东西跨度为647 km，南北全长为353 km，总面积超过11万km2。林芝市平均海拔为3 100 m，是世界陆地垂直地貌落差最大的地带，热带、亚热带、温带及寒带气候等多种气候带并存。林芝市的年均温度为8.7℃、年降雨量在651 mm左右，年平均日照时数超过2 000 h[13]。

林芝市耕地土壤含粗粒部分多，土层瘠薄，生物活动弱，有机质少，发育的土壤主要为高山和亚高山草原土，从上至下为灰化土、棕色灰化土、棕壤土和黄壤土等。

根据《2020年西藏自治区水资源公报》统计，2020年林芝市用水总量为2.005 2亿m3，其中农业是用水大户，占总用水量的88.96%，工业用水占2.19%，居民生活用水占8.61%，生态环境补水量占0.24%。

经统计，林芝市现有中型灌区6宗、小型灌区93宗，无大型灌区和纯井灌区，设计灌溉面积为14 556.6 hm2，有效灌溉面积为8 062.4 hm2。林芝市的农业主要集中在尼洋河、帕隆藏布和雅鲁藏布江干、支流的河谷两岸，因无霜期较短，农作物基本上是一年一熟制。作物种类比较单一，主要农作物有青稞、小麦，少量地区也种植玉米、油菜、土豆、辣椒、瓜果等。由于林芝市农田“田高水低”现象突出，农田灌溉水源主要是山顶雨雪融水自流引水，且水源距田块距离远、渠系硬化程度偏低。

2.2 研究方法

1)测算方法

按照全国农田灌溉水系数测算分析工作统一要求和林芝市实际测算条件，林芝市2021年的灌溉水有效利用系数测算采用“首尾测算分析法”，具体公式如下：

(1)

式中：

η——该灌区的农田灌溉水有效利用系数值；

W净——该灌区实际灌入田间被作物利用的总水量(净灌水量)，m3；

W毛——灌区从所有水源取用的灌溉总水量(毛灌水量)，m3。

为体现田块用水整体情况和测算工作的连续性，完整计算周期从1月1日统计至12月31日结束。

“首尾测算分析法”与详细测定灌区干支斗农等各级渠道水利用系数来推算农田灌溉水有效利用系数等方法相比，在计算复杂程度和计算难度和计算量方面都有较大优势。“首尾测算分析法”不用考虑灌区用水在田块间渠道中水分运输的损耗、易于操作且大大减少人为观测误差和计算误差，测算结果可靠性较高[2]。

2)系数测算工作流程

“首尾测算分析法”工作流程主要包含3个环节：

① 样点灌区与样点田块选择。首先根据林芝市农业种植和灌溉实情，从不同县区选取不同水源条件、不同种植模式的代表性灌区。然后根据样点灌区中田块形状和渠道输水线路特征，选定方便观测的样点田块。最后充分收集样点灌区和样点田块的灌溉面积、种植作物等基础信息。

② 净灌溉用水量与毛灌溉用水量测量。针对各选定的样点田块，针对性的制定水源取水观测方案和田间灌溉水量计量方案，并开展定期的监测与统计。

③ 灌溉水有效利用系数测算。根据实际监测结果，分别计算样点田块的净灌溉用水量和毛灌溉用水量，由此逐步推算出各类型样点灌区、全市的农田灌溉水有效利用系数值。

3 林芝市农田灌溉水有效利用系数测算

3.1 选择样点灌区

选择样点灌区应充分综合考虑灌区的地形地貌、土壤类型、工程设施、管理水平、水源条件(提水、自流引水)、作物种植结构等因素，所选样点灌区能代表市级区域范围内同规模与类型的灌区。同时，所选样点灌区应保持相对稳定，使测算分析工作连续进行，获取的数据具有年际可比性[4]。

林芝市中型灌区共6个，本次选取其中3个中型灌区作为样点灌区，占林芝市中型灌区数量比例为50%。据统计。2021年林芝市中型灌区有效灌溉面积是5 247.47 hm2，本次测算选取的中型样点灌区的总有效灌溉面积为1 615.13 hm2，有效灌溉面积占比超过30%，满足中型样点灌区有效溉面积总和不应少于林芝市中型灌区相档次总有效灌溉面积10%的要求。

林芝市共有小型灌区93个，本次测算选取其中10个作为样点小型灌区，选取的小型样点灌区数量占比超过10%，完全满足小型样点灌区数量不少于全市所有小型灌区数量0.5%的规定。据统计，2021年林芝市小型灌区有效灌溉总面积达到15 077.13 hm2，选取的小型样点灌区总面积为3 076.67 hm2，面积占比超过1/5，完全满足小型样点灌区有效灌溉面积不低于全市所有小型灌区总有效灌溉面积1%的规定。

2021年，林芝市共计选定13个样点灌区，分布于林芝市各个县区。

3.2 选择典型田块

在田块类型选择方面，典型田块适宜选择边界清楚、面积适中的规则田块；同时需要考虑田块的平整度、种植作物类型、土壤肥沃程度、耕作与灌水制度和方式以及土壤含水量等因素的代表性作物种类、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、地下水埋深等方面的代表性。

在田块数量选择方面，中型样点灌区需要在灌区上、中、下游分别选取不同作物代表的典型田块。小型样点灌区需要选取不少于2块典型田块代表不同种植作物[4]。

根据上述要求，林芝市2021年农田灌溉水有效利用系数测算共计选取各类型典型田块共计29块，选取样点田块总面积约为418 220 m2，占样点灌区总面积的8.9‰，主要农作物包括油菜、玉米、青稞、油菜、辣椒等(见表1)。

表1 典型田块基本信息统计 m2

3.3 灌溉水量测算方法

1)毛灌溉用水量测定

在选定的各样点灌区的引水渠渠首附近，选取渠道断面规则、渠段顺直、水流均匀的断面安装固定水尺，工作人员携带便携式流速仪，定期前往各水尺断面读取渠道断面的水位和流速数据，由此计算每个断面的流量，即可代表该样点灌区的毛灌水量。

2)净灌溉用水量测定

林芝市各灌区种植结构和灌溉方式基本相同，且由于地形限制，田块大多小而分散，耕地碎片化，给净灌溉用水量的测定带来很大挑战。在有限的测定成本条件下，本次测算选取土壤墒情仪实时监测与间接推算的方式相结合。

在种植冬小麦和青稞的典型田块各安装1台土壤墒情仪，分别对10 cm、20 cm、30 cm和40 cm土层的土壤含水率、土壤温度进行15 min间隔频次的连续观测，结合田块的气象观测数据，在去除降雨影响背景下，智能识别人工灌溉引水的次数、每次灌水的持续周期，同时可以自动计算出每次灌溉水量，即可直接计算典型田块的总净灌溉用水量(见图1)。

4 测算结果及问题分析

4.1 测算结果

全市的农田灌溉水有效利用系数η市表示全市在测算完整年度内真正灌入田间被作物利用的总水量与灌区从所有水源取用的灌溉总水量的比值。在依次计算出各中、小型样点灌区的农田灌溉水有效利用系数之后，林芝市全市的农田灌溉水有效利用系数根据各类型样点灌区占各类型全部灌区的面积权重进行加权平均计算，公式如下：

(2)

式中:

η中，η小——分别代表林芝市所有中、小型灌区2021年农田灌溉水有效利用系数；

W中，W小——分别代表林芝市所有中、小型灌区年毛灌溉用水量，万m3。

经计算，2021年林芝市农田灌溉水有效利用系数为0.459，计算结果见表2。

4.2 存在问题与对策分析

根据表2的计算结果可知，2021年林芝市全市的农田灌溉水有效利用系数达到0.459，其中，全市中型灌区的农田灌溉水有效利用系数为0.435，全市小型灌区的农田灌溉水有效利用系数为0.476。根据《中国水资源公报(2020年)》数据，2020年全国的农田灌溉水有效利用系数平均值是0.565，而2020年西藏自治区全区的农田灌溉水有效利用系数平均值仅有0.451。对比可见，林芝市农田灌溉水有效利用系数略高于西藏平均水平，但远低于全国平均水平。根据2021年林芝市农田灌溉水实践测算工作经验总结可知，林芝市甚至整个西藏地区的农田灌溉水有效利用系数偏低的主要原因如下。

表2 林芝市2021年农田灌溉水有效利用系数成果

1)农民灌溉理念未转变。由于城市经济发展、区域交通运输、农业基础设施建设、市县农业发展规划等各方面的条件均落后于全国其他大部分地区，导致林芝甚至整个西藏地区的农民耕种习惯仍然保留传统的漫灌状态，由此基层的管理工作也是粗放管理[14]。大多数农田水利设施的建设未达到国家要求，渠道漏损、破坏、堵塞、淤积断流现象突出，水资源存在浪费的情况，不能合理利用水资源。绝大多数农户仍是在使用延续大水漫灌的灌溉习惯，由此造成农业用水的的严重浪费[4]。

2)测算工作起步晚。相较于全国从2006年就开始了农田灌溉水有效利用系数测算工作，林芝市在2018年以后才真正开始农田灌溉水有效利用系数测算工作，工作起步落后其他省份，工作推广和经验积累薄弱。基层水利工作者缺乏农田水利监管专业知识，农田基本上没有水资源量计量设施，灌溉用水量统计难度大[13]。由于缺乏相关的监督、管理，农田灌溉水有效利用系数测算工作经验不足，政府在进行农业种植规划时也缺乏真实的参考依据。

为改善林芝市乃至整个西藏地区农田灌溉水有效利用系数偏低的现状，主要解决对策有以下两方面：

1)普及农田灌溉水有效利用系数测算重要性。通过推广农民参与灌区管理等方法来提高灌区管理水平，进而提高农田灌溉水利用系数。逐步由传统农业种植思维向现代化思维转变，限制田间大水漫灌、随意开凿引水渠放水的低效灌溉习惯，广泛宣传引进滴灌和喷灌等成熟且先进的现代化灌溉手段[7]。

2)加强农田水利工程的基础建设。分级分阶段推进林芝市各灌区的末级渠系改造工程建设，逐步加大林芝市灌区渠道衬砌和渠系配套建筑物的建设与维护的专项资金投入，提升渠系过流能力、提高输水流速、缩短输水时长，以减少渠道渗漏损失水量，逐步提高林芝市的农田水利基础设施现代化、标准化建设水平。

3)重视农田灌溉信息化建设。林芝市各县镇村各级行政单位要积极落实灌区取水水源水量自动化、信息细化计量设施的安装和普及推广宣传，以便尽早实现林芝市全域的农业用水水源的定量化、信息化监管。

4)完善管理体系和监管机制。逐步普及、提高基层水利工作者农田水利相关专业知识，宣传引导农户合理利用水资源、提高农田灌溉效率的意识。对林芝市各县镇村的农业基层管理工作人员开展多轮次的技术培训，将技术普及工作推广至田间地头，强化灌区统计资料对于整个测算工作的重要性，以此保证灌区基础资料的可靠性与时效性[15]。

5 结语

1)本文针对林芝市灌区实际情况，采用“首尾测算分析法”，采用13个样点灌区，29处典型田块，在充分调查、量测及比较分析的基础上，测算得到林芝市2021年农田灌溉水有效利用系数为0.459，中型灌区为0.435，小型灌区为0.476。通过对比林芝市2021年(0.459)和2020年的农田灌溉水有效利用系数(0.452)可知，近两年林芝市的农田灌溉水有效利用系数处于上升状态，目前在西藏处于首位，但放眼全国来看仍仍然是平均线以下。

2)测算分析得到的林芝市2021年农田灌溉水有效利用系数值比较真实客观地反映了当前农业用水效率和农田水利建设与管理现状。结合测算工作实践经验分析总结了林芝市农田灌溉在管理和监管等方面存在的问题，并针对性提出解决对策，以期为林芝市经济社会发展与节水型社会建设提供参考依据。

3)农田灌溉水利用系数测算计算的影响因素繁杂，系数变化趋势有长系列的田间试验数据进行支撑分析可对具体的影响因素进行单位分析，有助于量化影响因素对当地农田灌溉水利用系数变化产生的影响，林芝市需持续进行农田灌溉水利用系数的测算，补充收集各灌区的基本资料信息便于后续研究。