武清区农田灌溉水有效利用系数测算分析

高 微，薛 霞

（1.武清区水利技术服务中心，天津 301700；2.天津市水利科学研究院，天津 300061）

武清区是天津市主要涉农区之一，依据《2020天津水务发展统计公报》，天津市农业灌溉用水量占全市总用水量的37.01%，武清区农业灌溉用水量占全区总用水量的62.30%。因此，正确测算灌区灌溉水有效利用系数，分析灌溉技术和管理上存在的问题，提出改进措施，对提高灌溉水利用率、促进农田灌溉节水工作上水平具有重要意义，同时为制定可靠的节水措施提供科学依据[1]。

1 灌区概况

武清区位于天津市西北部、京津走廊之间，总面积15.74 万hm2，辖5 个街道、24 个镇。武清区现有耕地面积8.56 万hm2，有效灌溉面积6.02 万hm2，节水灌溉控制面积5.77 万hm2。武清区有20个中型灌区（包括4个重点中型灌区和16个一般中型灌区）和4 个井灌区，灌区全部实现了灌溉计量或直接计量或以电折水计量。武清区成立了20 个灌区管理单位，承担灌区工程设施建设、管理与维护、合理调配水源、规范灌区用水等任务。

灌区灌溉水源包括地上水和地下水。其中，地上水主要靠河道、排水渠道、水库、坑塘调蓄外来水和自产水而成为灌溉水源；地下水指井水，仅全淡水区限采利用。

2 测算对象确定

灌溉水有效利用系数是指一次灌水期间被农作物利用的净水量与渠首引进水量的比值[2]，或渠系水有效利用系数与田间水有效利用系数的乘积[3]。它是衡量灌溉水从水源到田间被作物利用效率的指标，可以反映灌区的灌溉用水管理水平、灌溉技术水平和工程质量[4，5]。武清区全部为提水灌区，灌溉水源来自河道、渠网、水库、坑塘及机井，提水设施将水经斗灌渠和毛灌渠（管道）输送至畦田，所以确定测算对象为斗灌渠首提水设施至田间。

3 测算方法介绍

3.1 经验统计调查法

按照灌溉水有效利用系数的定义和测算对象的确定，2015—2017 年采用经验统计调查法测算全区灌溉水有效利用系数，即根据土渠和各类节水工程灌溉水有效利用系数的经验数据以及控制面积的统计资料，按式（1）测算全区的灌溉水有效利用系数：

式中：η为灌区灌溉水有效利用系数；η喷为喷灌灌溉水利用系数，取0.8；η微为微灌灌溉水利用系数，取0.9；η管为低压管道灌溉水利用系数，取0.76（管道输水系数取0.95，田间系数取0.8）；η砼为混凝土明渠灌溉水利用系数，取0.585（渠系系数取0.9，田间系数取0.65）；η土为土渠灌溉水利用系数，取0.489（渠系系数取0.75，田间系数取0.65）；A喷为喷灌控制灌溉面积（hm2）；A微为微灌控制灌溉面积（hm2）；A管为低压管道控制灌溉面积（hm2）；A砼为混凝土明渠控制灌溉面积（hm2）；A土为土渠控制灌溉面积（hm2）。

3.2 典型实测法

3.2.1 样点灌区和典型田块的选取

在对武清区灌区综合调研的基础上，按照具有代表性、可行性和稳定性的原则，根据水源类型和灌区规模，将全区灌区划分为3 类，即重点中型灌区（0.35 万hm2≤设计灌溉面积＜2.10 万hm2）、一般中型灌区（0.07 万hm2≤设计灌溉面积＜0.35 万hm2）和纯井灌区。在各类灌区中选取的样点灌区情况，详见表1。

表1 选取的样点灌区和典型田块情况

在样点灌区中选取典型田块，要综合考虑灌溉方式、作物种类、畦田规格、土壤类型、计量设施等因素。其中，对播种面积超过灌区总播种面积10%以上的作物类型，要分别选择典型田块[6]。在样点灌区中选取的典型田块情况，详见表1。其中，崔黄口灌区按照上、下游及作物种类选取12 个典型田块，分别是上游冬小麦3 个、夏玉米3 个，下游冬小麦3个、夏玉米3 个；大孟庄灌区按照上、下游及作物种类选取12个典型田块，分别是上游冬小麦3个、夏玉米3个，下游冬小麦3个、夏玉米3个；大王古庄灌区选取8 个典型田块，分别是水活铺村冬小麦2 个、夏玉米2个，张家场村冬小麦2个、夏玉米2个；下伍旗灌区选取10个典型田块，分别是齐庄村冬小麦2个、夏玉米2个，丁庄村冬小麦2个、夏玉米2个、蔬菜2个。

3.2.2 样点灌区灌溉水有效利用系数计算

各样点灌区灌溉水有效利用系数按下式计算：

式中：η样为样点灌区灌溉水有效利用系数；W样净为样点灌区年净灌溉用水量（万m³）；W样毛为样点灌区年毛灌溉用水量（万m³）。

（1）W样净的确定。在典型田块上，使用TDR 仪器实测每次灌水前后土壤含水率，计算出典型田块亩均净灌溉用水量，再结合实灌面积计算出该样点灌区不同区域不同作物的年净灌溉用水量W样净。

（2）W样毛的确定。根据测算对象确定的边界，毛灌溉用水量采用斗灌渠首提水设施直接计量或以电折水方式换算得出。

3.2.3 全区灌溉水有效利用系数计算

全区灌溉水有效利用系数按下式计算：

式中：η为灌区灌溉水有效利用系数；η样1为第1 个样点灌区灌溉水有效利用系数；η样2为第2个样点灌区灌溉水有效利用系数；η样n为第n个样点灌区灌溉水有效利用系数；W毛1为第1 个样点灌区所代表区域年毛灌溉用水量（万m³）；W毛2为第2 个样点灌区所代表区域年毛灌溉用水量（万m³）；W毛n为第n个样点灌区所代表区域年毛灌溉用水量（万m³）。

4 结果与分析

4.1 计算结果

2015—2017 年，采用经验统计调查法计算武清区灌区灌溉水有效利用系数，结果详见表2。2018—2020 年，采用典型实测法计算武清区灌区灌溉水有效利用系数，结果详见表3。

表2 2015—2017年灌区统计数据及灌溉水有效利用系数计算结果（采用经验统计调查法）

表3 2018—2020年灌区统计数据及灌溉水有效利用系数计算结果（采用典型实测法）

4.2 结果分析

武清区2015—2020 年灌区灌溉水有效利用系数变化，如图1 所示。由图1 可知，武清区灌溉水有效利用系数总体上呈波折式上升趋势。其中，2015—2017 年上升幅度较大，2018 年出现下沉拐点，2018—2020 年平缓上升，主要原因是：①2015—2017 年，在市级重点县项目的支持下，节水工程建设投入较大，节水灌溉控制面积增长迅速，因此这一时段灌溉水有效利用系数上升幅度较大；②从2018年开始采用典型实测法计算灌溉水有效利用系数，较使用经验统计调查法测算结果存在差异，典型实测法明显优于经验统计调查法，致使在2018 年出现拐点；③2018—2020 年，节水工程建设步伐减缓，农田建设重点放在灌区改造、维修养护和管理方面，因此灌溉水有效利用系数呈平缓上升趋势。

图1 2015—2020年武清区灌溉水有效利用系数变化曲线

按式（3）计算出武清区2020 年农田灌溉水有效利用系数为0.736，较可靠地反映了当年武清区农田灌溉水有效利用水平。

4.3 影响因素分析

总结多年灌溉工作实践，得出影响灌溉水有效利用系数的主要因素是单位面积灌溉用水量、节水工程建设和灌溉管理水平等。

4.3.1 单位面积灌溉用水量分析

单位面积灌溉用水效率即单位面积净灌溉用水量与单位面积毛灌溉用水量的比值。2018—2020年武清区灌区单位面积净、毛灌溉用水量，详见表4。

表4 2018—2020年武清区灌区单位面积净、毛灌溉用水量

由表4 可知，2020 年与2018 年相比，单位面积毛灌溉用水量下降了14.6%，单位面积净灌溉用水量下降了13.49%，2020年单位面积灌溉用水效率为0.736，较2018 年单位面积灌溉用水效率0.727 显著提高。可见，单位面积灌溉用水效率的提高，使得灌溉水有效利用系数稳定提升。

4.3.2 节水工程建设分析

武清区2015—2020 年灌区节水工程累计面积、累计投资情况，如图2 所示。由图2 可知，2015—2017 年，武清区节水工程累计投资8 467 万元，主要用于建设低压管道灌溉工程、泵站和取水IC 智能控制柜；新建节水工程面积0.63 万hm2。2018—2020年，节水工程累计投资2 807万元，主要用于建设取水IC 智能控制柜和对已安装取水IC 智能控制柜进行维修；新建节水工程面积仅为0.05 万hm2。可见，2015—2017年，新建节水工程面积增长较快。

图2 2015—2020年武清区灌区累计节水工程面积及累计节水工程投资情况

随着节水工程累计投资逐步提高，2015—2017年，武清区灌区灌溉水有效利用系数提高4.29%。2018—2020 年，武清区灌区灌溉水有效利用系数提高1.38%。由此可知，通过加大节水工程建设，增加节水工程面积，有效减少田间深层渗漏和渠道渗漏，对灌区灌溉水有效利用系数提高起到重要作用。通过节水计量设施建设，可提高用水管理水平，使灌区灌溉水有效利用系数保持稳定。

4.3.3 管理水平分析

武清区自2013 年开始农业水价试点改革，至2020 年完成全区农业水价综合改革工作。武清区农业水价综合改革实施了以水价机制为核心、以奖补机制为保障、以工程和计量设施建设为基础、以“总量控制、限额管理”为手段、以工程管护机制为依托的一系列改革措施，做到了用水有计量、用水有台账，提高了田间工程管理水平。

2020年，武清区以灌区为单位建立了20个中型灌区的灌区管理机构，主要职能为农田水利工程设施的管理和维护、合理调配水源、严格计划用水、推进各镇相应的管理体制和运行机制改革等。灌区管理机构的建立为后续进行中型灌区改造明确了管理主体，对已建工程完好度提升提供了管理保障。

5 结论

（1）客观确定了测算对象。武清区的灌排特征是灌排渠同道，实行提水灌溉。农田排水分干、支、斗三级排渠，其中干、支排渠兼有调、蓄水功能，为网状农田灌溉水源。经综合考虑，确定测算对象为斗灌渠首提水设施至田间。

（2）采用典型实测法计算得出的武清区2020 年农田灌溉水有效利用系数为0.736，较可靠地反映了当年武清区农田灌溉水有效利用水平，较全市灌溉水有效利用系数0.72 上升了2.22%。这表明武清区节水工程较完善、农业水价综合改革等管理措施初见成效。

（3）2015—2020 年，通过改变测算方法及精度、新建节水工程和加装计量设施等，武清区灌溉水有效利用系数呈波折式上升，提高了5.14%。这表明在种植结构没有发生变化的情况下，随着节水工程面积的增加，灌溉水有效利用系数逐步提高；节水工程建成后，对其用水有效管护和田间用水有效管理会使灌溉水有效利用系数趋于稳定。

（4）提高单位面积灌溉用水效率、推广建设节水工程、实施灌溉工程和田间用水精细化管理，均能使灌溉水有效利用系数有效提高。

6 展望

在低压管道灌溉方式上，很多农户还未采用吞袖式移动软管灌溉方式，以致过量灌溉水的流入降低了水资源利用效率。随着水价改革的推进，在用水补贴奖励和水价的双重刺激下，吞袖式移动软管灌溉方式有望得到推广，田间灌溉水利用率随之会进一步提高。

在水利部加快大中型灌区续建配套和现代化改造、加快补齐农村基础设施短板、推动农村基础设施提档升级的部署下，天津市持续推进大中型灌区续建配套建设，完善灌区智能化建设管理，中型灌区的灌溉水有效利用系数将有进一步提高空间。