朝阳市农田水利工程灌溉用水效率分析

闫洪利

(辽宁德鸿建设工程有限公司,辽宁 朝阳 122000)

1 研究区概况

朝阳市地处E118°50′～121°17′、N40°25′～42°22′之间,总面积19736km2,境内河流众多,主要有老哈河、青龙河、大凌河和小凌河,集水面积19777km2,地表径流量13.22亿m3。全市耕地476739.75hm2,现有灌区15549处,设计和有效灌溉面积210460.11hm2、205853.44hm2。其中,中型灌区13处,设计和有效灌溉面积17746.68hm2、14386.67hm2;小型灌区29处,设计和有效灌溉面积7506.67hm2、6260.00hm2;纯井灌区15506处,其中土质渠道、防渗渠道和低压管道输水地面灌分别为1233.33hm2、1813.33hm2、60693.36hm2,喷灌和滴灌53.33hm2、121433.39hm2,有效灌溉面积185213.43hm2。

2022年全市农田实际、节水和有效灌溉为123313.40hm2、193840.10hm2、205853.44hm2实际灌溉所占比例58.60%,总灌溉用水量19796.95万m3。

2 测算方法

2.1 样点灌区选择

对于灌溉类型不同、主要土壤及作物类型相同选择的样点灌区≥2个,且均匀分布在省级范围内,选择的作物应为对应灌溉方式的主要类型。针对纯井灌区,某类灌区的有效灌溉面积占该市级区域30%及以上时应按要求的2倍选取该类样点灌区数量。参照该原则研究共选择31个样点灌区,其中中型、小型和纯井灌区分别为3处、4处、24处。

文章充分考虑灌溉方法、耕作模式、田面平整度以及作物类型等因素选择典型田块,如中型、小型、纯井灌区每种作物至少选择3个、2个和2个典型田块,研究选择中型、小型、纯井灌区典型田块18个、12个、48个,共计78个,,测算时段2022年全年。

2.2 实测内容

根据朝阳市灌区实际情况,从灌溉工程设施完好率和用水情况、数量、类型、有效灌溉面积等方面,研究选取中型、小型、纯井类型的样点灌区进行测算分析,统计整理样点灌区有关数据,以此反映朝阳市灌溉用水总体情况,测算流程如图1所示。

图1 灌溉用水效率测算流程

依据测算目标选择毛和净灌溉用水量作为实测参数,其中前者的测算内容包括取水日期与时长、单次引水和总引水量,后者的测算内容有土壤含水率及容重、预计湿润层深等参数[1-3]。

2.3 测算方法

通过直接量测法和观测分析法获取样点灌区及典型田块的年净灌溉用水量,最后参照“首尾测算分析法”和已获取的年毛灌溉用水量计算灌溉用水效率η:

(1)

式中:W净、W毛为净和毛灌溉用水量,m3。

2.4 样点灌区测算方法

1)中型灌区。以样点灌区测算数据为基础,通过算数和加权平均法分别确定1～5万亩、5～15万亩及中型灌区的灌溉用水效率,其计算式为:

(2)

式中:Wa1～5、η1～5为1～5万亩中型灌区的年毛灌溉用水量(万m3)及其灌溉用水效率;Wa5～15、η5～15代表5～15万亩中型灌区的年毛灌溉用水量,万m3及灌溉用水效率。

2)小型灌区。朝阳市小型灌区灌溉用水效率ηw小型选用算数平均法进行计算,其表达式为:

(3)

式中:n、η小i为小型样点灌区的数量和i的灌溉用水效率。

3)纯井灌区。充分考虑朝阳市纯井灌区数量众多、分布范围广泛的特点,研究选取滴管、管灌、防渗渠和土渠4种代表性的灌溉类型,采用算数及加权平均法确定这4种灌溉类型和全市纯井灌区的灌溉用水效率,其表达式为:

(4)

式中:η微、η管、η渠、η土和Wa微、Wa管、Wa渠、Wa土为滴灌、管灌、防渗渠、土渠灌区的灌溉用水效率及其相应的年毛灌溉用水量,万m3。

4)全市灌溉用水效率。根据不同类型和规模灌区的年毛灌溉用水量及其灌溉用水效率,采用下式计算全市灌溉用水效率ηw市,即:

(5)

式中:η纯井、η小型、η中型和Wa纯井、Wa小型、Wa中型为相应类型灌区灌溉用水效率及其相应的年毛灌溉用水量,万m3,计算结果如表1所示。

表1 2022年朝阳市样点灌区灌溉用水效率

3 结果与分析

3.1 测算结果

2022年朝阳市降水量435.7mm,比多年平均值少9.8%,属偏干旱年,经计算朝阳市2022年灌溉用水效率0.7735,其中纯井、小型和中型灌区系数分别为0.7825、0.7148、0.5582,具体见表2。

表2 朝阳市2022年灌溉用水效率测算值

3.2 合理性分析

结果表明,朝阳市2022年灌溉用水效率0.7735,相较于2020年的0.7518提高了0.0217,归纳总结该区域灌溉用水效率明显增大的原因如下:①针对中型灌区朝阳市相关部门持续加大节水改造力度,通过更换或防渗处理原有严重渗漏、老化渠道,使得渠系输水损失率明显降低,用水效率显著增大;②滴管、管灌等高效节水灌溉逐渐被广泛应用于井灌区,特别是“十三五”以来朝阳市节水灌溉工程得到突飞猛进的发展,每年建设完成节水灌溉农田3.33万hm2,有效利用系数大大提高;③朝阳市不断加强农田水利建设力度,严格按照各类管理办法实施农田水利建设工作,农田水利设施的长效稳定运行实现了灌溉用水效率的不断提起[4-6]。④逐渐完善建后管护体系,农田水利建设完成后建立了工程运行管护方案和机制,管理主体能够及时巡查看护辖区内的农田水利设施,全面了解实际运行情况,通过及时上报维修保证了工程的长效运行和灌溉用水效率的稳步提升[8-9]。

4 结 论

研究以朝阳市为例,通过“首尾测算分析法”计算了2022年当地31个样点灌区78个典型地块的灌溉用水效率,相关数据由直接量测法获取,可以保证测算结果的科学与合理性。结果表明,朝阳市2022年农田灌溉用水效率0.7735,其中纯井、小型和中型灌区系数分别为0.7825、0.7148、0.5582,相较于2020年的0.7518提高了0.0217,这主要与当地持续加大节水改造力度,加快推进滴管、管灌等节水灌溉的推广应用,不断加强农田水利建设力度以及逐渐完善建后管护体系等有关,大大降低了渠系输水渗漏损失,实现了灌区农田水利的长效运行和用水效率的稳步提升[10-15]。