農(nóng)業(yè)灌溉中的水土資源平衡分析
——以敘永縣摩尼鎮(zhèn)為例

□郭晶晶 陳 姜 沙菁州 謝勇強 趙 勇 朱雪松

/1敘永縣農(nóng)業(yè)局 2古藺縣農(nóng)業(yè)局 3雅安市環(huán)境監(jiān)測站

農(nóng)業(yè)灌溉中的水土資源平衡分析
——以敘永縣摩尼鎮(zhèn)為例

□郭晶晶1陳 姜2沙菁州3謝勇強1趙 勇1朱雪松1

/1敘永縣農(nóng)業(yè)局 2古藺縣農(nóng)業(yè)局 3雅安市環(huán)境監(jiān)測站

水土資源平衡就是綜合考慮地區(qū)內(nèi)水資源的供應能力和需求狀況，分析本地區(qū)水資源的余缺情況，合理協(xié)調(diào)水資源的供求關系，以尋求水土資源的平衡。通過水土平衡計算，把來水量與需水量加以比較可以發(fā)現(xiàn)本地區(qū)的水量余缺情況，進一步挖掘水資源能力，確定水量調(diào)節(jié)措施，達到水土資源平衡與合理利用，促進經(jīng)濟的發(fā)展。水土資源平衡分析是農(nóng)業(yè)灌溉規(guī)劃的重要組成部分。通過水土資源平衡分析，可以為農(nóng)業(yè)灌溉用水的設計規(guī)劃提供基礎數(shù)據(jù)和前提依據(jù)，在農(nóng)業(yè)灌溉中進行水土資源平衡分析具有重要作用：

1）水土資源平衡是進行水資源的區(qū)域再分配，是合理利用水土資源的重要依據(jù)。通過水土平衡計算，就可以根據(jù)地區(qū)間的水量余缺情況，進行水資源的區(qū)域再分配，以盈補缺。

2）水土資源平衡是確定水量調(diào)節(jié)措施，興修水利工程措施的基本依據(jù)。通過水土資源計算，如果本地區(qū)水量充足有余，就當考慮向外區(qū)調(diào)水；如果本地區(qū)水量不足，就應當考慮從區(qū)外引水，并興建相應的水利工程設施。

3）水土資源平衡是確定土地利用方式的重要依據(jù)。通過水土平衡計算，可以根據(jù)水量的余缺情況改進土地利用方式，以達到水土資源的最佳配合。

本文對敘永縣摩尼鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)灌溉中的水土資源平衡進行了計算與分析，達到了提高土地利用效率，促進土地可持續(xù)利用的目的。

1 區(qū)域概況和研究方法

1.1 區(qū)域概況

摩尼鎮(zhèn)位于敘永縣城南，距離縣城62km，是川滇黔邊陲重鎮(zhèn)，是通往畢節(jié)、大方、威信、鎮(zhèn)雄等地古驛道必經(jīng)之地，敘赤路橫穿全境。全鎮(zhèn)幅員面積138.5km2，屬山區(qū)地形，呈北高南低狀，最高海拔為1536.7m，最低海拔850m，光照適宜，四季分明，春秋多綿雨，夏季濕溫高，冬季霜雪大，年平均氣溫12.7℃，全年日照總時數(shù)743～1243h，無霜期200d左右，年平均降雨量950～1050mm，常有大風、暴雨、冰雹等自然現(xiàn)象發(fā)生。摩尼鎮(zhèn)成土母質(zhì)為二迭系、志留系、奧陶系、寒武系石灰?guī)r風化物，區(qū)域內(nèi)多數(shù)土壤土層薄、土質(zhì)輕松、容重低、酸性重，礦質(zhì)養(yǎng)分含量低，土壤膠體數(shù)量少、品質(zhì)差，水、熱、氣、肥不協(xié)調(diào)。摩尼鎮(zhèn)種植水稻、玉米、小麥、紅薯、馬鈴薯、烤煙、油菜等作物，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，經(jīng)濟林發(fā)展形勢良好，但有的土地未進行農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，農(nóng)作物產(chǎn)量不高，經(jīng)濟效益差。

1.2 研究方法

首先是進行水量供需平衡計算，要計算來水量和需水量。來水量指地區(qū)內(nèi)可以利用的一切水源；需水量則指灌溉用水、工作用水、城鄉(xiāng)居民用水、畜禽用水和水運、水電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等需水量。一般來講，水運、水產(chǎn)養(yǎng)殖對水資源是用而不耗（不包括水地蒸發(fā)）。因此，在計算用水量時，可以不包括在內(nèi)。

然后是根據(jù)農(nóng)作物灌溉制度，進行農(nóng)業(yè)灌溉用水的計算，得出農(nóng)業(yè)灌溉的需水總量，再加上工業(yè)用水、城鄉(xiāng)居民用水、畜禽用水和水運、水電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等需水量，即得到需水總量。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量用下式計算：

式中：W需—農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總需水量，m3；M毛—綜合毛灌溉定額，m3/hm2；A—灌溉面積，hm2；

毛灌溉定額根據(jù)下式計算：

式中：M凈－作物凈灌溉定額，m3/hm2；

η－灌溉水利用系數(shù)。

最后進行水土資源平衡分析。主要是對比可利用灌溉水源總量與農(nóng)業(yè)灌溉用水總量的關系：供過于求，在這種條件下，一切水利設施的規(guī)劃方案，應以總需水量為準，不因水源豐富而規(guī)劃超過需水量的水利工程。對于用水來說不能進行過量灌溉；供不應求，如有條件進行調(diào)水規(guī)劃，如果沒有這種可能，在制定水利設施規(guī)劃時，應以可利用水量為依據(jù)，切不可搞“小馬拉大車”的用水規(guī)劃，否則會使一些水利設施棄而無用，不能發(fā)揮起作用而造成浪費。

2 分析與結(jié)果

水資源總量供需平衡分析包括可供水資源總量分析、水資源需求總量分析和總量供需平衡分析。水資源總量供需平衡分析一般按年進行，其目的在于從宏觀上把握區(qū)域水資源盈虧狀態(tài)，為土地開發(fā)決策提供依據(jù)，并為確定灌溉方式提供參考。針對中等干旱年，在75%保證率的情況下對水資源平衡狀況進行了分析。

2.1 可供水資源總量

可供水資源總量是指在經(jīng)濟合理、技術可行、生態(tài)環(huán)境容許和一定用水保證率的情況下，通過各種工程措施可控制利用的、滿足一定水質(zhì)要求的水量。摩尼鎮(zhèn)水資源主要供水類型為地表水資源、地下水資源。

（1）地表水資源

地表水資源，指地表水中可以逐年更新的淡水量，是水資源的重要組成部分，包括冰雪水、河川水和湖沼水等，通常以還原后的天然河川徑流量表示其數(shù)量。摩尼鎮(zhèn)幅員面積138.50km2，當?shù)囟嗄昶骄鶑搅魃顬?50mm，據(jù)此計算摩尼鎮(zhèn)年降雨徑流量為4847.50萬m3。

式中：∑Qi—各年的年徑流量之和；

n—年數(shù)。

現(xiàn)有水利設施供水，通過興建水庫、坑塘對大氣降水形成的地表徑流進行攔蓄，是補充水資源階段性供給不足的主要方式之一。摩尼鎮(zhèn)山高坡陡，水資源條件較差，主要水源來自安基屯水庫和衛(wèi)星水庫。水庫總庫容619萬m3，正常庫容567萬m3，屬多年調(diào)節(jié)水庫。安基屯水庫和衛(wèi)星水庫是以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水利工程，有效灌溉面積2.45萬 hm2。水庫可為摩尼鎮(zhèn)供水1114.20萬 m3。摩尼鎮(zhèn)另有坑塘面積38.57hm2，溝渠面積30.33hm2，可供水622.98萬m3。以上設施可為摩尼鎮(zhèn)供水1737.18萬m3。

（2）地下水資源

地下水是指在一定的技術經(jīng)濟條件下，在整個開采期內(nèi)不明顯襲奪已有水源地，不發(fā)生危害性環(huán)境地質(zhì)問題的前提下，通過一定的開采措施，允許開采利用的水量。摩尼鎮(zhèn)地下水資源以地表潛水為主，淡水帶發(fā)育薄，微咸水埋藏淺、分布廣，水量不穩(wěn)定，只能基本滿足當?shù)厝罕娙粘Ｉ钣盟?；其次為少量裂隙水。地下水資源量比較貧乏，基本無法利用。因此，不納入計算。

總的來說，摩尼鎮(zhèn)水資源的特點是總量大，分布較為廣泛，溝渠和坑塘布置較為科學，基本上能滿足農(nóng)作物生長的需求，但現(xiàn)有的排灌設施工程老化、年久失修，而且沒有形成相應完整的體系，需要進行改造，提高其使用效率；灌溉制度不合理，灌水技術落后，水資源浪費嚴重；由于《水法》普及和水危機形勢教育不夠，廣大群眾缺乏環(huán)境意識和節(jié)水意識；農(nóng)民不是根據(jù)作物種類和生產(chǎn)需要進行科學的灌溉，而是不管地塊大小和作物生長規(guī)律，隨意澆灌，大塊漫灌現(xiàn)象普遍存在，造成了大量水資源浪費和損失。

2.2 水資源需求總量

水資源需求總量是指各用水部門在一定的保證率下所需要的水量總和，可分為農(nóng)業(yè)需水量和非農(nóng)業(yè)需水量。其中，農(nóng)業(yè)需水包括農(nóng)業(yè)灌溉需水和林牧漁業(yè)需水，農(nóng)業(yè)灌溉需水是農(nóng)業(yè)需水的大戶；非農(nóng)業(yè)需水量主要包括工業(yè)需水量、人畜生活需水量和其他需水量等。摩尼鎮(zhèn)為農(nóng)村地區(qū)，區(qū)內(nèi)無工業(yè)，人口居住密度不大，部分村組開發(fā)了地下水用于人畜飲用。所以，主要考慮農(nóng)業(yè)灌溉需水量。

（1）農(nóng)作物灌溉制度確定

農(nóng)作物的灌溉制度，是指在一定的氣候、土壤和農(nóng)業(yè)耕作條件下，為了保證農(nóng)作物豐產(chǎn)、滿足農(nóng)作物各個生育階段對水分的要求所規(guī)定的一種適時適量的灌水制度，包括灌水定額、灌水時間、灌水次數(shù)和灌溉定額。灌溉制度隨著作物的種類、品種、自然條件、農(nóng)業(yè)技術措施以及灌溉方式的不同而不同，是作物播種前及全生育期內(nèi)的灌水次數(shù)、每次的灌水日期和灌水定額以及灌溉定額。灌水定額是指一次灌水單位灌溉面積上的灌水量，各次灌水定額之和，叫灌溉定額。根據(jù)當?shù)剞r(nóng)民的意見，土地整理實施后耕作制度不會發(fā)生大的改變。因此，可假定摩尼鎮(zhèn)土地整理后農(nóng)作物總體種植結(jié)構(gòu)為現(xiàn)狀種植結(jié)構(gòu)。

選擇灌溉保證率，水量平衡是一個相對的概念，是指在一定保證率下的水量供需平衡。進行水量平衡計算時，首先從本地區(qū)的水土資源狀況出發(fā)選擇合適的用水保證率，滿足經(jīng)濟合理的要求。如果用水保證率選得過高（如100%，即在100年中任何一個年份都能保證供水）就會增加水利工程的投資和管理費用；如果用水保證率選得過低（如40%，即在100年中60年不能保證供水），則不能滿足生產(chǎn)需水要求。不同保證率的供水和用水定額是不同的，因此，在水土資源平衡計算時，要考慮氣象、水源、土地面積、土壤質(zhì)地、各類作物產(chǎn)量指標和灌水定額等因素，正確確定本地區(qū)的用水保證率。一般取中等干旱年作為選擇保證率的依據(jù)。在充分考慮灌區(qū)水土資源、種植結(jié)構(gòu)、水文氣象等因素的前提下，確定摩尼鎮(zhèn)灌溉保證率為75%。

摩尼鎮(zhèn)主要種植水稻、小麥、玉米等糧食作物以及油菜、蔬菜等其它經(jīng)濟作物。在進行作物需水量計算時，選取種植面積大、具有代表性的水稻、小麥、油菜、玉米、紅薯、烤煙、蔬菜、馬鈴薯等作物，各作物種植結(jié)構(gòu)參照摩尼鎮(zhèn)2012年統(tǒng)計數(shù)據(jù)。通過此次土地整理的實施，摩尼鎮(zhèn)耕地面積達到4135.85hm2，其中水田914.80hm2，旱地3221.05hm2（見表1）。

按照當?shù)胤N植結(jié)構(gòu)，水稻的種植面積A1=736.69hm2，小麥的種植面積A2= 221.29hm2， 油 菜 的 種 植 面 積 A3= 186.82hm2，玉米的種植面積 A4= 1056.55hm2，紅薯的種植面積 A5= 165.84hm2， 烤 煙 的 種 植 面 積 A6= 728.28hm2， 蔬 菜 的 種 植 面 積 A7= 407.85hm2，馬鈴薯的種植面積A8= 953.43hm2。

根據(jù)當?shù)囟←?、夏玉米和水稻蒸騰蒸發(fā)量（ET）試驗資料，參照對敘永縣主要農(nóng)作物需水量的預測和調(diào)查，確定摩尼鎮(zhèn)在設計灌溉保證率P=75%時，水稻需水量為3750m3/hm2，小麥需水量為975m3/hm2，油菜需水量為1050m3/hm2，玉米需水量為1125m3/hm2，紅薯需水量為900m3/hm2，烤煙需水量為2400m3/hm2，蔬菜需水量為3000m3/hm2，馬鈴薯需水量為2400m3/hm2。

（2）農(nóng)業(yè)灌溉需水量的計算

在用水量計算中，最主要的是農(nóng)作物灌溉用水。在計算農(nóng)作物灌溉用水時，首先要制定農(nóng)作物灌溉制度。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水量用公式（1）計算。

毛灌溉定額可用公式（2）計算。

通常用凈灌溉用水量M凈與毛灌溉用水量M毛之比值η作為衡量灌溉水量損失情況的指標，稱灌溉水利用系數(shù)。η的大小與各級渠道的長度、流量、沿渠土壤、水土地質(zhì)條件、渠道工程狀況和灌溉管理水平等有關。在管理運用過程中，可實測決定。我國南方各省在規(guī)劃設計中，對于灌區(qū)情況，一般取0.6～0.8左右。如果考慮防滲措施，則η可采用較大數(shù)值。如果無防滲設施，則取較小數(shù)值。綜合考慮各種情況以后，確定灌溉水利用系數(shù)η為0.8。

各類作物需水量計算結(jié)果見表2。

摩尼鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)總需水量為：

計算可知，摩尼鎮(zhèn)在灌溉保證率為75%的情況下，農(nóng)業(yè)灌溉每年需水1754.71萬m3。

3 結(jié)論及建議

綜上所述，敘永縣摩尼鎮(zhèn)土地整理后種植面積4135.85hm2，在忽略了人畜生活需水量、地下供水情況下，按灌溉保證率為75%計算，需水總量為1754.71萬m3，供水總量1737.18萬m3，用水缺口高達17.53萬m3，摩尼鎮(zhèn)的現(xiàn)有供水量不能滿足土地整理后的基本需水量。

因此，在土地整理規(guī)劃中應重點考慮水利供水設施的建設。建議對現(xiàn)有水利設施進行維修改造，提高利用率和復蓄系數(shù)，維護已有的水利設施；通過改建與新建漿砌條石輸水渠道，提高水資源利用率，減少輸水損失；改建山平塘，整治提灌站、囤水田，新建蓄水池，設道路涵管等，從而完善灌排系統(tǒng)，提升調(diào)蓄功能；在田間灌水技術方面，采用成熟又易行的節(jié)水灌溉技術；同時加強用水管理，在搞好灌區(qū)量水設施配套的基礎上，提高農(nóng)民的節(jié)水意識，積極維護整個體制的良好運行。