青海省農業(yè)灌溉耗水系數(shù)影響因素分析

周鴻文+鄭曉梅+黎明哲+呂文星+劉東旭

摘要：灌溉耗水系數(shù)是灌區(qū)管理水平的重要參考指標。在青海省黃河干支流及西北內陸河流域典型農業(yè)灌區(qū)，研究了不同空間尺度上農業(yè)灌溉水循環(huán)規(guī)律，率定了青海省典型灌區(qū)耗水系數(shù)。在此基礎上，將影響耗水系數(shù)的相關因素按影響性質分類，以層次分析法進行重要性排序，遴選出農業(yè)灌區(qū)耗水系數(shù)關鍵影響因素，并確定其影響方向和程度。結果表明，田間綜合滲漏系數(shù)、非節(jié)水灌溉比率、地下水平均埋深調整系數(shù)、斗農渠退水率、提灌方式占比等因素對農業(yè)灌區(qū)耗水系數(shù)影響較為重要。根據(jù)分析結果為加強農業(yè)灌區(qū)水資源管理提出了相關建議。

關鍵詞：耗水系數(shù)；農業(yè)灌溉；影響因素分析；青海省

中圖分類號：S157.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）20-5238-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.018

Abstract：Water consumption coefficient is an important reference index of irrigation area management level. Agricultural irrigation water cycle law of different spatial scales was researched and water consumption coefficient of agricultural irrigation in Qinghai province was calibrated in typical agricultural irrigation area of the main stream and tributary of the Yellow River and the continental river basin in the northwest in Qinghai province. On this basis， the influence factors of water consumption coefficient were classified according to the factors properties. The order of importance was based on analytic hierarchy process method（AHP）. Key influence factors of agricultural irrigation water consumption coefficient were selected and its direction and degree of influence were determined. The results showed that such five Influence factors as comprehensive coefficient of seepage field， without water-saving irrigation ratio， average groundwater depth adjustment coefficient，bucket ditches depletion rate and lift irrigation rate were more sensitively influenced the agricultural irrigation water consumption coefficient. According to the analysis results，suggestions could be put forward for strengthening agricultural irrigation water management.

Key words： water consumption coefficient； agricultural irrigation； influence factor analysis； Qinghai province

本研究在青海省湟水流域、黃河干流河谷區(qū)和柴達木盆地等主要農業(yè)區(qū)，選擇典型灌區(qū)，采用多種方法開展農業(yè)灌溉耗水量及耗水系數(shù)監(jiān)測試驗[1]，分析了灌區(qū)耗水機理和水量平衡關系，揭示了灌區(qū)耗水量的變化過程及機制，率定了農業(yè)灌溉耗水系數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)典型灌區(qū)水資源管理中存在諸多問題：一是農田水利基礎設施薄弱，水量監(jiān)控系統(tǒng)和渠系“最后1 km”問題嚴重；二是水資源合理配置和高效利用體系尚未建立，供用水計劃、調度方案和灌溉定額執(zhí)行不到位；三是水價形成機制不合理，按統(tǒng)計面積收費和計劃外用水現(xiàn)象不利于提高用水水平；四是節(jié)水意識淡薄，節(jié)灌比例較低，斗門啟閉管理不嚴格等。因此，在耗水系數(shù)研究基礎上，根據(jù)用水管理需求，分析其影響因素，提出加強農業(yè)灌溉水資源管理的對策措施，為制定區(qū)域水利發(fā)展規(guī)劃、挖掘農業(yè)節(jié)水潛力、提高用水效率、建立初始水權制度以及優(yōu)化配置水資源提供技術支撐。

1 研究背景

1987年，國務院辦公廳發(fā)布了《關于黃河可供水量分配方案的報告》（國辦發(fā)[2987]61號），明確了沿黃?。ㄗ灾螀^(qū)）用水指標，其中分配青海省黃河流域年耗水量14.1億m3?！饵S河流域綜合規(guī)劃》（2012～2030）（國函[2013]34號）和《黃河流域水資源調查評價》[2]表明，1956～2000年系列黃河利津站天然河川徑流量由580億m3減少到535億m3，全河可供分配水量減少了約8%。根據(jù)黃委年度可供耗水量分配計劃《黃河可供耗水量分配及非汛期水量調度計劃》（2010～2013），2010～2015年，下達青海省計劃分別為12.18、12.99、14.36、12.97、12.27、11.85億m3。按照《黃河水資源公報》（2008～2013），2010～2013年青海省實際耗水量分別為12.07、12.15、10.09、10.56億m3，期間實際耗水量占下達計劃的比例平均為85.4%，其中，2010年達99.1%。從分配指標及實際耗水量對比可見，青海省耗水量已接近分配指標。

根據(jù)《青海省水資源綜合規(guī)劃》，對青海省黃河流域耗水量的分析和預測，2020年青海省地表水耗水量達19.3億m3；2030年地表水耗水量達22.9億m3，其中湟水流域達到14.5億m3。隨著經濟社會的快速發(fā)展，青海省水資源配制形勢極為嚴峻。但同時，根據(jù)2013年《青海省農田灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析成果報告》，青海省現(xiàn)狀灌溉水有效利用系數(shù)為0.47，低于全國平均水平0.53，更低于世界先進水平0.60～0.80。青海省現(xiàn)狀農田灌溉用水量為937 5 m3/hm2，遠高于黃河流域平均水平343 m3，以及全國平均水平402 m3。從用水結構來看，青海省黃河流域農田灌溉耗水量占總耗水量的70%左右，保障農業(yè)用水是促進青海省農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要支撐條件，也是全省水資源優(yōu)化配置的基本依托。

可以看出，青海省水資源形勢嚴峻，農業(yè)用水問題突出。2012～2015年，通過多次現(xiàn)場查勘，選擇青海省黃河干支流及西北內陸河流域典型農業(yè)灌區(qū)，采用多種水文學方法，在不同空間尺度上開展了農業(yè)灌溉水循環(huán)規(guī)律和耗水系數(shù)研究[3]。

2 耗水系數(shù)影響因素判定

從本項試驗研究設計出發(fā)，全面收集研究區(qū)自然地理、社會經濟、水文地質和水資源開發(fā)利用等基礎性資料，典型灌區(qū)灌溉用水控制計劃、灌溉定額、灌溉方式、作物結構、渠系工程狀況、水費及計價方式、灌區(qū)運行管理等指標，典型灌區(qū)和典型地塊引退水情況，土體尺度物理模型試驗成果等。遴選出農業(yè)灌區(qū)耗水系數(shù)關鍵影響因素，確定影響方向和程度，為區(qū)域水資源管理可能存在的問題和改進措施提供依據(jù)。

從水資源管理和耗水系數(shù)兩方面進行歸類、合并、精簡，選擇綜合性強、代表性高、影響大的要素集，剔除內涵接近的冗余和重復因素，建立符合研究區(qū)特點的評價體系，包括主要影響因素。水資源管理方面的因素包括灌溉用水管理、灌溉效率評價、渠系工程狀況和灌區(qū)環(huán)境等4個方面。

從水資源管理角度分析，灌溉用水管理因素包括灌區(qū)管理體制及主要經營方式，用水計量方式、水費征收率和征收方式[4]，灌區(qū)配用水制度制定及應變方案，灌溉期灌水定額細化、調整計劃制定等內容，上述因素對灌溉用水效率和渠系工程管理產生間接影響；灌溉效率評價因素包括渠系工程設計、配套建設和維護情況，灌區(qū)種植結構及上下游差異，用水制度監(jiān)督執(zhí)行情況，灌區(qū)采用的農作措施，灌溉方式及節(jié)水灌溉情況，灌水定額執(zhí)行情況等，用水計量方式和用水戶節(jié)水意識也對灌溉耗水系數(shù)產生重要影響；渠系工程狀況因素包括灌區(qū)管理機構性質、灌區(qū)管理體制及各級責權劃分情況、渠系工程配套和維修養(yǎng)護、渠系輸水方式及防滲措施、輸用水計量設施建設情況、灌溉水價及改善工程設施投入等，上述因素對渠系水利用、渠床渠坡抗沖能力和輸水能力、渠道滲漏、輸水成本等有重要影響；灌區(qū)環(huán)境因素包括灌區(qū)地形地質地貌、氣象和水文特征、土壤結構及性質、灌區(qū)種植結構及變化情況、灌區(qū)地下水埋深、賦存條件及補徑排規(guī)律、灌溉水源及引水保證程度、灌區(qū)灌溉方式和灌水方法等[5]。

經綜合分析選出10項重要因素，按其對耗水系數(shù)的影響程度和性質，分為3類：一是對計算影響較大（Ⅰ）；二是可能發(fā)生較大變動（Ⅱ）；三是分析中數(shù)據(jù)準確性較差（Ⅲ）。分類情況見表1。

3 影響因素重要性分析

層次分析法是基于專家對各指標的理解，通過將各指標兩兩比較，構造判斷矩陣（公式1），再計算判斷矩陣的特征值和特征向量（公式2），根據(jù)特征向量的各分量值可確定不同指標的相對重要性。層次分析法計算的各指標重要性權重值已為總和標準化形式，故對重要性權重值賦予正負號，以體現(xiàn)該指標對于灌溉耗水系數(shù)的影響方向，作出重要性標準化值龍卷風圖，如圖1所示。

式中，n為判斷矩陣對應的最大特征值，W為判斷矩陣對應于特征值n的特征向量。

結果（圖1）表明，對耗水系數(shù)計算的重要性從大到小排序為田間綜合滲漏系數(shù)、非節(jié)水灌溉比率、地下水平均埋深調整系數(shù)、斗農渠退水率、提灌方式占比、斗農渠防滲率、降水入滲補給地下水系數(shù)、干渠防滲率、干渠退水率和灌溉水源保證率。

可以看出，田間綜合滲漏系數(shù)綜合性較強，與灌區(qū)水資源管理和土壤理化性質等各方面具有密切關系，該因素重要性最高，并與其他因素高度相關，在典型地塊和典型灌區(qū)尺度上與耗水系數(shù)變化趨勢呈反比；斗農渠退水率反映灌溉效率，與灌溉管理水平和渠系工程狀況高度相關，以斗渠為計算節(jié)點，在典型地塊尺度上與耗水系數(shù)變化趨勢呈反比；地下水平均埋深調整系數(shù)為綜合反映區(qū)域水文地質、地下水利用以及灌溉水與地下水補排關系的重要因素，在灌區(qū)尺度上與耗水系數(shù)變化趨勢呈正比；非節(jié)水灌溉比率綜合反映灌區(qū)灌溉用水水平、種植結構、用水效率和灌區(qū)環(huán)境的重要因素，在灌區(qū)和研究區(qū)尺度上與耗水系數(shù)變化趨勢呈正比；提灌方式占比反映灌區(qū)環(huán)境和用水效率，對耗水系數(shù)計算影響較大，但該因素相對穩(wěn)定，在灌區(qū)和研究區(qū)尺度上與耗水系數(shù)變化趨勢呈正比。

4 建議

根據(jù)耗水系數(shù)影響因素分析結果，在水資源管理和使用中，應從健全完善現(xiàn)行農業(yè)用水管理機制出發(fā)，采取如下措施：①加強農田水利工程建設管理和維護，重點解決“最后1 km”問題；②科學制定水量分配方案并監(jiān)督實施，對由于城鎮(zhèn)化建設等導致的實灌面積變化情況及管理漏洞產生的“黑地”進行專項核實；③完善用水計量方式和水費征收制度，建設斗門以下田間渠系用水計量設施，并建立科學的水價形成機制；④提升農業(yè)灌溉新技術新方法的研究和推廣，開展灌溉制度和灌水定額相關研究；⑤推廣節(jié)約用水技術并加強節(jié)水教育，將最嚴格水資源管理的措施貫穿于農業(yè)灌溉用水的審批、用水計劃和監(jiān)督管理的全過程，為實現(xiàn)提高用水效率的目標，保障國家糧食安全和生態(tài)安全、促進“三農”可待續(xù)發(fā)展以及解決水資源開發(fā)利用結構性矛盾等提供支撐。

5 小結

在青海省農業(yè)灌區(qū)耗水系數(shù)研究基礎上，將影響耗水系數(shù)的相關因素按影響性質分類，經過重要性標準化分析，影響因素龍卷風圖表明，田間綜合滲漏系數(shù)、非節(jié)水灌溉比率、地下水平均埋深調整系數(shù)、斗農渠退水率、提灌方式占比等因素對耗水系數(shù)的影響最重要。據(jù)此提出了加強青海省農業(yè)灌區(qū)水資源管理的措施與建議。用典型農業(yè)灌區(qū)耗水系數(shù)監(jiān)測試驗數(shù)據(jù)進行耗水系數(shù)影響因素定量分析時，由于存在時空和分析要素等方面的差異，從具體的典型過渡到更為一般的規(guī)律，代表性會對各因素的重要性產生影響。

參考文獻：

[1] 呂文星，周鴻文，王永峰，等.青海省大峽灌區(qū)典型地塊作物耗水系數(shù)研究[J].湖北農業(yè)科學，2015，54（19）：4692-4698.

[2] 張學成，潘啟民.黃河流域水資源調查評價[M].鄭州：黃河水利出版社，2006.

[3] 周鴻文，袁 華，呂文星，等.黃河流域耗水系數(shù)評價指標體系研究[J].人民黃河，2015，37（12）：46-49，53.

[4] 中國灌溉排水發(fā)展中心.黃河流域大型灌區(qū)節(jié)水改造戰(zhàn)略研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2002.

[5] 劉洪祿，丁躍元，郝仲勇，等.現(xiàn)代化農業(yè)高效用水技術研究[M].北京：中國水利水電出版社，2006.