農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力估算研究

□王應(yīng)武 華春莉

（云南省水利水電勘測設(shè)計研究院）

農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力估算研究

□王應(yīng)武 華春莉

（云南省水利水電勘測設(shè)計研究院）

農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力估算研究在我國當前水資源匱乏的現(xiàn)狀下理論意義與實踐意義顯著，基于當前已有的灌溉節(jié)水潛力計算理論，文章提出了農(nóng)業(yè)灌區(qū)毛節(jié)水量與凈節(jié)水量的區(qū)分與計算，并以灌區(qū)實際為例，分別估算了節(jié)水灌溉率提高30%和50%兩種工況下的毛節(jié)水量與凈節(jié)水量，結(jié)果表明，節(jié)水措施實施后灌區(qū)毛節(jié)水量增加所帶來的節(jié)水潛力顯著，但是立足于凈節(jié)水量角度的節(jié)水潛力提升不明顯，這也為下一步研究指明了方向。

灌溉；節(jié)水潛力；估算；指標

1 農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力計算的相關(guān)理論

特定發(fā)展階段通過采用節(jié)水措施，提高農(nóng)業(yè)灌溉用水標準所能實現(xiàn)的農(nóng)業(yè)耗水量的減少量就是農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力，由此所測算出的節(jié)水潛力是“潛在”值，實際節(jié)水潛力還與用水現(xiàn)狀、用水結(jié)構(gòu)、用水模式等有關(guān)。

1.1 相關(guān)理論

一般情況下，單位灌溉需水量與灌溉水利用系數(shù)及凈灌溉定額之間存在函數(shù)關(guān)系，表示如下：

式中：Q為單位灌溉需水量（m3）；η為灌溉水利用系數(shù)；I為凈灌溉定額（m3/hm2），I的大小往往根據(jù)實際耗水量、降水實際值與包涵水田泡填水量、有效滲透量及鹽堿地沖洗壓鹽水量等在內(nèi)的附加水量加以確定，公式如下：

式中：ETa為實際耗水量（m3）；Pe為降水實際值（m3）；If為附加水量（m3）。

在灌溉面積不變的假設(shè)下，進行農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力內(nèi)涵與計算方法的直觀比較，具體計算過程可以通過下圖加以描述，在圖中，曲線AB和CD分別為不同節(jié)水潛力下的灌溉用水曲線，兩條曲線反映了灌溉水節(jié)水潛力之間的關(guān)系。

最初的灌溉水平（節(jié)水潛力）在A位置，所對應(yīng)的灌溉水量Q0、凈灌溉定額I1和灌溉水利用系數(shù)η0。灌溉水利用系數(shù)低水平下，凈灌溉定額取值較大，所以A點處的灌溉需水量Q0取值較大。

圖1 灌溉水量（節(jié)水潛力）與灌溉水利用系數(shù)的關(guān)系圖

1.2 節(jié)水潛力的影響因素

當凈灌溉定額I1不變時，在實施了節(jié)水灌溉措施情況下，會促使灌溉水利用系數(shù)從η0增加到η1，此時所對應(yīng)的灌溉水平也由最初的A移動到B，B點處所對應(yīng)的灌溉需水量為Q1、凈灌溉定額為I1、灌溉水利用系數(shù)為η1，可見灌溉水利用系數(shù)提高后，可以實現(xiàn)（Q0-Q1）這么多的節(jié)水量。

假設(shè)灌溉水利用系數(shù)不變，隨著灌溉定額從I1減小到I2水平，則灌溉定額所對應(yīng)的節(jié)水潛力隨之降低，在C點的灌溉水平下，雖然灌溉水利用系數(shù)仍為η0，但是由于灌溉定額從A點的I1減小到C點的I2，所以實現(xiàn)（Q0-Q1）的節(jié)水量。

根據(jù)上述兩點分析可知，雖然提高灌溉水利用系數(shù)后實現(xiàn)的節(jié)水量與降低灌溉定額所實現(xiàn)的節(jié)水量效果相同，但兩者存在本質(zhì)上的不同。其中提高灌溉水利用系數(shù)將大大降低輸水過程損失，而降低灌溉定額將使田間無效耗水量大大減少，此外，這兩方面的計算過程也是大相徑庭。

對于提高灌溉水利用系數(shù)，其節(jié)水量為：

對于降低灌溉定額，其節(jié)水量為：

灌溉水利用系數(shù)提高的同時降低凈灌溉定額，會使灌溉水平從A變動到D，D點所對應(yīng)的灌溉需水量為Q2，可以實現(xiàn)（Q0-Q2）的節(jié)水量，具體而言節(jié)水量為：

2 農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水量的估算

2.1 農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水措施及估算指標

常見的農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水措施包括工程措施與非工程措施兩大類，其中工程措施又包括渠道防滲、管道輸水措施、改進的灌溉措施及噴灌、滴灌等，非工程措施主要有灌溉制度的優(yōu)化設(shè)計、秸稈覆蓋措施的運用、抗旱節(jié)水作物的培植及加強用水管理等，詳見表1。

表1 農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水措施與節(jié)水效果表

采用了各種類型的節(jié)水灌溉措施后，必須對擬采用措施進行績效考評與評價，為此必須設(shè)計出一整套科學而適用的農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力測算指標與方法，以保證測算與評價的可行性與可操作性。筆者在研讀相關(guān)領(lǐng)域已有論著的基礎(chǔ)上，提出了評價與衡量農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水量（潛力）的指標參考，其中一級指標有3個，分別是灌溉耗水（用水）指標、灌溉效率及節(jié)水指標。灌溉耗水（用水）指標項下包括作物耗水量、凈灌溉定額、綜合灌溉定額、毛灌溉定額；灌溉效率項下包括田間水利用系數(shù)、渠系水利用系數(shù)、灌溉水利用系數(shù)；節(jié)水指標項下包括節(jié)水灌溉率、凈節(jié)水量、毛節(jié)水量。

2.2 農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力的估算

2.2.1 凈節(jié)水量

將節(jié)水措施實施后所降低的無效耗水量（△Qx）與水量流失量（△Ql）之和稱為凈節(jié)水量（△Qj）。無效耗水量（△Qx）采用下式計算：

式中：△Ai為第i種節(jié)水措施采用后新增加的灌溉面積（hm2）；△Ii為第i種節(jié)水措施實施后所引起的凈灌溉定額的減少量（m3）。

水量流失量（△Ql）的計算公式為：

式中：Q0和Qt分別為節(jié)水措施實施前后的灌溉引水量；ηh0和ηht分別為節(jié)水措施實施前后的農(nóng)業(yè)灌溉耗水系數(shù)；ηg0和ηgt分別為節(jié)水措施實施前后的灌溉水有效利用系數(shù)。

2.2.2 毛節(jié)水量

灌水效率提高并減少灌溉水漏損及田間蒸發(fā)的情況下所節(jié)約的灌溉水量稱為毛節(jié)水量，毛節(jié)水量由凈節(jié)水量與因灌溉效率提高而減少的灌溉水漏損組成，公式如下：

式中：Ij0和Ijt分別表示節(jié)水措施實施前后綜合凈灌溉定額（m3），其余參數(shù)含義同上。

3 應(yīng)用與結(jié)論

運用上述節(jié)水潛力估算理論與方法進行某流域節(jié)水措施節(jié)水潛力的計算。該流域內(nèi)有11個大型灌區(qū)，在灌溉面積與種植結(jié)構(gòu)不變的假定下，分別測算節(jié)水灌溉率為30%和50%工況下的節(jié)水灌溉潛力，節(jié)水灌溉面積如表2所示。

表2 不同工況下節(jié)水潛力估算表

工況一：現(xiàn)狀年（2016年）節(jié)水灌溉潛力；工況二：節(jié)水灌溉率提高30%節(jié)水灌溉潛力。

工況三：節(jié)水灌溉率提高50%節(jié)水灌溉潛力。

經(jīng)測算，節(jié)水灌溉措施實施且節(jié)灌率提高30%后，灌溉水利用系數(shù)從0.53提高到0.67，凈灌溉定額從3 419.51 m3/hm2降低到3 164.43 m3/hm2，毛灌溉定額從6 442 m3/hm2降低到4 541.29 m3/hm2，凈節(jié)水量0.35億m3，毛節(jié)水量15.34億m3。節(jié)灌率提高50%后，灌溉水利用系數(shù)提高到0.73，凈灌溉定額降低到3 134.55 m3/hm2，毛灌溉定額降低到4 308.39 m3/hm2，凈節(jié)水量0.47億m3，毛節(jié)水量16.98億m3。

可見，上述農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力估算方法對于我國大型灌區(qū)完全適用，節(jié)水措施實施后農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力提高顯著，但是由于節(jié)水措施的實施只對于灌溉水利用系數(shù)的提高和滲漏損失的減少作用明顯，但是耗水量節(jié)約及凈節(jié)水量的節(jié)水潛力提高不大，文中所提出的方法對于灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力的估算仍具有指導(dǎo)意義。

［1］陶銳，灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力估算理論與方法［J］，工程技術(shù)：引文版，2016（10）：51.

［2］雷波，劉鈺，許迪，灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力估算理論與方法［J］，農(nóng)業(yè)工程學報，2011，27（1）：10-14.

S274

B

1673-8853（2017）10-0022-02

王應(yīng)武（1987-），男，工程師，主要從事水利工程規(guī)劃設(shè)計咨詢工作。

2017-9-14

編輯：劉長垠 韋詩佳