新疆灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)變化分析

阿依努爾·米吉提

（新疆喀什噶爾河流域管理局，新疆 喀什 844000）

灌溉水利用系數(shù)是田間灌溉且被作物利用的水量與灌溉可用總水量之比，主要受灌區(qū)灌溉條件、用水工程現(xiàn)狀、管理水平、灌溉技術(shù)等影響，灌溉水利用系數(shù)常常作為科學(xué)評價(jià)灌溉用水利用效率、節(jié)水灌溉技術(shù)水平、節(jié)水潛力、農(nóng)業(yè)灌溉管理水平等的基本指標(biāo)[1]。對各灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉工程建設(shè)與管理水平的提升具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究概況

新疆位于我國西部地區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)度大，干旱指數(shù)高，生態(tài)脆弱，屬于我國典型的純灌溉性農(nóng)業(yè)區(qū)域。近年來在國家政策的大力支持下，新疆地區(qū)節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展速度加快，水資源利用效率不斷提升。

研究資料涵蓋2000 年～2012 年期間新疆80 個(gè)縣引水渠灌區(qū)、自流灌區(qū)、井提水灌區(qū)和高效節(jié)水灌區(qū)的灌溉水量、灌水面積、用水定額、節(jié)水規(guī)模以及渠系防滲等數(shù)據(jù)。2009 年8 月～10 月選擇上述灌區(qū)中的干渠、支渠、斗渠和農(nóng)渠渠道數(shù)千個(gè)觀測斷面展開渠系水利用系數(shù)現(xiàn)場測試工作，考慮到北疆、南疆和東疆區(qū)域在灌溉工程和水文地質(zhì)方面存在差異，2011 年6 月～8月選擇10 個(gè)典型灌溉區(qū)域內(nèi)的100 處樣本進(jìn)行田間水利用系數(shù)實(shí)地測驗(yàn)，形成6700 組觀測數(shù)據(jù)作為本研究的基礎(chǔ)性資料。結(jié)合灌溉工程的具體型式和灌溉模式，對新疆引水渠灌區(qū)、自流灌區(qū)、井提水灌區(qū)和高效節(jié)水灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)進(jìn)行研究，并分析新疆灌區(qū)灌溉水綜合利用系數(shù)及其主要影響因素與邊際效應(yīng)。

2 研究方法

2.1 渠系水利用系數(shù)

式中：η渠系為渠系水利用系數(shù)；W出為渠系固定輸出水量總和（m3）；W入為渠系引入水量總和（m3）；η干為干渠渠系水利用系數(shù)；η支為支渠渠系水利用系數(shù)；η斗為斗渠渠系水利用系數(shù)；η農(nóng)為農(nóng)渠渠系水利用系數(shù)。

2.2 田間水利用系數(shù)

式中：η田間為田間水利用系數(shù)；m 為灌水定額設(shè)計(jì)值（m3/hm2）；A 為末級渠道所控灌溉面積實(shí)際值（hm2）；W 為末級渠道所釋放灌溉水量（m3）。

2.3 灌溉水利用系數(shù)

灌溉渠系分為防滲渠和土渠，根據(jù)（4）式計(jì)算防滲渠與土渠的灌溉渠系灌溉水利用系數(shù)：

式中：ηf干～農(nóng)為干～農(nóng)渠防滲渠系水利用系數(shù)；fs 為干～農(nóng)渠防滲渠長度占比；ηt干～農(nóng)為干～農(nóng)渠未防滲土渠渠系水利用系數(shù)。

3 研究結(jié)果

3.1 不同灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)

根據(jù)水源類型將新疆灌區(qū)灌溉類型劃分為五種：包含溝、畦灌溉類型的輸水渠系自流灌區(qū)以及井提水自流灌區(qū)，自壓式和加壓式半固定噴灌、加壓式噴灌機(jī)噴灌和移動噴灌，自壓式和加壓式微噴滴灌、膜下滴灌及滲灌，自壓式和加壓式低壓管道輸水灌溉。

利用（1）～（4）式的檢測方法測得新疆各灌區(qū)干渠、支渠、斗渠和農(nóng)渠的渠系水利用系數(shù)和田間水利用系數(shù)，并按照地級灌區(qū)、南疆、東疆和北疆灌區(qū)等行政區(qū)劃，加權(quán)分析各個(gè)灌區(qū)的基礎(chǔ)水量計(jì)算成果，所得2010 年新疆引水渠灌區(qū)、自流灌區(qū)、井提水灌區(qū)和高效節(jié)水灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)計(jì)算結(jié)果如表1～表3 所示。計(jì)算結(jié)果顯示，新疆自流灌區(qū)、井提水灌區(qū)、噴灌、微灌及低壓管道灌溉形式的灌溉水利用系數(shù)分別為0.369、0.678、0.794、0.872 和0.798，從大到小依次為：微灌＞低壓管道灌溉＞噴灌＞井提水灌溉＞自流灌溉。

表1 2010 年新疆自流灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)計(jì)算結(jié)果

表2 2010 年新疆井提水灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)計(jì)算結(jié)果

表3 2010 年新疆高效節(jié)水灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)計(jì)算結(jié)果

3.2 新疆灌區(qū)灌溉水綜合利用系數(shù)

綜合考慮包含溝、畦灌溉類型的輸水渠系自流灌區(qū)以及井提水自流灌區(qū)，自壓式和加壓式半固定噴灌、加壓式噴灌機(jī)噴灌和移動噴灌，自壓式和加壓式微噴滴灌、膜下滴灌及滲灌，自壓式和加壓式低壓管道輸水灌溉等五種新疆灌區(qū)灌溉用水類型并形成綜合性新疆灌區(qū)灌溉系統(tǒng)[2]。以上述各類型灌區(qū)灌溉用水量Wi為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，求得新疆灌區(qū)灌溉水綜合利用系數(shù)：

式中：η綜合為新疆灌區(qū)灌溉水綜合利用系數(shù)；η1為自流灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)；η2為井提水灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)；η3為高效節(jié)水灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)；wi為自流灌區(qū)、井提水灌區(qū)和高效節(jié)水灌區(qū)灌溉引水量（m3）。

結(jié)合表1～3 新疆灌區(qū)2010 年不同灌溉模式的灌溉水利用系數(shù)和灌溉水量的計(jì)算結(jié)果，按照式（5）求得出新疆灌區(qū)灌溉水綜合利用系數(shù)，繪出2000 年～2012 年各年的灌溉水綜合利用系數(shù)變化曲線，如圖1 所示：新疆灌區(qū)灌溉水綜合利用系數(shù)逐年增大，從2000 年的0.389 增大到2012 年的0.507，增加25.7%，南疆灌區(qū)從0.338 增加到0.465，增加37.6%；東疆灌區(qū)從0.538 增加到0.692，增大28.6%；北疆灌區(qū)從0.448 增加到0.579，增大29.2%。新疆灌區(qū)灌溉水綜合利用系數(shù)從大到小依次為：東疆灌區(qū)＞北疆灌區(qū)＞南疆灌區(qū)，增加幅度從大到小依次為：南疆灌區(qū)＞北疆灌區(qū)＞東疆灌區(qū)。上述結(jié)論與新疆各灌區(qū)實(shí)際發(fā)展水平基本相符，南疆灌區(qū)灌溉水綜合利用系數(shù)增加幅度最為明顯，所以南疆灌區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展空間更大。

圖1 新疆各個(gè)灌區(qū)灌溉水綜合利用系數(shù)

3.3 灌溉水綜合利用系數(shù)的影響

影響灌區(qū)灌溉水綜合利用系數(shù)的因素包括渠道防滲長度X1、井提水灌溉面積X2、高效節(jié)水灌溉面積X3、常規(guī)灌溉面積X4、渠道防滲系數(shù)X5，采用逐步回歸方式，進(jìn)行影響因素X1～X5與灌溉水綜合利用系數(shù)的擬合分析，擬合效果良好且主要為正效應(yīng)。借助柯布道格拉斯模型構(gòu)建如下函數(shù)關(guān)系：

式中：Y 為產(chǎn)出；xn為要素投入量；α、bn為待定常數(shù)。

在式（6）中對xn求Y 的偏導(dǎo)數(shù)，則得：

進(jìn)而：

結(jié)合新疆各灌區(qū)2000 年～2012 年渠道防滲長度X1、井提水灌溉面積X2以及灌溉水綜合利用系數(shù)等數(shù)據(jù)，并利用式（7）得出柯布道格拉斯擬合方程，結(jié)果如表4。

表4 灌溉水綜合利用系數(shù)擬合方程

式中，R0.05=0.523，R0.01=0.660，F(xiàn)0.05=3.82，F(xiàn)0.01=7.66，灌溉水綜合利用系數(shù)擬合方程的相關(guān)系數(shù)和方差均通過檢驗(yàn)，柯布道格拉斯回歸方程擬合效果良好[3]，考慮到灌區(qū)實(shí)際和投入因素發(fā)展變化的影響，采用表4 所列回歸方程進(jìn)行新疆灌區(qū)灌溉水綜合利用系數(shù)分析。根據(jù)式（7）分析Xi影響ηi的邊際效應(yīng)結(jié)果如表5 所示，新疆灌區(qū)防滲渠道長度每增加1 km，ηi將提高0.0067；井提水灌溉面積每增加1 hm2，ηi提高0.0011；南疆灌區(qū)防滲渠道長度每增加1 km，ηi將提高0.0487，井提水灌溉面積每增加1 hm2，ηi提高0.0967；東疆灌區(qū)防滲渠道長度每增加1 km，ηi將提高0.5005，井提水灌溉面積每增加1 hm2，ηi提高0.0512；北疆灌區(qū)防滲渠道長度每增加1 km，ηi將提高0.0954，井提水灌溉面積每增加1 hm2，ηi提高0.0258。由此可見，農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的優(yōu)化對渠道防滲和灌溉節(jié)水都具有積極作用，且對新疆灌區(qū)灌溉水綜合利用系數(shù)提升效果明顯，尤其是南疆與東疆灌區(qū)更加顯著。

表5 新疆各灌區(qū)影響要素對灌溉水綜合利用系數(shù)的影響效應(yīng)

4 結(jié)論

2012 年新疆各灌區(qū)自流灌溉、井提水灌溉、噴灌、微灌及低壓管道灌溉等模式灌溉水綜合利用系數(shù)為0.507，與2000 年的0.389 相比提高了25.7%，其中南疆灌區(qū)增加效果最為顯著，該結(jié)論與新疆灌區(qū)灌溉工程建設(shè)和節(jié)水灌溉模式的發(fā)展基本一致。同時(shí)借助柯布道格拉斯模型對灌溉水利用系數(shù)的主要影響因素及各因素的具體影響程度加以定量計(jì)算，充分表明，新疆灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)的不斷提升，與近年來其渠道防滲、高效節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣有密切關(guān)系，灌溉條件及工程的管理水平等均對灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)也有一定程度的影響，所以必須加強(qiáng)灌溉工程建設(shè)與管理，切切實(shí)實(shí)提升新疆灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉管理水平。