丹東市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析

孫 艾

（丹東市水務(wù)服務(wù)中心,遼寧 丹東 118000）

發(fā)展農(nóng)田節(jié)水灌溉的目的就是要不斷提高灌溉用水效率和效益。農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)可以較為科學(xué)地反映出灌溉水的利用效率，與灌區(qū)的自然地理?xiàng)l件、工程運(yùn)行管護(hù)狀況及采用的灌水方式有關(guān)，可以作為評(píng)價(jià)農(nóng)田節(jié)水灌溉發(fā)展程度的指標(biāo)。本文在丹東市所轄東港市、鳳城市、寬甸滿(mǎn)族自治縣境內(nèi)選取19 個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)、71 個(gè)典型地塊，測(cè)算分析得出丹東市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。

1 區(qū)域概況

丹東市是遼寧省地級(jí)市，地處全省東南部，土地總面積為15289 km2，多年平均降水量為1101.5 mm。丹東市多年平均年徑流量為86.79 億m3，占遼寧省的27.5%，水資源總量為101.65 億m3，占遼寧省水資源總量的24.95%，是我國(guó)東北水資源較為豐富的地區(qū)。上世紀(jì)六十年代，丹東地區(qū)相繼建成鐵甲、土門(mén)子、羅圈背、廉家壩、刁家壩、合隆、太平、何家崗、十字街等大中型水庫(kù)，為發(fā)展農(nóng)田灌溉提供了水源保障。

丹東市農(nóng)田設(shè)計(jì)灌溉面積為110.02 萬(wàn)畝，有效灌溉面積為91.97 萬(wàn)畝，其中大型灌區(qū)為54.62 萬(wàn)畝，中型灌區(qū)為19.01 萬(wàn)畝，小型灌區(qū)為18.28 萬(wàn)畝，純井灌區(qū)為0.06 萬(wàn)畝。2019 年節(jié)水灌溉面積為63.72 萬(wàn)畝，農(nóng)業(yè)灌溉總用水量為6.31 億 m3。

2 技術(shù)路線(xiàn)

根據(jù)《遼寧省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則》的相關(guān)要求，本次測(cè)算具體分析過(guò)程為：第一步，選擇樣點(diǎn)灌區(qū)及典型地塊，按規(guī)模與類(lèi)型不同，統(tǒng)計(jì)丹東市各灌區(qū)基本情況；第二步，測(cè)算選定的各樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)，由點(diǎn)及面，分析得出不同類(lèi)型灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)；第三步，綜合考慮各類(lèi)型灌區(qū)面積大小和用水量所占比重后，計(jì)算得出丹東市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。

3 樣點(diǎn)灌區(qū)的選擇

樣點(diǎn)灌區(qū)應(yīng)滿(mǎn)足“技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則”要求，具備實(shí)施測(cè)算分析工作的自然條件，且各類(lèi)灌排設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定，干擾因素少。丹東市南鄰黃海，屬于溫帶季風(fēng)性氣候，是中國(guó)北方降水較多的地方，降水量在時(shí)間和空間分布上差異較大，每年7 月～8 月為丹東市主汛期。丹東市地形地貌南北差異較大，寬甸滿(mǎn)族自治縣、鳳城市位于北部，地少山多，主要農(nóng)作物為玉米，東港市位于南部沿海，平原較多，境內(nèi)建有水庫(kù)41 座，主要農(nóng)作物為水稻。典型田塊根據(jù)邊界、形狀、面積等因素選取，具有代表性，有固定的進(jìn)、出水口及配套量水設(shè)施?？紤]到土壤類(lèi)型分布范圍、工程管理現(xiàn)狀、現(xiàn)有水源條件及主要農(nóng)作物種類(lèi)不盡相同，共選取19 個(gè)灌區(qū)作為本次測(cè)算的樣點(diǎn)灌區(qū)，具體為：大型灌區(qū)1 個(gè)（東港灌區(qū)）、中型灌區(qū)4 個(gè)（東港孤山灌區(qū)、東港小甸子灌區(qū)、鳳城洋河中型灌區(qū)、鳳城愛(ài)河中型灌區(qū)）、小型灌區(qū)10 個(gè)（東港山城水庫(kù)灌區(qū)等）及純井灌區(qū)4 個(gè)（寬甸古樓子村16 組水田灌區(qū)等），基本情況見(jiàn)表1。

表1 丹東市樣點(diǎn)灌區(qū)基本情況一覽表

4 樣點(diǎn)灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)測(cè)算

4.1 測(cè)算方法

根據(jù)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的定義，其數(shù)值為渠系水與田間水利用系數(shù)的乘積。在具體計(jì)算過(guò)程中主要存在以下問(wèn)題：①工作量大，實(shí)施任務(wù)繁重；②對(duì)實(shí)施條件要求較高，測(cè)試精度和人力需求不容易滿(mǎn)足；③測(cè)量數(shù)據(jù)代表性差。為避免出現(xiàn)上述問(wèn)題，本次測(cè)算采用計(jì)算公式如下：

式中：η樣為灌溉水有效利用系數(shù)；W樣凈為凈灌溉用水量，m3；W樣毛為毛灌溉用水量，m3。

4.2 樣點(diǎn)灌區(qū)的年凈灌溉總用水量測(cè)算

4.2.1 淹水灌溉

通過(guò)測(cè)量典型地塊在某次灌溉前后田內(nèi)水深的變動(dòng)情況，計(jì)算得出畝均凈灌溉用水量，計(jì)算公式為：

式中：w田凈i為典型地塊某次畝均凈灌溉用水量，m3/畝；h1為灌水前測(cè)量水深，mm；h2為灌水后測(cè)量水深，mm。

4.2.2 濕潤(rùn)灌溉

通過(guò)測(cè)量典型地塊在某次灌溉前后田間土壤含水率的變動(dòng)情況，計(jì)算得出畝均灌溉用水量，計(jì)算公式為：

式中：w田凈i為典型地塊的畝均凈灌溉用水量，m3/畝；γ為樣點(diǎn)地塊H土層內(nèi)的土壤干容重，g/m3；γ水為水的容重，取1，g/m3；H為樣點(diǎn)地塊土壤的計(jì)劃濕潤(rùn)層深度，mm；θg1為灌水前樣點(diǎn)地塊H土層內(nèi)的土壤含水率，%；θg2為灌水后樣點(diǎn)地塊H土層內(nèi)的土壤含水率，%。

土壤含水率計(jì)算公式為：

式中：θg為土壤質(zhì)量含水率，%；M為烘干前鋁盒及土樣的重量，g；Ms為烘干后鋁盒及土樣的重量，g；m為鋁盒重量，g。

另外，水稻育秧期內(nèi)的用水量應(yīng)按照地塊面積比折算到生育期內(nèi)。

4.2.3 樣點(diǎn)灌區(qū)年凈灌溉總用水量

利用公式（2）～（4）計(jì)算得出樣點(diǎn)灌區(qū)月灌水定額，進(jìn)而得到年凈灌溉定額，再結(jié)合實(shí)際灌溉面積得出年凈灌溉總用水量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 丹東市樣點(diǎn)灌區(qū)年凈灌溉用水量測(cè)算表

4.3 樣點(diǎn)灌區(qū)的年毛灌溉用水總量測(cè)算

實(shí)測(cè)確定毛灌溉用水總量：

式中：W樣毛為丹東市樣點(diǎn)灌區(qū)的年毛灌溉用水總量，m3；W樣毛i為第i個(gè)水源的取水量，m3；n為水源個(gè)數(shù)，個(gè)。

利用公式（5），即可計(jì)算得出年毛灌溉用水總量，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

4.4 樣點(diǎn)灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)測(cè)算成果

利用公式（1）計(jì)算得到丹東市各樣點(diǎn)灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

5 市級(jí)區(qū)域各類(lèi)型灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)計(jì)算

5.1 大型灌區(qū)灌溉水的有效利用系數(shù)

丹東市僅有1個(gè)大型灌區(qū)，即東港灌區(qū)，直接采用其灌溉水有效利用系數(shù)為丹東市大型灌區(qū)灌溉水的有效利用系數(shù)，數(shù)值為0.556。

5.2 中型灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)計(jì)算

丹東市共有4個(gè)中型灌區(qū)（1萬(wàn)畝～30萬(wàn)畝），即東港孤山灌區(qū)、東港小甸子灌區(qū)、鳳城洋河中型灌區(qū)、鳳城愛(ài)河中型灌區(qū)，灌溉水有效利用系數(shù)根據(jù)灌區(qū)面積大小，采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：η市中為丹東市中型灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)；η1-5、η5-15、η15-30為丹東市相應(yīng)規(guī)模中型樣點(diǎn)灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)；W市毛1-5、W市毛5-15、W市毛15-30為丹東市相應(yīng)規(guī)模中型樣點(diǎn)灌區(qū)的年毛灌溉用水量，萬(wàn)m3。

根據(jù)公式（6）計(jì)算得出丹東市中型灌區(qū)灌溉水的有效利用系數(shù)為0.552。

5.3 小型灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)計(jì)算

計(jì)算丹東市小型灌區(qū)有效利用系數(shù)，采用以下公式：

式中：η市小為丹東市小型灌區(qū)的有效利用系數(shù)；η小i為丹東市小型樣點(diǎn)灌區(qū)的有效利用系數(shù)；n為丹東市小型灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)的數(shù)量，個(gè)。

根據(jù)公式（7）計(jì)算得出丹東市小型灌區(qū)灌溉水的有效利用系數(shù)為0.652。

5.4 純井灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)計(jì)算

丹東市的純井灌區(qū)包括土質(zhì)渠道、防滲渠道及微灌3種類(lèi)型。純井灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)計(jì)算公式為：

表3 丹東市樣點(diǎn)灌區(qū)年毛灌溉用水量測(cè)算表

式中：η市井為丹東市純井灌區(qū)的有效利用系數(shù)；η土、η渠、η微為丹東市土渠、防滲渠、微灌灌區(qū)的有效利用系數(shù)；W市土、W市渠、W市微為丹東市土質(zhì)渠道、防滲渠道、微灌灌區(qū)的年毛灌溉用水量，萬(wàn)m3。

表4 丹東市樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算成果

根據(jù)公式（8）計(jì)算得出丹東市小型灌區(qū)灌溉水的有效利用系數(shù)為0.777。

以上市級(jí)區(qū)域各類(lèi)型灌區(qū)的有效利用系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 丹東市各類(lèi)型灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算成果

6 丹東市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)計(jì)算

計(jì)算丹東市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的公式為：

式中：η市為丹東市的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)；η市大、η市中、η市小、η市井為丹東市大、中、小型及純井灌區(qū)的有效利用系數(shù)；η市大、η市中、η市小、η市井為丹東市相應(yīng)類(lèi)型灌區(qū)的年毛灌溉用水量，萬(wàn)m3。

利用公式（9）計(jì)算得出丹東市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 丹東市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算成果

7 成果分析與建議

7.1 成果分析

本文通過(guò)選取丹東市東港灌區(qū)、東港孤山灌區(qū)、東港小甸子灌區(qū)、鳳城洋河中型灌區(qū)、鳳城愛(ài)河中型灌區(qū)等19個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)、71個(gè)典型地塊，測(cè)算得出丹東市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.557，基本反映了丹東市農(nóng)田灌溉節(jié)水發(fā)展水平。測(cè)算結(jié)果顯示，丹東市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)由大至小依次為純井、小型、大型、中型灌區(qū)，而采用微灌、防滲渠道等節(jié)水灌溉技術(shù)的灌區(qū)，其灌溉水利用效率較高，符合實(shí)際情況。測(cè)算過(guò)程滿(mǎn)足“技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則”相關(guān)要求，測(cè)算數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

7.2 建議

按照“灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”要求，農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)應(yīng)根據(jù)灌區(qū)面積和灌水方式確定，其中大型、中型、小型、井灌區(qū)不應(yīng)低于0.50、0.60、0.70、0.80。本次測(cè)算丹東市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)，得出大型、中型、小型、井灌區(qū)為0.556、0.552、0.652、0.777。測(cè)算結(jié)果顯示，除大型灌區(qū)外，其余類(lèi)型灌區(qū)均不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。另根據(jù)“中國(guó)水資源公報(bào)”2017年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)整理分析，全國(guó)現(xiàn)狀農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)平均水平為0.548，其中東北地區(qū)平均水平為0.594，本次測(cè)算得出丹東市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.557，處于全國(guó)與東北地區(qū)之間，說(shuō)明丹東市農(nóng)田灌溉節(jié)水發(fā)展較落后，尚存在較大節(jié)水空間。丹東市灌區(qū)集中在東港市、鳳城市，灌排設(shè)施多始建于上世紀(jì)六十年代，受制于當(dāng)時(shí)各方面條件，節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，加之工程運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，配套建筑物老化，灌溉水漏損嚴(yán)重。在國(guó)家實(shí)施藏糧于地、藏糧于技的戰(zhàn)略大背景下，應(yīng)進(jìn)一步加大工程投入，對(duì)原有灌區(qū)進(jìn)行升級(jí)改造，推廣高效節(jié)水灌溉方式，加強(qiáng)工程運(yùn)行期管理維護(hù)，深化各階層節(jié)水意識(shí)，切實(shí)提高農(nóng)田灌溉水利用效率，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，促進(jìn)糧食生產(chǎn)。