遼寧省水田節(jié)水潛力分析

韓靚靚

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

1 概述

遼寧省水資源時(shí)空分布不均，供需矛盾突出，水資源短缺已經(jīng)成為制約全省生態(tài)文明建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸[1- 4]。國(guó)家發(fā)展改革委、水利部聯(lián)合印發(fā)《國(guó)家節(jié)水行動(dòng)方案》，提出堅(jiān)持節(jié)水優(yōu)先方針，把節(jié)水作為解決我國(guó)水資源短缺問(wèn)題的重要舉措。遼寧省水田平均用水量約占總用水量的45%，灌溉模式以常規(guī)淹灌為主，用水相對(duì)粗放，節(jié)水潛力比較大。農(nóng)業(yè)節(jié)水增效方面要大力推進(jìn)節(jié)水灌溉，加快灌區(qū)續(xù)建配套和現(xiàn)代化改造，分區(qū)域規(guī)?；七M(jìn)高效節(jié)水灌溉，精細(xì)化管理農(nóng)業(yè)用水，科學(xué)合理確定灌溉定額[5- 7]。本文通過(guò)水田灌溉模式由常規(guī)灌溉轉(zhuǎn)變?yōu)闇\濕曬的節(jié)水灌溉模式，分析遼寧省水田用水的節(jié)水潛力。

2 水田分布及用水現(xiàn)狀

遼寧省的水田灌區(qū)分布比較集中，主要集中在中部和北部的平原地區(qū)，以大中型灌區(qū)為主；東部山區(qū)的水資源豐富，但受地形條件限制，除東港灌區(qū)一座大型灌區(qū)外，其余均為零星的中小型灌區(qū)及井灌區(qū)；西部地區(qū)的土地資源豐富，但受水資源緊缺限制，除凌海灌區(qū)一座大型灌區(qū)外，其余均為中小型灌區(qū)及井灌區(qū)；南部半島丘陵區(qū)，水土資源均相對(duì)短缺，除莊河灌區(qū)一座大型灌區(qū)外，其余均為中小型灌區(qū)及井灌區(qū)。

根據(jù)遼寧省的地形地貌、氣候特點(diǎn)、土壤特征及水資源條件，全省的農(nóng)業(yè)灌溉分區(qū)共分為5個(gè)，分別為遼東山區(qū)、遼西低山丘陵區(qū)、遼南半島丘陵區(qū)、遼北低丘波狀平原區(qū)及遼河中下游平原區(qū)[8]。全省共有10座大型的水田灌區(qū)，有7座分布在遼北低丘波狀平原區(qū)和遼河中下游平原區(qū)，分別為盤錦市的盤山灌區(qū)和大洼灌區(qū)、沈陽(yáng)市的渾蒲灌區(qū)、遼陽(yáng)市的燈塔灌區(qū)、分布在沈陽(yáng)和遼陽(yáng)兩市的渾沙灌區(qū)、營(yíng)口市的營(yíng)口灌區(qū)及鐵嶺市的開原灌區(qū)，該地區(qū)水田灌溉面積為635.61萬(wàn)畝，占全省水田灌溉面積的76%。

近年來(lái)，遼寧省加大灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造建設(shè)的投入，全省水田用水總體上呈下降趨勢(shì)，如圖1所示，水田用水量從2010年的64.24億m3下降到2016年的59.42億m3，水田歷年的用水量占遼寧省總用水量的比例均在44%～46%之間，平均占比為45%。

圖1 遼寧省逐年水田用水變化圖

遼寧省的大中型灌區(qū)主要為地表水灌區(qū)，水源多為引水工程和提水工程，同時(shí)灌區(qū)內(nèi)分布有零星的抗旱水源井。灌水采用常規(guī)灌溉技術(shù)，節(jié)水方式主要是依靠渠道防滲減少輸水損失。常規(guī)的灌溉技術(shù)相比節(jié)水灌溉技術(shù)，各生育階段的灌溉水層深度比較深，滲漏量多，蒸發(fā)量大，降水和灌溉水利用率低，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

3 水田灌溉制度分析

根據(jù)遼寧省的灌溉分區(qū)情況，結(jié)合水田灌區(qū)的土壤及地形條件，分別在5個(gè)灌溉分區(qū)中各選取一個(gè)代表站，分別為錦州站、沈陽(yáng)站、開原站、丹東站及莊河站，分析淺濕曬節(jié)水灌溉模式下水田的灌溉制度。

3.1 泡田期用水

參考文獻(xiàn)10等相關(guān)資料中遼寧省不同地區(qū)泡田期內(nèi)稻田的滲漏量，計(jì)算得出各灌溉分區(qū)代表站典型年泡田期的灌溉定額，見(jiàn)表1。

表1 各灌溉分區(qū)代表站泡田期灌溉制度計(jì)算表 單位：m3/畝

3.2 生育期用水

采用作物系數(shù)法計(jì)算水田的生育期用水，根據(jù)5個(gè)代表站的氣象資料，采用世界糧農(nóng)組織(FAO)推薦的彭曼公式[9]，計(jì)算1956—2012年各代表站的參照作物需水量。遼寧省的水田灌溉設(shè)計(jì)保證率為75%，依據(jù)該灌溉設(shè)計(jì)保證率選擇各代表站中的偏枯年份作為典型年，排頻篩選后，5個(gè)代表站的典型年分別為錦州站的1957年、沈陽(yáng)站的1992年、開原站的1989年、丹東站的1992年及莊河站的1993年，各代表站參照作物需水量詳見(jiàn)表2。

作物系數(shù)參考文獻(xiàn)11中推薦的遼寧省不同地區(qū)水田生育期內(nèi)作物系數(shù)，并結(jié)合5個(gè)分區(qū)代表站實(shí)際土壤條件、地形條件等，計(jì)算得出各灌溉分區(qū)代表站典型年各生育階段作物需水量詳見(jiàn)表3。

表2 各灌溉分區(qū)代表站不同生育期參照作物需水量表 單位：mm

表3 各灌溉分區(qū)代表站不同生育階段作物需水量表 單位：mm

水稻生育期內(nèi)的灌水次數(shù)、灌水時(shí)間和灌水定額，應(yīng)根據(jù)水稻生育期內(nèi)水層變化及相應(yīng)時(shí)段的來(lái)水量，通過(guò)公式(1)逐時(shí)段水量平衡演算擬定，從生育期起始時(shí)間為起點(diǎn)，逐時(shí)段向后演算，田面水層下降至適宜水層下限時(shí)，需灌水至適宜水層上限；超過(guò)允許蓄水深度時(shí)，排水至允許蓄水深度。灌水或排水后，以新的水層深度為起點(diǎn)，繼續(xù)向后演算，直至黃熟期自然落干，通過(guò)逐日水稻降雨和耗水之間的消長(zhǎng)，分析該時(shí)段內(nèi)的灌水定額并匯總，確定各生育階段水稻的灌水次數(shù)、灌水時(shí)間及灌水定額，從而擬定出全生育期內(nèi)水稻的灌溉制度。各灌溉分區(qū)代表站生育期內(nèi)灌溉定額見(jiàn)表4。

h2=h1+P-ET-F-C

(1)

式中，h2—時(shí)段末田面水層深度，mm，不小于允許水深下限；h1—時(shí)段初田面水層深度mm，不大于允許水深上限；P—時(shí)段內(nèi)降水量，mm；F—時(shí)段內(nèi)稻田適宜滲漏量，mm；C—時(shí)段內(nèi)稻田排水量，mm。

表4 各灌溉分區(qū)代表站不同生育期灌溉定額 單位：m3/畝

綜合考慮泡田期和生育期后，5個(gè)灌溉分區(qū)代表站P=75%時(shí)水田凈灌溉定額見(jiàn)表5。

表5 淺濕曬節(jié)水灌溉模式下各灌溉分區(qū)代表站灌溉凈定額 單位：m3/畝

4 節(jié)水潛力分析

遼寧省14個(gè)地級(jí)市，每個(gè)地級(jí)市分布的灌區(qū)類型不同，本次以市為分析單元。根據(jù)各分析單元灌區(qū)的分布情況，結(jié)合各分析單元水資源的特點(diǎn)、灌區(qū)的運(yùn)行情況，并結(jié)合灌區(qū)近期的續(xù)建配套措施等，確定各分析單元的綜合灌溉水利用系數(shù)，從而確定各分析單元的灌溉毛定額。

綜合分析2010—2016年水田的綜合灌溉定額。如圖2所示，從圖中可以看出，各分析單元淺濕曬灌溉的用水定額，與歷年水田的綜合灌溉定額相比較，具有較大的節(jié)水空間。

圖2 常規(guī)灌溉與淺濕曬灌溉的灌溉定額圖

本次節(jié)水潛力分析，新增灌區(qū)考慮節(jié)水灌溉模式，因此僅考慮存量灌溉面積的節(jié)水，經(jīng)分析計(jì)算，轉(zhuǎn)換淺濕曬節(jié)水灌溉方式后，全省水田灌溉需水量約為55.23億m3，與現(xiàn)狀水田的實(shí)際用水量59.42億m3相比較，可節(jié)約水量約4.19億m3，詳見(jiàn)表6。

表6 淺濕曬節(jié)水灌溉模式下各分析單元水田灌溉需水量表

5 結(jié)論

(1)本文結(jié)合遼寧省的5個(gè)灌溉分區(qū)代表站1956—2012年氣象資料，用彭曼公式計(jì)算各代表站的參照作物需水量，并利用作物系數(shù)法求出作物需水量，利用水量平衡法確定水稻的灌溉制度，依據(jù)灌溉定額排頻分析，提出灌溉設(shè)計(jì)保證率P=75%時(shí)，各灌溉分區(qū)的灌溉凈定額，并結(jié)合各地區(qū)的綜合灌溉水利用系數(shù)，確定各地區(qū)的灌溉毛定額。

(2)通過(guò)分析計(jì)算，采用淺濕曬節(jié)水灌溉技術(shù)比常規(guī)灌溉技術(shù)節(jié)水約4.19億m3，對(duì)遼寧省提高水資源利用效率，更好的實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

(3)如能同時(shí)加快灌區(qū)續(xù)建配套改造，規(guī)模化推進(jìn)高效節(jié)水灌溉，提高輸水過(guò)程及田間灌溉的水利用率，水田的節(jié)水潛力可進(jìn)一步提升。