宿遷市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算分析

沙 朦， 許廣東， 劉 昊

(江蘇省水文水資源勘測局宿遷分局， 江蘇 宿遷 223800)

灌溉用水有效利用系數(shù)是綜合反映灌區(qū)工程狀況、用水管理水平，灌溉技術(shù)水平的一個(gè)重要指標(biāo)，也是作為水利改革發(fā)展的一個(gè)重要量化指標(biāo)，是水利現(xiàn)代化考核指標(biāo)體系中的重要組成部分[1-2]。近年來，國內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)灌溉水利用系數(shù)的測定做了大量研究，提出了大量計(jì)算灌溉水利用系數(shù)的方法，如為克服傳統(tǒng)測量方法工作量大，需要大量人力物力的缺點(diǎn)，提出灌溉水利用系數(shù)的綜合測定計(jì)算方法[3]，基于“首尾測算分析法”的南方多水源型灌區(qū)[4-5]和小型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)測算法[6-7]；基于標(biāo)準(zhǔn)灌溉定額評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的大型灌區(qū)“改進(jìn)型首尾測算分析法”等[8]，為其他地區(qū)的測算提供了參考。但在一個(gè)市域范圍內(nèi)，灌溉水利用系數(shù)的測算不僅僅是具體的測定方法，還包括樣本點(diǎn)的選擇和對(duì)測算結(jié)果的分析。因此，本文以宿遷市灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析為研究對(duì)象，對(duì)測算方法、樣本灌區(qū)選擇和測算結(jié)果的年際變化等進(jìn)行分析，以期為進(jìn)一步完善地區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)測算工作和提高地區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)提供參考。

1 研究區(qū)概況

宿遷市位于江蘇省北部，地理位置介于北緯33°8′～34°25′，東經(jīng)117°56′～119°10′之間，總面積8 555 km2，耕地面積43.7×104hm2。宿遷市屬于暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，光熱資源比較優(yōu)越，四季分明，氣候溫和，太陽總輻射量約為117 kCal/cm2，全年日照數(shù)2 213 h。無霜期較長，平均為211 d，活動(dòng)積溫5 189 ℃，全年作物生長期為310.5 d。年均降水量為914.9 mm，降水年內(nèi)分布不均，易形成春旱、夏澇、秋冬干天氣。多年平均水資源總量23.2×108m3，其中地表水資源量14.0×108m3，地下水資源量11.1×108m3，因地處淮河、沂沭泗流域下游，過境水資源量較大。宿遷是農(nóng)業(yè)大市，下轄沭陽縣、泗陽縣、泗洪縣、宿豫區(qū)和宿城區(qū)等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)縣區(qū)，現(xiàn)有萬畝以上灌區(qū)24處，耕地面積33.8×104hm2，占全市耕地總面積的76.1%。其中大型灌區(qū)7處。農(nóng)業(yè)多年平均灌溉用水量25.0×108m3，占全市總用水量的77.1%。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以水稻種植為主，多采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)種植方式，灌溉管理粗放，平均農(nóng)田灌溉用水量為9.4×103m3/hm2，因此，在研究區(qū)開展灌溉用水有效利用系數(shù)測算工作對(duì)有針對(duì)性地進(jìn)行灌區(qū)節(jié)水改造和管理具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 測算步驟與方法

2.1 測算步驟

根據(jù)對(duì)全市灌區(qū)綜合調(diào)研的結(jié)果，在各縣、區(qū)各選擇樣點(diǎn)灌區(qū)，測算樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)，計(jì)算縣、區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)平均值，進(jìn)一步推求全市灌溉用水有效利用系數(shù)。主要步驟如下：

(1)對(duì)各縣、區(qū)灌區(qū)情況進(jìn)行整體調(diào)查，根據(jù)灌區(qū)不同規(guī)模、類型、工程狀況、水源條件與管理水平等，確定代表縣、區(qū)級(jí)灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析的樣點(diǎn)灌區(qū)。

(2)整理樣點(diǎn)灌區(qū)的灌溉用水管理、灌溉試驗(yàn)等資料，同時(shí)進(jìn)行田間觀測，分析計(jì)算樣點(diǎn)的灌溉用水有效利用系數(shù)，并分析推算各縣、區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)平均值。

(3)根據(jù)各縣、區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)年毛灌溉用水量和平均灌溉用水有效利用系數(shù)，加權(quán)平均計(jì)算得到市級(jí)灌溉用水有效利用系數(shù)平均值。

2.2 樣點(diǎn)灌區(qū)測算分析方法

按照《江蘇省“十二五”農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析技術(shù)指南》中的要求，宿遷市農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)測算均采用首尾測算法進(jìn)行測算。通過測定計(jì)算凈灌溉用水總量占毛灌溉用水總量的比值，從而得出農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)計(jì)算式為

(1)

式中：ηw為灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)；Wj為灌區(qū)凈灌溉用水總量，m3；Wa為灌區(qū)毛灌溉用水總量，m3。一般情況毛灌溉用水總量是指灌區(qū)在確定的時(shí)間段內(nèi)從水源地引入(取用)用于農(nóng)田灌溉的總水量，即

(2)

式中：Qi為第i灌溉時(shí)段內(nèi)的平均流量，m3/h；M為作物生長期內(nèi)灌溉次數(shù)；Ti為灌溉時(shí)段內(nèi)的引水持續(xù)時(shí)間，h；N為干渠條數(shù)。灌區(qū)內(nèi)流量主要采用水工建筑物量水和水泵用電量估算，計(jì)算公式為

Wa=RA

(3)

式中：R為灌水深度，m；A為水田面積，m2。灌水深度通過田間試驗(yàn)測定。

2.3 縣、區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)測算分析

縣、區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析計(jì)算式為

(4)

式中：ηwi為第i個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)的灌溉用水有效利用系數(shù)；Wai為第i個(gè)灌區(qū)的毛灌溉用水量，m3；m為縣(區(qū))域內(nèi)樣點(diǎn)灌區(qū)總個(gè)數(shù)。

2.4 市級(jí)灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析

市級(jí)灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析計(jì)算式為

(5)

式中：ηw市為市灌溉用水有效利用系數(shù)；Wa縣i為第i個(gè)縣的毛灌溉用水量，萬m3；n為市級(jí)個(gè)數(shù)。

3 樣點(diǎn)灌區(qū)選擇

3.1 選擇原則

各縣、區(qū)選擇具有代表性的樣點(diǎn)灌區(qū)進(jìn)行測算分析。

(1)樣點(diǎn)灌區(qū)的選擇應(yīng)在水利普查灌區(qū)專項(xiàng)普查范圍內(nèi)，樣點(diǎn)灌區(qū)的名稱、有效灌溉面積、水源類型等需與灌區(qū)清查表保持一致。

(2)在選擇樣點(diǎn)灌區(qū)時(shí)，綜合考慮工程設(shè)施狀況、管理水平、灌溉水源條件、作物種類和種植結(jié)構(gòu)、地形地貌等因素。同類型樣點(diǎn)灌區(qū)重點(diǎn)兼顧不同工程設(shè)施狀況和管理水平等，使選擇的樣點(diǎn)灌區(qū)綜合后能代表各縣、區(qū)全部灌區(qū)的平均情況。

(3)樣點(diǎn)灌區(qū)具有一定的觀測條件和灌溉用水管理資料等。

3.2 樣點(diǎn)灌區(qū)

根據(jù)樣點(diǎn)灌區(qū)選擇原則，結(jié)合宿遷市實(shí)際情況，經(jīng)過多方比較，最終確定13個(gè)灌區(qū)作為灌溉用水有效利用系數(shù)測算典型灌區(qū)。具體樣點(diǎn)灌區(qū)如表1所示。

表1 樣點(diǎn)灌區(qū)概況

4 測算結(jié)果

宿遷市2017—2019年灌溉用水有效利用系數(shù)見表2。由表2可以看出，2017—2019年各縣、區(qū)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)均表現(xiàn)出逐年提高趨勢，沭陽縣、泗陽縣、泗洪縣、宿豫區(qū)和宿城區(qū)2018年灌溉水有效利用系數(shù)較2017年分別提高1.02%、0.85%、1.18%、1.01%和0.51%，2019年較2018年分別提高0.51%、0.68%、0.17%、0.51%和1.59%。在以河湖引水閘(壩、堰)，河湖泵站為主要灌溉水源工程類型沭陽縣、泗陽縣和宿豫區(qū)，灌溉用水有效利用系數(shù)的增幅逐年增加，而在以河湖泵站為主要灌溉水源工程類型的泗洪縣和宿城區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)增幅有下降趨勢。說明隨著灌區(qū)改造工程的推進(jìn)和水資源管理的日益規(guī)范化，灌區(qū)輸配水和田間灌溉水的損失減少。大型灌區(qū)，尤其是以河湖引水閘為主要灌溉水源工程的灌區(qū)，由于工程建設(shè)和灌區(qū)管理基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，在2017年灌溉用水有效利用系數(shù)普遍低于中小型灌區(qū)和以河湖泵站為主要灌溉水源工程的灌區(qū)，在灌區(qū)改造和加強(qiáng)管理后，短期灌溉水有效利用系數(shù)的提升也低于中小型灌區(qū)，但大型灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)可提升空間較大，因此，2019年增長幅度已高于中小型灌區(qū)。

表2 宿遷市2017—2019灌溉水有效利用系數(shù)

從宿遷全市分析，2017—2018年和2018—2019年全市灌溉用水有效利用系數(shù)分別提高0.85%和0.67%，3年累計(jì)提高1.53%，即增幅逐年增加，其增長趨勢與沭陽縣、泗陽縣相似，這主要是由于其灌溉用水量在全市灌溉用水總量中比重較大，如2018年和2019年2縣毛灌溉水量分別占全市毛灌溉水量的47.6%和48.3%。表明一方面宿遷市灌溉水有效利用系數(shù)還有較大的提升空間，另一方面，目前以河湖引水閘為主要灌溉水源工程的灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)偏低，對(duì)此類灌區(qū)的節(jié)水改造和強(qiáng)化管理是提高全市灌溉用水有效利用系數(shù)的關(guān)鍵。

5 結(jié) 論

(1)首尾測算法僅采用渠首引進(jìn)的水量和最終進(jìn)入田間的凈灌溉水量即可，有合理的測算依據(jù)，且便于測算工作的開展，較適用于灌區(qū)數(shù)量較多的宿遷市灌溉用水有效利用系數(shù)測算。

(2)在宿遷市內(nèi)根據(jù)水利普查灌區(qū)專項(xiàng)普查范圍、工程設(shè)施狀況和管理水平、觀測條件等樣本灌區(qū)選擇原則，確定柴塘灌區(qū)等13個(gè)大、中、小型灌區(qū)作為樣本灌區(qū)。

(3)從2017年到2019年，宿遷市灌溉用水有效利用系數(shù)從0.591增加到0.599，提高1.53%，系數(shù)的增長取決于大型灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)的提高。盡管全市系數(shù)呈增長趨勢，仍有較大的提升空間，而以河湖引水閘為主要灌溉水源工程的大中型灌區(qū)節(jié)水改造和強(qiáng)化管理，是灌溉用水有效利用系數(shù)提高的關(guān)鍵。