2019年廣西農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算分析研究

蘇冬源，吳衛(wèi)熊，馮世偉

（廣西壯族自治區(qū)水利科學(xué)研究院 廣西水工程材料與結(jié)構(gòu)重點實驗室,南寧 530023）

農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)是指灌入田間被作物利用的水量（凈灌溉水量）與灌區(qū)從水源取用的灌溉總水量（毛灌溉水量）的比值，是衡量從水源取水到田間作物利用過程中灌溉水利用程度的一個重要指標，能綜合反映灌區(qū)自然條件、工程設(shè)施狀況、用水管理水平、灌溉技術(shù)水平等。2012年，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)作為評價灌溉用水效率的重要指標，被列入國家實行最嚴格水資源管理制度考核用水效率紅線的重要考核指標之一，測算工作在廣西各市范圍內(nèi)全面鋪開，多年測算成果為廣西水資源管理和研究、農(nóng)作物用水定額制定和用水規(guī)律分析提供了依據(jù)。

1 測算方法及技術(shù)路線

（1）測算方法。廣西灌溉水有效利用系數(shù)測算方法采用“首尾測算分析法”，即直接測定田間凈灌溉水量與灌區(qū)從水源取用的毛灌溉用水量，兩者比值即為灌溉水有效利用系數(shù)。該方法與傳統(tǒng)通過測定各級渠道水利用系數(shù)、田間水利用系數(shù)來計算灌溉水有效利用系數(shù)值的方法不同，不必測定灌溉水輸、配水過程中的損失，工作量小，易于操作，測算結(jié)果可靠性較高。

（2）技術(shù)路線。在廣西范圍內(nèi)選取具有代表性樣點灌區(qū)，配套量測設(shè)備、觀測人員，測定樣點灌區(qū)主要作物典型田塊畝均凈灌溉水量、樣點灌區(qū)凈灌溉水量和毛灌溉水量，收集灌區(qū)灌溉面積、渠系信息、節(jié)水改造投資等基礎(chǔ)資料，測算分析樣點灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)值；在樣點灌區(qū)測算結(jié)果基礎(chǔ)上，計算大、中、小型灌區(qū)系數(shù)平均值；然后，點面結(jié)合，對大、中、小型灌區(qū)系數(shù)值按其毛灌溉水量加權(quán)平均，計算廣西灌溉水有效利用系數(shù)值。

2 灌溉水有效利用系數(shù)測算過程和方法

2.1 樣點灌區(qū)選擇及代表性分析

樣點灌區(qū)的選取需綜合考慮灌區(qū)數(shù)量、規(guī)模與水源類型、灌溉面積、工程現(xiàn)狀與管理水平、節(jié)水改造投資等因素，同時，考慮地理位置分布、地形地貌、土壤類型、作物種植結(jié)構(gòu)等因素。

（1）數(shù)量方面。11 個大型灌區(qū)全部選取，中型灌區(qū)分3 個檔次（1～5 萬畝、5～15 萬畝、15～30 萬畝）分別選取，共選取中型樣點灌區(qū)62 個，數(shù)量占比18.51%，小型樣點灌區(qū)150 個，數(shù)量占比0.30%；小型灌區(qū)中的高效節(jié)水灌溉面積占全區(qū)灌溉面積15%以上，對系數(shù)測算結(jié)果影響不可忽略，選取5個高效節(jié)水灌區(qū)作為樣點灌區(qū)。

（2）水源類型方面。包含提水、自流引水兩種水源類型。

（3）地形地貌方面。樣點灌區(qū)地形地貌以丘陵為主，其次為山區(qū)、平原。

（4）土壤類型以壤土為主，作物種類以水稻為主，并包含甘蔗、蔬菜、玉米等作物。

（5）工程設(shè)施現(xiàn)狀、管理水平方面。樣點灌區(qū)均包含“好、中、差”3個水平。

（6）節(jié)水改造投資方面。樣點灌區(qū)畝均節(jié)水改造投資與全區(qū)灌區(qū)畝均節(jié)水改造投資平均水平相當。

2019 年，全區(qū)共選取223 個樣點灌區(qū)，樣點灌區(qū)數(shù)量及分布均占全區(qū)各規(guī)模與類型灌區(qū)一定比例，選取的樣點灌區(qū)能代表全區(qū)灌區(qū)的整體情況和系數(shù)水平，具有代表性（見表1和表2）。

表1 廣西灌區(qū)和選取樣點灌區(qū)數(shù)量、面積、節(jié)水面積情況表

表2 廣西灌區(qū)與樣點灌區(qū)選取代表性分析表

2.2 典型田塊選擇及代表性分析

典型田塊要求選取邊界清楚、形狀規(guī)則、面積適中的田塊，同時綜合考慮作物種類、灌溉方式、土壤類型、土地平整、畦田規(guī)格、地下水埋深等方面的代表性。典型田塊作為田間凈灌溉水量觀測的樣本點應(yīng)盡量分散分布，不能過于集中或距離較近，不宜靠近渠道干支渠或農(nóng)渠末端；典型田塊進出水口獨立、田埂不宜過低，以免在灌溉期間與相鄰田塊發(fā)生用水交叉，影響灌區(qū)測算成果的準確性；當?shù)湫吞飰K的種植結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，應(yīng)及時更換。大型樣點灌區(qū)在上中下游每種主要作物分別選取3個典型田塊，中型樣點灌區(qū)上下游每種主要作物分別選取3 個典型田塊，小型樣點灌區(qū)每種主要作物至少選取2個典型田塊。2019年，廣西全區(qū)各類型樣點灌區(qū)共選取典型田塊1049 塊，包括水稻741 塊、甘蔗116 塊、蔬菜21 塊、果樹及其他作物171 塊，均為廣西主要農(nóng)作物。

2.3 灌溉水量測定方法

（1）水源毛灌溉水量的測定。渠道量水方法主要有流速儀法、標準斷面法、建筑物量水法、特設(shè)量水設(shè)備法、自動化量水法等，有條件的灌區(qū)優(yōu)先采用高精度測量方法。管道量水方法主要有水表、流量計等量水設(shè)備計量法。采用流速儀法、標準斷面法量水時要求渠道斷面規(guī)則、渠段順直、水流均勻。

（2）典型田塊凈灌溉水量的測定。有水層田塊灌水量主要采用田間水位尺計量，具備條件的采用水表、流量計等設(shè)備計量，無水層田塊土壤含水率測定方法有時域反射儀（TDR）、頻率反射儀（FDR）和烘干法等。

2.4 灌溉水有效利用系數(shù)測算分析方法

（1）樣點灌區(qū)系數(shù)值測算。首先，通過在各典型田塊內(nèi)布置水量監(jiān)測點，安裝量測設(shè)備，測定田塊畝均凈灌溉用水量，旱作物、水稻濕潤灌溉采用土壤含水率測定法，有水層水稻灌溉采用水深量測法；然后，根據(jù)典型田塊年畝均凈灌溉水量、樣點灌區(qū)灌溉面積，計算樣點灌區(qū)年凈灌溉用水總量；通過在水源渠首安裝測流設(shè)備，實測獲取樣點灌區(qū)全年從各種水源取用的毛灌溉用水總量，計算樣點灌區(qū)系數(shù)值。計算公式如下：

式中：η樣為樣點灌區(qū)系數(shù)值；W樣凈、W樣毛分別為樣點灌區(qū)凈灌溉用水量、毛灌溉用水量，m3。

（2）全區(qū)系數(shù)平均值計算。采用算數(shù)平均法、水量加權(quán)平均法計算大、中、小型灌區(qū)系數(shù)平均值，再根據(jù)不同規(guī)模灌區(qū)毛灌溉水量權(quán)重，推算廣西全區(qū)系數(shù)平均值。計算公式如下：

式中：η、η大、η中、η小分別為全區(qū)、大、中、小型灌區(qū)系數(shù)平均值，λ大、λ中、λ小分別為大、中、小型灌區(qū)的水量權(quán)重。

3 測算結(jié)果及合理性分析

3.1 測算結(jié)果

根據(jù)式（1）、（2），計算分析得到2019年廣西大、中、小型灌區(qū)系數(shù)值分別為0.507、0.471、0.515，廣西全區(qū)系數(shù)值為0.501。測算成果見表3。

2016-2019年廣西及各規(guī)模與類型灌區(qū)系數(shù)測算值、畝均投資情況見表4。

表3 2019年廣西農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算成果

表4 2016-2019年全區(qū)及大中小型灌區(qū)投資及系數(shù)情況表

3.2 測算結(jié)果分析

測算結(jié)果顯示：大型、小型灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)高于中型灌區(qū)，小型灌區(qū)系數(shù)逐年提升并高于大型灌區(qū)。近年來大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造發(fā)展較快，系數(shù)值較高，但投資也在逐年減少，系數(shù)呈逐年微增長并趨穩(wěn)定趨勢；中型灌區(qū)歷年節(jié)水改造投入較少，節(jié)水水平相對較低；小型灌區(qū)隨著高效節(jié)水灌溉面積推廣，節(jié)水效果顯著，系數(shù)值逐年提高并高于大型灌區(qū)，且小型灌區(qū)輸水渠道較短，損失水量少，系數(shù)值相對較高。從系數(shù)值歷年變化情況看，廣西通過灌區(qū)節(jié)水改造工程投資，對渠道進行襯砌防滲、清淤，大力推進高效節(jié)水灌溉、高標準農(nóng)田建設(shè)，發(fā)展農(nóng)田水利連片規(guī)模化建設(shè)，對農(nóng)田水利設(shè)施進行維修養(yǎng)護，節(jié)水灌溉效果逐年顯現(xiàn)，系數(shù)呈逐年提高趨勢；從提高幅度來看，雖然系數(shù)值逐年提高，但由于投資規(guī)模有限，灌區(qū)新增防滲渠系與渠道老壞破損同時存在，系數(shù)值提高幅度逐年降低；從全國來看，與節(jié)水先進省份以及缺水地區(qū)相比，廣西系數(shù)值仍處于較低水平，主要是因為廣西降雨量大，水資源較豐富，節(jié)水灌溉發(fā)展規(guī)模相對小，節(jié)水灌溉面積占比較相對低，用水管理水平以及農(nóng)戶節(jié)水意識都不夠高?？傮w上，測算結(jié)果反映了廣西當前灌溉用水效率的實際情況。