提升廣西農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算水平和精度的措施

蘇冬源，吳昌洪，姚 瑤

（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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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吸收利用的水量（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(gè)重要指標(biāo)，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[1]。2004年，水利部中國灌溉排水發(fā)展中心根據(jù)灌溉水利用系數(shù)的定義提出“首尾測(cè)算分析法”，即直接測(cè)定田間凈灌溉水量與灌區(qū)從水源取用的毛灌溉用水量，兩者的比值即為灌溉水有效利用系數(shù)，不必測(cè)定灌溉水在輸水、配水過程中的損失，也無須通過測(cè)定各級(jí)渠道水利用系數(shù)和田間水利用系數(shù)來計(jì)算灌溉水有效利用系數(shù)，大大減少了測(cè)定工作量。

2011年中央一號(hào)文件明確提出，實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度，建立用水總量控制、用水效率控制和水功能區(qū)限制納污“三項(xiàng)制度”；2012年，《國務(wù)院關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》（國發(fā)〔2012〕3 號(hào)）明確要求，確立用水效率紅線，到2030年，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.60 以上[1]。自2012年開始至今，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)被列入國家實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度考核中用水效率考核的重要指標(biāo)，開展農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算工作，摸清灌溉水有效利用系數(shù)現(xiàn)狀及其變化情況，對(duì)于提高灌溉水的利用效率和利用效益，發(fā)展節(jié)水灌溉和建設(shè)節(jié)水型社會(huì)，實(shí)施國家節(jié)水行動(dòng)方案，具有及其重要的意義。

1 2015-2019年廣西灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算工作開展及測(cè)算成果

2006-2012 年，廣西在全區(qū)范圍內(nèi)選擇11 個(gè)典型縣共81 個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)連續(xù)開展灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算工作；2013-2019年，廣西選取樣點(diǎn)灌區(qū)增至225 個(gè)，覆蓋全區(qū)14 個(gè)市75 個(gè)縣。2015-2019 年灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算值如圖1所示，從結(jié)果看，灌溉水有效利用系數(shù)呈逐年緩慢提高趨勢(shì)，且提高幅度逐年減少。2015年以來，國家及地方穩(wěn)定推進(jìn)灌區(qū)節(jié)水改造，廣西大力發(fā)展高效節(jié)水灌溉，農(nóng)業(yè)節(jié)水力度逐年提高，灌溉水有效利用系數(shù)也是逐年提高，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(shí)存在，系數(shù)值提高幅度逐年降低，符合廣西實(shí)際情況[2]。

圖1 廣西2015-2019年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)值

2 提升灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算精度和水平的措施

通過對(duì)廣西多年灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算工作及成果進(jìn)行分析和總結(jié)，對(duì)進(jìn)一步提升測(cè)算精度和測(cè)算水平提出以下具體措施。

2.1 保證資金投入

開展農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算工作需要消耗大量的人力、物力、財(cái)力，必須安排有設(shè)備購置費(fèi)、技術(shù)服務(wù)費(fèi)、觀測(cè)費(fèi)等專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)[3]。建議省、市、縣積極在財(cái)政預(yù)算中落實(shí)測(cè)算工作經(jīng)費(fèi)，這是確保測(cè)算工作順利開展的前提條件。

2.2 制定完善的測(cè)算技術(shù)方案

水利部印發(fā)了《全國農(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》（2016 年），用來指導(dǎo)各地開展系數(shù)測(cè)算工作，由于各地灌區(qū)數(shù)量及分布、自然條件、量水設(shè)備及人員配備、灌水習(xí)慣、主要作物種類等基本情況不同，要結(jié)合本地區(qū)實(shí)際情況制定符合本地區(qū)開展工作的技術(shù)方案和工作方案。①結(jié)合技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則，制定《廣西農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析技術(shù)方案》，并根據(jù)新要求隨時(shí)更新；②根據(jù)測(cè)算成果所需目標(biāo)數(shù)據(jù)，制定詳細(xì)的觀測(cè)記錄表。由于觀測(cè)人員多為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶或水管員，知識(shí)水平普遍不高，觀測(cè)記錄表應(yīng)簡(jiǎn)單易懂，表中各項(xiàng)指標(biāo)有詳細(xì)填表說明；③細(xì)化多水源灌區(qū)灌溉水量統(tǒng)計(jì)方法，南方地區(qū)河網(wǎng)交錯(cuò)復(fù)雜，灌區(qū)水源數(shù)量、種類眾多，取水棄水點(diǎn)多、面廣，灌排結(jié)合普遍存在，加大了灌溉水量統(tǒng)計(jì)分析的難度，技術(shù)方案中要逐步完善多水源灌區(qū)灌溉水量統(tǒng)計(jì)分析方法；④細(xì)化田間凈灌溉水量測(cè)算方法，對(duì)于無水層非飽和土壤灌溉的水稻作物，要測(cè)定田塊非飽和至飽和階段土壤入滲水量；⑤制定測(cè)算工作進(jìn)度、時(shí)間節(jié)點(diǎn)、各階段工作內(nèi)容安排。

2.3 優(yōu)化測(cè)算監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

灌溉水有效利用系數(shù)是通過樣點(diǎn)灌區(qū)測(cè)算結(jié)果來推求的，樣點(diǎn)灌區(qū)的代表性在很大程度上決定測(cè)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。由于廣西灌區(qū)數(shù)量多，灌溉面積大，要實(shí)現(xiàn)全部測(cè)定不太現(xiàn)實(shí)。通過選擇具有代表性樣點(diǎn)灌區(qū)，科學(xué)合理建立測(cè)算分析網(wǎng)絡(luò)，是灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析的前提，直接影響系數(shù)測(cè)算分析的精度。樣點(diǎn)灌區(qū)選取采用配額抽樣法，先將全部灌區(qū)按照大、中、小型共3種規(guī)模類型進(jìn)行灌區(qū)分層，按照廣西灌區(qū)數(shù)量比例規(guī)定各規(guī)模、類型灌區(qū)選取樣本的數(shù)量，然后綜合考慮灌區(qū)的地形地貌、土壤類型、工程設(shè)施、管理水平、水源條件（提水、自流引水）、作物種植結(jié)構(gòu)等因素選取樣點(diǎn)灌區(qū)，所選樣點(diǎn)灌區(qū)能代表廣西范圍內(nèi)同規(guī)模與類型灌區(qū)。①數(shù)量方面，11 個(gè)大型灌區(qū)全部選取，中型灌區(qū)分3 個(gè)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(diǎn)灌區(qū)66 個(gè)，數(shù)量占比20%，小型樣點(diǎn)灌區(qū)148 個(gè)，數(shù)量占比0.3%，同時(shí)包含提水、自流引水兩種水源類型；②廣西高效節(jié)水灌溉面積占全區(qū)灌溉面積15%以上，對(duì)系數(shù)測(cè)算結(jié)果影響不可忽略，必須選取高效節(jié)水灌區(qū)作為樣點(diǎn)灌區(qū)；③地形地貌、土壤類型方面，樣點(diǎn)灌區(qū)地形地貌以丘陵為主，其次為山區(qū)、平原，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，與廣西情況相符合；④工程設(shè)施現(xiàn)狀、管理水平方面，樣點(diǎn)灌區(qū)包含“好、中、差”3個(gè)水平；⑤當(dāng)樣點(diǎn)灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)、工程設(shè)施、節(jié)水改造投資等發(fā)生較大變化，無法代表灌區(qū)平均水平時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整樣點(diǎn)灌區(qū)。

2.4 提高測(cè)量設(shè)備的精度

水源毛灌溉水量、典型田塊凈灌溉水量的測(cè)定，應(yīng)結(jié)合實(shí)際條件優(yōu)先選取高精度測(cè)量設(shè)備，提高測(cè)算精度。

（1）水源毛灌溉水量的測(cè)定方法。渠道量水方法可采用流速儀法、水工建筑物量水法、標(biāo)準(zhǔn)斷面法或特設(shè)量水設(shè)備法等，宜優(yōu)先采用高精度測(cè)量方法，具備條件的站點(diǎn)可采用自動(dòng)化量水方法[4]；管道量水方法宜選用水表、流量計(jì)等量水設(shè)備計(jì)量，以地面水為水源的低壓輸水管道、噴滴灌管道，宜選用電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等測(cè)流設(shè)備；當(dāng)渠道縱橫斷面規(guī)則、渠段順直、水流均勻、測(cè)流斷面不受建筑物泄流影響的渠道可采用流速儀法量水；小型渠道宜優(yōu)先選用特設(shè)量水設(shè)備或流速儀法；土渠采用標(biāo)準(zhǔn)斷面法量水時(shí)，宜對(duì)測(cè)流渠段進(jìn)行護(hù)底和襯砌，防止測(cè)流斷面沖刷變形。

（2）典型田塊凈灌溉水量的測(cè)定方法。有水層田塊宜選用水位尺，具備條件的可采用水表、流量計(jì)等；無水層土壤含水率測(cè)定宜采用先進(jìn)測(cè)試儀器，如時(shí)域反射儀（TDR）、頻率反射儀（FDR）等以提高測(cè)試效率，無以上設(shè)備的可采用烘干法測(cè)定。

2.5 規(guī)范測(cè)算過程

毛灌溉水量、凈灌溉水量作為測(cè)算的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，其獲取過程應(yīng)嚴(yán)格規(guī)范。

（1）水源毛灌溉水量方面，采用人工觀測(cè)水位或流速儀測(cè)流的，當(dāng)水位、流量變化不大時(shí)，日觀測(cè)水位不應(yīng)少于2 次，可采用等時(shí)段觀測(cè)法，當(dāng)水位、流量變化頻繁時(shí)，應(yīng)隨時(shí)增加觀測(cè)次數(shù)；采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀表儀器量水的，應(yīng)定期讀取儀表數(shù)據(jù)，隨時(shí)查看儀表是否正常工作；利用標(biāo)準(zhǔn)斷面法量水時(shí)，應(yīng)率定測(cè)流斷面的水位流量關(guān)系。

（2）田間典型田塊凈灌溉水量方面，有水層作物典型田塊應(yīng)呈梅花形布設(shè)不少于5 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，水位尺應(yīng)刻度清晰、與水面顏色有差異，以便于觀測(cè)，安裝位置離田埂50 cm以上。

（3）旱作物土壤含水率測(cè)定方面，土壤含水率取點(diǎn)數(shù)目和位置選擇應(yīng)根據(jù)土壤含水率的空間變異性和測(cè)試精度要求確定，土壤含水率宜采用先進(jìn)測(cè)試儀器（如TDR、FDR）等以提高測(cè)試效率，無先進(jìn)測(cè)試儀器的，可采用烘干法測(cè)定；計(jì)劃濕潤層土壤含水率宜分層測(cè)定，每層深度宜取10～20 cm，采用TDR或FDR測(cè)定含水率時(shí)，每個(gè)田塊測(cè)點(diǎn)不低于5個(gè)。

（4）典型田塊選取方面，大型灌區(qū)按照上中下游每種作物不少于3 塊、中型灌區(qū)上下游每種作物不少于3 塊、小型灌區(qū)每種作物不少于2 塊選取[4]，典型田塊作為水量觀測(cè)的樣本點(diǎn)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，如有典型田塊的種植結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，應(yīng)提前與農(nóng)戶及時(shí)溝通及時(shí)更換，典型田塊田埂不宜過低，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(cè)算成果的準(zhǔn)確性。

2.6 加強(qiáng)測(cè)算過程數(shù)據(jù)和測(cè)算結(jié)果審核

測(cè)算工作涉及省、市、縣、基層灌區(qū)管理單位等多層次部門，是一項(xiàng)技術(shù)性較強(qiáng)、難度較大、要求較高的綜合性業(yè)務(wù)工作。①建立省、市、縣級(jí)技術(shù)服務(wù)支撐體系，加強(qiáng)省對(duì)市、市對(duì)縣在測(cè)算工作過程中的技術(shù)指導(dǎo)和現(xiàn)場(chǎng)檢查，將測(cè)算技術(shù)要點(diǎn)準(zhǔn)確傳達(dá)到基層觀測(cè)人員，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，便于發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)反饋和改進(jìn)；②建立省級(jí)、市級(jí)、縣級(jí)成果審核制度，對(duì)測(cè)算過程數(shù)據(jù)資料及測(cè)算成果逐級(jí)審查，形成縣、市、省逐層上報(bào)，逐級(jí)審核的工作體制，保證測(cè)算工作的嚴(yán)謹(jǐn)性和測(cè)算結(jié)果的科學(xué)性。

2.7 制定測(cè)算工作考核制度

為加強(qiáng)灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析工作管理，提高測(cè)算分析成果質(zhì)量，應(yīng)制定灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算工作省、市、縣級(jí)逐級(jí)考核制度。運(yùn)用科學(xué)的量化指標(biāo)和統(tǒng)一的考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)，按照省對(duì)市、市對(duì)縣系數(shù)測(cè)算工作過程進(jìn)行定量綜合考評(píng)，考評(píng)結(jié)果作為判斷測(cè)算分析成果是否可信、工作過程是否科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹匾罁?jù)?？荚u(píng)工作應(yīng)遵循客觀公正、考評(píng)有據(jù)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的原則，考評(píng)依據(jù)包括成果資料、抽查檢查情況，考評(píng)內(nèi)容包括組織技術(shù)與經(jīng)費(fèi)保障、測(cè)算分析過程、成果質(zhì)量共3 方面。此外，測(cè)算工作考核制度應(yīng)根據(jù)工作開展情況定期進(jìn)行修訂，使考核制度更加完善。

3 結(jié)語

農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)作為評(píng)價(jià)灌溉用水效率的重要指標(biāo)，廣西連續(xù)多年跟蹤觀測(cè)其變化情況，對(duì)于科學(xué)評(píng)價(jià)廣西節(jié)水灌溉發(fā)展成效和節(jié)水潛力，促進(jìn)節(jié)水灌溉發(fā)展和保障農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義；同時(shí)，多年測(cè)算成果資料為廣西農(nóng)業(yè)用水管理、農(nóng)作物用水定額制定和用水規(guī)律分析提供了依據(jù)。但是，雖然此項(xiàng)工作已連續(xù)開展多年，仍存在測(cè)量設(shè)備配套精度低、多水源灌區(qū)灌溉用水交錯(cuò)復(fù)雜、作物凈灌溉水量測(cè)定不完整等諸多問題，需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提升測(cè)算水平，提高測(cè)算精度。