節(jié)水灌溉對引黃灌溉水平衡的影響機制

摘 要：寧夏引黃灌區(qū)是我國重要的糧食生產基地。近年來，節(jié)水灌溉技術的應用有效改善了該區(qū)域水平衡狀態(tài)。探究節(jié)水灌溉對黃河流域寧夏引黃灌溉水平衡的影響機制，對優(yōu)化水資源管理具有重要價值與意義。漢延渠灌區(qū)作為寧夏引黃灌區(qū)的骨干渠道之一，具有典型性和代表性。因此，以漢延渠灌區(qū)為研究對象，重點分析了黃河流域寧夏引黃灌區(qū)的供水現狀，探究了節(jié)水灌溉對黃河流域寧夏引黃灌溉水平衡的影響機制，并總結了當地節(jié)水灌溉技術應用情況，旨在提高水資源綜合利用效率，為區(qū)域社會經濟發(fā)展提供支撐。

關鍵詞：節(jié)水灌溉；黃河流域；寧夏引黃灌溉；水平衡；影響機制

中圖分類號：S274" " "文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2024）23-155-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.23.033

0 引言

近年來，寧夏回族自治區(qū)（以下簡稱寧夏）按照“四水四定”原則［1］，加快推動黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展先行區(qū)建設，全面落實水資源剛性約束制度，推行農業(yè)水價綜合改革和用水權改革；堅持“總量控制、定額管理”原則，加強取水監(jiān)管，堅決遏制不合理用水需求，加大水資源超載治理力度，全面推動農業(yè)種植的節(jié)水型、集約化發(fā)展。漢延渠灌區(qū)通過改造末級渠系、推廣水稻控灌技術、調整種植結構等方式提高水資源利用效率，深入貫徹落實節(jié)水相關政策。

1 寧夏引黃灌區(qū)及漢延渠現狀

目前，寧夏引黃灌區(qū)供水良好。相關數據顯示，2022年該區(qū)域經濟作物占全部作物比例已經達到了38.6%。在現代化配套設施建設、精細化管理的支持下，近年來灌溉用水量已經呈現減少趨勢。2020年灌區(qū)取水量為3.498 1億m3，2021年取水量為3.357 5億m3，2022年取水量為3.067 6億m3。通過分析寧夏引黃灌區(qū)2021—2022年取水量，發(fā)現年均節(jié)水量為4.3%。該區(qū)域2020年的灌溉水利用系數為0.496，2022年的灌溉水利用系數則為0.540，整體節(jié)水效益明顯。

漢延渠是寧夏引黃灌區(qū)古老干渠之一，全長共88.06 km。該渠最大引水流量約70 m3/s，設置節(jié)制閘9座，退水閘6座，渡槽7座，涵洞2座，直開口246座。2019—2024年，年均引水量為3.1億m3，年均水費約916萬元。漢延渠屬于基礎保障性工程，主要負責銅峽市、永寧縣、興慶區(qū)、賀蘭縣等4個市縣（包括13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、74個行政村）近2.75萬hm2農田的灌溉及生態(tài)補水任務，直接關系到灌區(qū)農業(yè)生產及生態(tài)的健康發(fā)展。

2 節(jié)水灌溉對引黃灌溉水平衡的影響機制

2.1 引黃灌溉水平衡的影響機制方程

寧夏引黃灌區(qū)水資源的主要輸入方式為降水和引黃河水。綜合蒸發(fā)等自然因素，結合寧夏引黃灌區(qū)主要輸出的變化特征，則可以構建黃河流域寧夏引黃灌溉水平衡模型，進而了解其產生的影響及變化。研究通過分析寧夏漢延渠實際狀況，探究節(jié)水灌溉對引黃灌溉水平衡的影響機制。這主要涉及輸入量和輸出量兩個重要指標。寧夏引黃灌區(qū)屬于天然水循環(huán)系統(tǒng)，整個區(qū)域降水量相對較少，將黃河水作為重要水源。寧夏引黃灌區(qū)自然-人工二元水平衡方程見式（1）。

[P+D+M=E+F+ΔR] （1）

式（1）中：P表示降水量，D表示飲水量，M表示山前側滲透補給量的具體參數，E表示蒸發(fā)量的數據參數，F表示排水量的參數信息，[Δ]R表示蓄變量［2］。

2.2 引黃灌溉水平衡的影響機制

寧夏引黃灌區(qū)平均年降水量為289 mm，水面蒸發(fā)量1 250 mm，年際間波動相對較大。因此，需要基于實際狀況來分析節(jié)水灌溉對黃河流域寧夏引黃灌溉水平衡的影響機制。

2.2.1 減少引水量及農業(yè)用水量

漢延渠灌區(qū)通過采取一系列節(jié)水灌溉措施，有效減少了對黃河的引水量。2006年的引水量為5.6億m3，2023年的引水量則為2.88億m3，直接減少了2.72億m3，引水量下降了48%。近年來，漢延渠通過改造末級渠系、推廣水稻控灌技術、調整種植結構等方式，有效提高了漢延渠灌區(qū)農業(yè)用水的綜合效率，也在一定程度上減少了農業(yè)用水量。通過采用多種節(jié)水灌溉措施，漢延灌區(qū)有效提高了水資源的合理配置能力，實現了水資源的高效利用。漢延渠灌區(qū)通過優(yōu)化種植結構、推廣高效節(jié)水灌溉技術、引進配套數字化管控設備、應用現代化信息技術手段等多種方式，實現了節(jié)水、增產雙贏。此外，當地通過農業(yè)用水計量及水價優(yōu)化等方式，進一步提升了水資源配置及綜合利用效能。

2.2.2 改善水文平衡

漢延渠灌區(qū)通過控制蒸發(fā)量、有效減少地表徑流等多種技術手段，優(yōu)化了區(qū)域水文平衡。節(jié)水灌溉技術可以有效減少地表水對地下水的補給，進而在一定程度上降低地下水位。這不僅能有效控制土壤鹽漬化現象，而且在一定程度上增加了土壤中有機質的含量，優(yōu)化了土壤結構［3-4］。此外，大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程等項目的實施，顯著優(yōu)化了基本農田基礎設施，完善了節(jié)水灌溉體系，增強了渠道輸水能力，并提升了灌區(qū)水量調配與綜合處理能力?。

結合實際制訂完善的抗旱應急水量調度機制，可以有效保障漢延渠灌區(qū)供水安全，并有助于調節(jié)灌區(qū)水平衡。漢延渠灌區(qū)在實施節(jié)水灌溉的同時，制訂完善的抗旱調度應急預案，實行分級管理，并根據實際情況進行綜合調度。灌溉管理應堅持“豐增枯減，同比例分配”的原則，實施節(jié)能動態(tài)調控，以滿足實際需求［5-6］。

近年來，隨著節(jié)水灌溉基礎設施建設日益完善和多種現代技術的應用，漢延渠灌區(qū)整體節(jié)水效益顯著提升。其中，寧夏黃河干流年均引水量約為65.16億m3，年均耗水量約為34.80億m3。通過數據對比可以發(fā)現，在2021年7月至2022年6月的調度年中，可耗水指標為41.5億m3，引水量為68.437億m3，其中可耗水指標相比2021年增加了1.5億m3，引水指標與2021年基本持平。通過分析2022年的漢延渠灌區(qū)調度數據，發(fā)現調取總水量為75.690億m3，主要包括了黃河干流地表水總量66.604億m3，當地支流地表水量1.629億m3，地下水量6.378億m3，以及非常規(guī)水1.079億m3。根據寧夏回族自治區(qū)“四水四定”管控方案要求，分配漢延渠全年控制取水量為3.789億m3，其中直開口取水量為3.33億m3。

此外，2005年寧夏引黃灌區(qū)的渠系水利用系數為0.46，而到了2023年，該系數已逐步提升至0.579。其中，漢延渠灌區(qū)的渠系水利用系數也從2015年的0.438，逐步提高到了2023年的0.541。?從這些數據可以發(fā)現，寧夏引黃灌區(qū)的整體節(jié)水效益顯著提升。

2.2.3 生態(tài)效益與經濟效益

節(jié)水灌溉技術可以提高農業(yè)用水的綜合效益，具有一定生態(tài)價值。采用節(jié)水灌溉技術，在控制地下水位下降的同時，在一定程度上增強了湖泊及地下水之間的相互作用。漢延渠灌區(qū)通過運用多種節(jié)水技術，提高了水土保持能力，減少了水體污染問題，有利于滿足生態(tài)用水需求。因此，節(jié)水灌溉技術對保護黃河流域生態(tài)系統(tǒng)及推動農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的價值與意義［7］。

如表1所示，漢延渠灌區(qū)通過優(yōu)化產業(yè)結構等方式，在實現節(jié)水的同時，也提高了整體的經濟效益。目前，在灌區(qū)范圍內，高耗水量的農作物種植面積逐漸減少，發(fā)展了大棚蔬菜等特色產業(yè)。這些舉措不僅提高了農民的生產效益，還滿足了節(jié)水需求，提高了水資源的利用效率，為區(qū)域鄉(xiāng)村全面振興提供了有力支撐。

《寧夏回族自治區(qū)國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》顯示，寧夏區(qū)域節(jié)水灌溉面積已達到26.67萬hm2，其中漢延渠發(fā)展高效節(jié)水灌溉面積約1萬hm2，占灌區(qū)耕地總面積的37%左右，有效提高了農田灌溉水利用系數（系數高達0.541）。

3 漢延渠節(jié)水灌溉技術的應用

節(jié)水灌溉技術主要包括微灌、噴灌、溝灌及小畦灌等技術［8］。在漢延渠灌區(qū)，田間節(jié)水灌溉以噴灌為主，其面積約1萬hm2。

3.1 漢延渠灌區(qū)主要節(jié)水灌溉技術

在漢延渠灌區(qū)，主要通過以下技術手段和措施實現節(jié)水。一是推進高標準農田建設；二是完善農田基礎設施；三是大力推廣應用渠道防滲技術；四是應用水稻綜合控制灌溉技術；五是重視末級渠道的節(jié)水改造；六是全面推廣井渠結合灌溉技術、激光平地技術、壟作溝灌技術、噴灌等技術。同時，還結合開采可利用地下水和建設小型引蓄水工程，以實現高效節(jié)水補灌。此外，當地還通過滴灌技術、噴灌技術及小管出流等現代化技術手段，實現了對農業(yè)用水的綜合控制［9］。這一系列措施不僅滿足了節(jié)水需求，更有利于生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善。

根據調查，渠道襯砌防滲技術在漢延渠灌區(qū)得到了應用廣泛，并產生了顯著經濟效益和社會效益。U形斷面渠道襯砌技術日益成熟，在漢延渠灌區(qū)基本實現了全覆蓋。漢延渠田間灌溉渠道襯砌工程現狀見表2。

3.2 漢延渠自動化、現代化設備改造情況

漢延渠現有水閘、渡槽、涵洞等共計27座，其中8座節(jié)制閘和7座退水閘已實現自動化遠程控制，2座節(jié)制閘實現自動化現地控制，設備自動化率達83.3%。漢延渠共有干渠直開口246座。在2014—2023年，灌區(qū)管理部門先后改造干渠直開口測控一體化閘門共計179座，改造占比達72.76%。同時，建設了視頻監(jiān)測點136個，實現了基層所段和水閘視頻監(jiān)測全覆蓋。截至2024年，漢延渠的全渠道控制率達到80%。此外，漢延渠設有干渠遙測點24個，支渠遙測點36個，并建設測流系統(tǒng)5個，包括ADCP測流設備2套、V-DCP測流設備2套、陣列式雷達流量計3套，實現了干渠大斷面半自動或自動測流。漢延渠還安裝視頻監(jiān)控設備214套，實現了管理處、管理所、管理段全方位無死角的安全監(jiān)控，并實現了重點建筑物上下游水位及工況等數據實時在線監(jiān)管和監(jiān)控。漢延渠還建設了包括安全管理系統(tǒng)、調度管理系統(tǒng)、測流計量系統(tǒng)、水閘遠控系統(tǒng)、直開口測控系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、巡渠通APP業(yè)務系統(tǒng)、視頻安防系統(tǒng)在內的8大綜合業(yè)務應用平臺。這為加速推進傳統(tǒng)水利管理向現代水利管理的轉型奠定了堅實的軟硬件基礎［10］。

4 結束語

漢延渠灌區(qū)應用的節(jié)水灌溉技術主要包括噴灌、滴灌、溝灌、小畦灌等技術。合理應用多種現代化技術手段，能有效減少用水中產生的損失，切實提高水資源綜合利用效率。未來，在節(jié)水灌溉對區(qū)域水資源平衡的影響、生態(tài)環(huán)境效應、農業(yè)節(jié)水技術、生態(tài)-農業(yè)耦合系統(tǒng)等研究中，應重視構建長期的動態(tài)監(jiān)測及評估管理系統(tǒng)，以達到充分了解長期影響因素的目的。例如，基于“水—土—氣—生”多元化數據庫，利用多種統(tǒng)計學方法進行綜合分析；利用人工智能、大數據等技術整合數據，并進行動態(tài)監(jiān)測，以實現科學評估。

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（欄目編輯：劉 敏）