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)水平的一個重要指標，也是作為水利改革發(fā)展的一個重要量化指標，是水利現(xiàn)代化考核指標體系中的重要組成部分[1-2]。近年來，國內(nèi)外眾多學(xué)者對灌溉水利用系數(shù)的測定做了大量研究，提出了大量計算灌溉水利用系數(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，提出灌溉水利用系數(shù)的綜合測定計算方法[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]；基于標準灌溉定額評價指標體系的大型灌區(qū)“改進型首尾測算分析法”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，還包括樣本點的選擇和對測算結(jié)果的分析。因此，本文以宿遷市灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析為研究對象，對測算方法、樣本灌區(qū)選擇和測算結(jié)果的年際變化等進行分析，以期為進一步完善地區(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)測算工作對有針對性地進行灌區(qū)節(jié)水改造和管理具有現(xiàn)實意義。

2 測算步驟與方法

2.1 測算步驟

根據(jù)對全市灌區(qū)綜合調(diào)研的結(jié)果，在各縣、區(qū)各選擇樣點灌區(qū)，測算樣點灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)，計算縣、區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)平均值，進一步推求全市灌溉用水有效利用系數(shù)。主要步驟如下：

(1)對各縣、區(qū)灌區(qū)情況進行整體調(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)級灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析的樣點灌區(qū)。

(2)整理樣點灌區(qū)的灌溉用水管理、灌溉試驗等資料，同時進行田間觀測，分析計算樣點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)平均計算得到市級灌溉用水有效利用系數(shù)平均值。

2.2 樣點灌區(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行測算。通過測定計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為灌溉時段內(nèi)的引水持續(xù)時間，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)測算分析計算式為

(4)

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

2.4 市級灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析

市級灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析計算式為

(5)

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

3 樣點灌區(qū)選擇

3.1 選擇原則

各縣、區(qū)選擇具有代表性的樣點灌區(qū)進行測算分析。

(1)樣點灌區(qū)的選擇應(yīng)在水利普查灌區(qū)專項普查范圍內(nèi)，樣點灌區(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)在選擇樣點灌區(qū)時，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。同類型樣點灌區(qū)重點兼顧不同工程設(shè)施狀況和管理水平等，使選擇的樣點灌區(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 樣點灌區(qū)

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

表1 樣點灌區(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，對此類灌區(qū)的節(jié)水改造和強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的水量和最終進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)水改造和強化管理，是灌溉用水有效利用系數(shù)提高的關(guān)鍵。