劉藝平 夏春蘭 潘露 過(guò)曉婕

摘要：農(nóng)業(yè)灌溉用水長(zhǎng)期占據(jù)成都市總用水開(kāi)支中的主要組成部分。以成都市主要農(nóng)作物為研究對(duì)象，在保證農(nóng)作物生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)灌溉用水安全的前提下，從提高節(jié)水灌溉率降低農(nóng)作物灌溉需水量方向進(jìn)行研究，探討了農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力，并對(duì)成都市未來(lái)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水發(fā)展方向提出了建議。結(jié)果表明：隨著節(jié)水灌溉率的提升，各類(lèi)農(nóng)作物的綜合灌溉用水定額減小，其灌溉需水量均產(chǎn)生明顯下降。但僅依靠實(shí)施工程性節(jié)水措施降低灌溉需水量存在局限性，由此獲得的節(jié)水潛力將隨著節(jié)水灌溉率的提高而逐漸減小，還需要實(shí)施非工程節(jié)水措施，形成因地制宜的節(jié)水灌溉綜合體系，從而達(dá)到高效、高產(chǎn)的農(nóng)業(yè)節(jié)水目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)節(jié)水;節(jié)水潛力;節(jié)水灌溉率;灌溉需水量;成都市

中圖法分類(lèi)號(hào)： S274文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.06.004

文章編號(hào)：1006 - 0081（2021）06 - 0021 - 05

隨著城市人口、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)峻，如何合理開(kāi)發(fā)利用水資源，創(chuàng)建節(jié)水型社會(huì)，成為與人們生活息息相關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題。從歷年成都市用水情況可以看出，農(nóng)業(yè)用水一直占據(jù)主要位置，其中，又以農(nóng)業(yè)灌溉用水為主要用水戶(hù)。近年來(lái)，隨著其他行業(yè)需用水量的增長(zhǎng)，水資源供需矛盾日益明顯，能否有效控制農(nóng)業(yè)用水量已成為解決成都區(qū)域性缺水、過(guò)程性缺水和配置性缺水問(wèn)題的制約因素[1]。農(nóng)業(yè)灌溉用水利用效率較低，用水浪費(fèi)嚴(yán)重一直是導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水量居高不下的主要原因[2]，為了合理利用水資源，提高水資源的利用率，在保證農(nóng)作物生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)灌溉用水安全的前提下，探討節(jié)水潛力是非常有必要的。

農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力是指在一定的發(fā)展階段，通過(guò)投入一定的成本推行農(nóng)業(yè)節(jié)水措施以提高農(nóng)業(yè)灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)，從而減少的耗用水量[3]，其影響因素眾多。目前，對(duì)于農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力的計(jì)算還未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，多數(shù)是以通過(guò)采取節(jié)水措施，改進(jìn)相關(guān)節(jié)水灌溉技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，從提高灌溉水利用率等方面，得到灌溉需水的減少量，從而算得節(jié)水潛力[4]。國(guó)外對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力的研究較少，C.D.Davenport和M.R.Hagan定義了灌溉過(guò)程中取水與節(jié)水可回收和不可回收水的概念[5]，D.Zeihum等指出可使用農(nóng)業(yè)灌溉水有效率評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力[6]，W.W.Wallender等針對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的尺度問(wèn)題，提出灌溉水文學(xué)概念，從不同角度對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力進(jìn)行了研究[7]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者在農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力方面做了較多研究，如崔遠(yuǎn)來(lái)等在對(duì)灌區(qū)渠系進(jìn)行等效概化基礎(chǔ)上，采用經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行了不同工況下不同環(huán)節(jié)灌溉用水效率的分析計(jì)算[8]。傅國(guó)斌等從作物需水量出發(fā)，考慮經(jīng)濟(jì)需水量、有效降水補(bǔ)給、地下水利用量、輸水損失、田間損失、無(wú)效蒸騰等因素后，建立了理論節(jié)水潛力的計(jì)算公式，并利用調(diào)節(jié)因子求得實(shí)際節(jié)水潛力[9]。雷波等基于灌區(qū)尺度提出農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力估算理論和方法，并提出將不同節(jié)水措施實(shí)現(xiàn)的灌溉節(jié)水量分為“毛節(jié)水量”和“凈節(jié)水量”概念，以區(qū)分“工程節(jié)水量”和“真實(shí)節(jié)水量”[10]。趙西寧等綜合考慮區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、水文水資源狀況、農(nóng)業(yè)水資源開(kāi)發(fā)利用、農(nóng)業(yè)節(jié)水水平和生態(tài)環(huán)境等多項(xiàng)指標(biāo)，建立區(qū)域農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力綜合評(píng)價(jià)體系，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)模型分析各指標(biāo)的貢獻(xiàn)大小，從而對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)[11]。

本文從成都市主要農(nóng)作物種植現(xiàn)狀出發(fā)，以2018年為現(xiàn)狀基準(zhǔn)年，綜合考慮農(nóng)作物需水量、節(jié)水灌溉率、輸水損失等因素，通過(guò)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水工程改造，將節(jié)約灌溉用水量和減少耗水量體現(xiàn)在農(nóng)作物綜合灌溉用水定額的變化中，分析農(nóng)作物灌溉需水量變化情況，從而預(yù)測(cè)成都市主要農(nóng)作物灌溉用水的節(jié)水潛力。

1 成都市概況

成都市地處中國(guó)西南地區(qū)、四川盆地西部、青藏高原東緣，東北與德陽(yáng)市、東南與資陽(yáng)市毗鄰，南面與眉山市相連，西南與雅安市、西北與阿壩藏族羌族自治州接壤。全市土地面積為14 335 km2，常住人口1 633.00萬(wàn)人，是西南地區(qū)重要的中心城市。成都市地處亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，熱量充足，雨量豐富，四季分明，日照較少。成都市土壤資源豐富，土壤類(lèi)型多樣，養(yǎng)分充分，土層深厚，質(zhì)地適中，適宜各種農(nóng)作物及林草生長(zhǎng)。成都市屬長(zhǎng)江流域岷沱江水系，岷江為成都市最主要河流，其水量豐富，水質(zhì)優(yōu)異，洪枯變化較小，是成都主要供水水源;成都市多年平均水資源總量為86.64億m3，總量較豐富，但由于人口密集，人均水資源占有量較少。

成都市種植業(yè)發(fā)達(dá)，農(nóng)作物以水稻、小麥、玉米、油菜籽、蔬菜等為主。根據(jù)《成都市統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)顯示[12-13]，近年來(lái)，成都市農(nóng)作物種植面積變化較小，種植結(jié)構(gòu)基本保持穩(wěn)定，2017～2018年各農(nóng)作物種植面積見(jiàn)表1。

2 計(jì)算方法

（1）節(jié)水灌溉率。指已采取節(jié)水工程措施的灌溉面積占總灌溉面積的百分?jǐn)?shù)[14]。

（2）綜合灌溉用水定額[mi]。指某農(nóng)作物在規(guī)定位置和規(guī)定水文年型下核定的在一個(gè)生育期內(nèi)單位面積的灌溉用水量，計(jì)算公式如下：

式中：[mi]為某農(nóng)作物的綜合灌溉用水定額，m3/hm2;[m凈]為某農(nóng)作物凈灌溉用水定額，指在備耕期及作物全生育期內(nèi)，未計(jì)入渠系輸水和田間灌水損失的單位面積上的凈灌溉水量，m3/hm2;[ηt]為采用不同灌溉方式時(shí)的灌溉水利用系數(shù)，若無(wú)節(jié)水灌溉措施，可采用按大中型灌區(qū)現(xiàn)狀斗口以下灌溉水利用系數(shù)、地表水小型灌區(qū)或井灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉水利用系數(shù)進(jìn)行綜合確定，若為某種節(jié)水灌溉措施，參考《節(jié)水灌溉工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定相應(yīng)節(jié)水灌溉技術(shù)的灌溉水利用系數(shù)最低值[15];[pt]為采用相應(yīng)灌溉方式的農(nóng)作物種植面積占該作物種植面積的百分?jǐn)?shù)。

（3）灌溉需水量Q。灌溉需水量由各農(nóng)作物綜合灌溉定額（[mi]）與相應(yīng)灌溉面積的乘積求和后得到，計(jì)算公式如下：

式中：Q為灌溉需水量，m3;[Qi]為某農(nóng)作物的灌溉需水量，m3;[Ai]為某農(nóng)作物的種植面積，hm2。

（4）節(jié)水潛力[ΔQ]。節(jié)水潛力為現(xiàn)狀基準(zhǔn)年灌溉需水量與預(yù)測(cè)情景年灌溉需水量的差值，計(jì)算公式為：

式中：[ΔQ]為節(jié)水潛力，m3;[Q0]為現(xiàn)狀基準(zhǔn)年的灌溉需水量，m3;[Qj]為第j種情景下的灌溉需水量，m3。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究范圍及預(yù)測(cè)情景設(shè)計(jì)

將上述計(jì)算方法應(yīng)用到成都市主要農(nóng)作物灌溉節(jié)水潛力分析中，以稻谷、小麥、玉米、大豆、馬鈴薯、油菜籽、花生、蔬菜為主要研究對(duì)象，設(shè)置現(xiàn)狀基準(zhǔn)年為2018年。2018年成都市節(jié)水灌溉率約為79.1%，其中渠道防滲工程措施約占節(jié)水工程措施的98%，低壓管灌和微灌約占2%，2018年各主要農(nóng)作物播種面積如表1所示。預(yù)測(cè)情景1為節(jié)水灌溉率提高至85%時(shí)，預(yù)測(cè)情景2為節(jié)水灌溉率提高至90%時(shí)。在計(jì)算過(guò)程中，假定各農(nóng)作物種植面積與基準(zhǔn)年相同，凈灌溉用水定額不變，節(jié)水灌溉率提高時(shí)各類(lèi)節(jié)水灌溉工程措施實(shí)施比例保持不變。

3.2 主要農(nóng)作物灌溉需水量

農(nóng)作物的灌溉需水量計(jì)算是在綜合考慮灌溉分區(qū)、農(nóng)作物類(lèi)型、灌溉設(shè)計(jì)保證率、灌溉方式等因素的基礎(chǔ)上，參考四川省用水定額、成都市統(tǒng)計(jì)年鑒[13]及水資源公報(bào)[16]等相關(guān)文獻(xiàn)、資料計(jì)算出的某類(lèi)農(nóng)作物的綜合灌溉定額，再乘以相對(duì)應(yīng)的種植面積。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

從表2及表3中可以看出，隨著節(jié)水灌溉率的提升，采用節(jié)水工程措施的灌溉面積增大，不必要的田間及渠系的滲漏、蒸發(fā)等得到有效控制，灌溉用水定額均呈現(xiàn)了不同程度的降低，相應(yīng)的各農(nóng)作物的灌溉需水量也產(chǎn)生了明顯的下降。各類(lèi)農(nóng)作物的灌溉需水總量差異較大，其中，稻谷、蔬菜、油菜籽的灌溉需水量相對(duì)較大，當(dāng)節(jié)水灌溉率增大后需水量變化較為明顯，主要是與種植面積較大且灌溉用水定額較大有關(guān)。蔬菜與稻谷相比，雖種植面積差距不大，但由于稻谷的灌溉用水定額高于蔬菜，因此蔬菜的灌溉需水量?jī)H為稻谷的3/4左右。玉米、大豆、馬鈴薯和花生由于灌溉用水定額較低，灌溉需水量占比均不高，其中玉米雖然種植面積占總面積的13.21%，在50%的設(shè)計(jì)保證率下，灌溉需水量卻僅占總量的3.5%左右。通過(guò)以上分析可以得知，對(duì)于不同農(nóng)作物，當(dāng)節(jié)水灌溉率變化時(shí)灌溉用水定額的減少量不同，對(duì)于凈灌溉用水定額較大的農(nóng)作物，如稻谷，當(dāng)節(jié)水灌溉率提高時(shí)，其綜合灌溉用水定額減小數(shù)值較明顯，而對(duì)于凈灌溉用水定額較小的農(nóng)作物，如馬鈴薯，其綜合灌溉用水定額變化較小。此外，不同種類(lèi)農(nóng)作物的灌溉需水總量受其灌溉用水定額、種植面積的雙重控制。因此，在未來(lái)成都市農(nóng)業(yè)發(fā)展中，可根據(jù)當(dāng)?shù)刈陨矸N植條件，在不影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國(guó)家政策規(guī)劃的前提下，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整種植作物結(jié)構(gòu)，合理規(guī)劃布局節(jié)水灌溉工程措施分布等，有效減少農(nóng)業(yè)灌溉用水。

3.3 節(jié)水潛力分析

通過(guò)對(duì)不同情景下成都市主要農(nóng)作物灌溉需水量的計(jì)算，由表3中可知，當(dāng)灌溉保證率為50%、75%、90%時(shí)，現(xiàn)狀年的灌溉需水量分別為19.20億，22.31億，26.50億m3;當(dāng)節(jié)灌率提升5%時(shí)灌溉需水量分別為18.75億，21.79億，25.88億m3;當(dāng)節(jié)水灌溉率提升10%時(shí)，灌溉需水量分別為18.40億，21.38億m3和25.40億m3，通過(guò)計(jì)算可得出不同預(yù)測(cè)情景下相應(yīng)的節(jié)水潛力，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，當(dāng)節(jié)水灌溉率提高時(shí)，節(jié)水灌溉工程措施實(shí)施面積增加，有效減少了成都市主要農(nóng)作物的灌溉需水量，在節(jié)水灌溉率提升5%和10%兩種預(yù)測(cè)情景下，其灌溉需水量分別減少了2.3%和4.2%，這說(shuō)明成都市農(nóng)田灌溉用水還有較大的節(jié)水潛力。但同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)，節(jié)水潛力的變化幅度并非一成不變，如在灌溉保證率為50%時(shí)，從現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)情景1的變化情況可知，當(dāng)節(jié)水灌溉率提高5%可獲得0.45億m3的節(jié)水潛力，灌溉需水量減少2.3%;但從預(yù)測(cè)情景1到預(yù)測(cè)情景2，即節(jié)水灌溉率再次提高5%時(shí)獲得的節(jié)水潛力變?yōu)?.35億m3，灌溉需水量減少1.9%，可見(jiàn)隨著節(jié)水灌溉率的繼續(xù)增大，灌溉需水量的變化速率逐漸降低，節(jié)水潛力逐漸減小，這可能與節(jié)水灌溉工程措施主要通過(guò)減少滲漏、蒸發(fā)損失量，提高灌溉水利用系數(shù)從而減少灌溉需水量有關(guān)，當(dāng)此類(lèi)損失量在灌溉用水中占比逐漸減小時(shí)，通過(guò)工程措施獲得的節(jié)水潛力也就隨之減小。因此，為了更加有效地降低農(nóng)作物灌溉需水量，除通過(guò)實(shí)施節(jié)水灌溉工程增加節(jié)水灌溉率外，還應(yīng)考慮優(yōu)化作物種植結(jié)構(gòu)、改進(jìn)灌溉制度、改進(jìn)作物栽培技術(shù)等非工程節(jié)水措施[11]。

4 結(jié) 論

本文從分析成都市主要農(nóng)作物在不同節(jié)水灌溉率情景下的灌溉需水量變化情況入手，探討成都市農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力，得出以下結(jié)論。

（1）成都市種植的農(nóng)作物以稻谷、小麥、玉米、大豆、馬鈴薯、油菜籽、花生、蔬菜為主，隨著節(jié)水灌溉率的提升，各農(nóng)作物的灌溉需水量產(chǎn)生了明顯的下降。這說(shuō)明通過(guò)實(shí)施節(jié)水灌溉工程改造，減少農(nóng)業(yè)灌溉過(guò)程中滲漏、蒸發(fā)等無(wú)效損耗，對(duì)減少農(nóng)業(yè)灌溉用水量是極為有效的。

（2）在對(duì)不同農(nóng)作物灌溉需水量進(jìn)行對(duì)比分析的過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)節(jié)水灌溉率變化時(shí)不同農(nóng)作物的綜合灌溉用水定額變化量不同。對(duì)于凈灌溉用水定額較大的農(nóng)作物，其綜合灌溉用水定額變化數(shù)值較明顯，此外不同種類(lèi)農(nóng)作物的灌溉需水總量受其灌溉用水定額、種植面積的雙重控制。因此，在未來(lái)成都市農(nóng)業(yè)發(fā)展中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)刈陨矸N植條件，在不影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國(guó)家政策規(guī)劃的前提下，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整種植作物結(jié)構(gòu)、合理規(guī)劃布局節(jié)水灌溉工程措施分布等，更高效地減少農(nóng)業(yè)灌溉用水。

（3）通過(guò)對(duì)成都市主要農(nóng)作物節(jié)水潛力分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)，節(jié)水灌溉率提高時(shí)，成都市主要農(nóng)作物的灌溉需水量均有不同程度的減少，這說(shuō)明成都市農(nóng)田灌溉用水還有較大節(jié)水潛力。但同時(shí)也需注意，僅依靠實(shí)施工程性節(jié)水措施降低灌溉需水量存在局限性，由此獲得的節(jié)水潛力將隨著節(jié)水灌溉率的提高而逐漸減小。此外，從成都市現(xiàn)狀工程性節(jié)水灌溉措施來(lái)看，主要以渠道防滲等為主，滴灌、噴灌等高效節(jié)水措施普及度較低，僅占節(jié)水灌溉工程措施的2%左右，與國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平相比，還有很大差距。工程性節(jié)水措施在一定程度上可以提高灌溉效率減少灌溉用水，但工程節(jié)水潛力變化幅度隨節(jié)灌率提升逐漸減小，渠道防滲等節(jié)水措施僅能從提高農(nóng)業(yè)灌溉效率方面來(lái)獲得節(jié)水潛力，而噴灌等高效節(jié)水措施可從提高灌溉水利用系數(shù)方面獲得更大的節(jié)水潛力[3，4，14]。因此，成都市農(nóng)業(yè)灌溉要獲取更大的節(jié)水潛力，要從推進(jìn)規(guī)模化高效節(jié)水灌溉建設(shè)、智慧化灌溉建設(shè)、加強(qiáng)節(jié)水灌溉綜合管理等方面，加快農(nóng)業(yè)灌溉工程中高效節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣和應(yīng)用。此外，也應(yīng)根據(jù)田間作物生長(zhǎng)習(xí)性、區(qū)域地理?xiàng)l件、氣象條件、水源條件、種植結(jié)構(gòu)等特征的差異，結(jié)合實(shí)際采取優(yōu)化作物種植結(jié)構(gòu)、改進(jìn)灌溉制度、改進(jìn)作物栽培技術(shù)等非工程節(jié)水措施，形成因地制宜的節(jié)水灌溉綜合體系，從而達(dá)到高效、高產(chǎn)的農(nóng)業(yè)節(jié)水目標(biāo)。

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[14] 趙令， 雷波， 蘇濤， 等.? 我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力估算研究[J]. 節(jié)水灌溉，2019，（8）：130-133.

[15] 中華人民共和國(guó)水利部. 節(jié)水灌溉工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50363-2018[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2018.

[16] 成都市水務(wù)局. 2018成都市水資源公報(bào)[R]. 成都：成都市水務(wù)局，2019.

（編輯：李 慧）