劉鎧源,孟永宏,卞義寧,王繼武
(1.平?jīng)鍪兴帘3挚茖W(xué)研究所,甘肅 平?jīng)?744000;2.平?jīng)鍪兴畡?wù)局,甘肅 平?jīng)?744000)
平?jīng)鍪械靥幐拭C東部半干旱區(qū)半濕潤氣候區(qū),位于北緯34°54′~35°53′,東經(jīng)108°30′~107°45′之間。平?jīng)鍪薪?0a 平均降水量為532.96 mm、多年平均水面蒸發(fā)量為1 263.3 mm,多年平均陸面蒸發(fā)量為474.10 mm;水資源總量為15.95 億m3,平均可利用水資源總量為6.92 億m3,畝均水資源占有量為285.59 m3,人均水資源占有量為311 m3;全年干旱少雨,降水時空分布不均,水資源緊缺。平?jīng)鍪锌偼恋孛娣e為11 169.7 km2,耕地面積為558.500 萬畝(1 畝=0.067 hm2),農(nóng)田有效灌溉面積為57.285萬畝,2020 年平?jīng)鍪袑嵐嗝娣e為35.400 萬畝,灌區(qū)糧食平均畝產(chǎn)為434.87 kg、總產(chǎn)為72 188.84 t,經(jīng)濟作物實灌面積為18.96 萬畝,經(jīng)濟作物平均畝收入為16 668.73 元、總收入為316 039 萬元。有效灌溉面積達到47.04 萬畝,占總耕地面積的8.42%,節(jié)水灌溉面積為31.935 萬畝。2019 年平?jīng)鍪修r(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為一類中型(面積5~15 萬畝)灌區(qū)0.543 0,二類中型(面積1~5 萬畝)灌區(qū)0.540 0、小型(面積0.01~1 萬畝)灌區(qū)0.557 0,全市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.541 0。
2020 年,涇河灌區(qū)實施“2018—2019 年度農(nóng)綜開發(fā)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項目甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)涇河灌區(qū)節(jié)水配套改造項目”,改造躍進渠和團結(jié)渠渠首樞紐工程,維修改造渠長分別是3.81、5.36 km;完成“涇河灌區(qū)2020 年度水利工程維修養(yǎng)護項目”干渠清淤21 處,共計5 860 m,干渠維修17 處,長度為474 m,疏通安同渠泄洪溝道1 條,長度為500 m。同時完成“涇河灌區(qū)2020 年度水毀工程維修恢復(fù)項目”干渠淤積清理5 處,長度為1 670 m,干渠水毀維修3 處,長度為367 m。陽川灌區(qū)、水洛河灌區(qū)維修道長度為6.8 km,渠系建筑物27 座,安裝量水設(shè)施6 套。
農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算按照以下步驟進行。首先,從全市28 個中、小型灌區(qū)中,選擇涇河灌區(qū)、涇慶灌區(qū)、汭河灌區(qū)、水洛河灌區(qū)、黎明川灌區(qū)等5 個樣點灌區(qū);其次,從選擇的樣點灌區(qū)中選擇典型田塊;再次,測算選擇的典型田塊的畝均凈灌溉用水量;第四,測量計算各樣點灌區(qū)凈、毛灌溉用水總量;最后,計算全市各中、小灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)及全市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)[1-3]。
1.2.1 樣點灌區(qū)的選擇
在符合技術(shù)導(dǎo)則的基礎(chǔ)上,綜合考慮平?jīng)鍪懈鳎h、區(qū)、市)地形地貌、氣候、水資源、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平及行政區(qū)規(guī)劃、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)等因素進行選擇。
1)中型樣點灌區(qū)的選擇。平?jīng)鍪杏兄行凸鄥^(qū)18 處,均為自流灌區(qū),井灌、提灌作為補充水源。設(shè)計灌溉面積為37.75 萬畝,有效灌溉面積為27.36 萬畝,實灌面積為24.52 萬畝。選擇涇河灌區(qū)、涇慶灌區(qū)、汭河灌區(qū)、水洛河灌區(qū)等4 處中型灌區(qū)。其有效灌溉面積為18.57 萬畝,選擇的灌區(qū)數(shù)量占本類灌區(qū)總數(shù)的22%,占該類灌區(qū)有效灌溉面積的53.7%。依有效灌溉面積,將中型灌區(qū)分為一類中型灌區(qū)與二類中型灌區(qū)。
其中,一類中型灌區(qū)指有效灌溉面積5~15 萬畝的灌區(qū)(后文稱一類中型灌區(qū))。平?jīng)鍪? 處,即涇河灌區(qū),設(shè)計灌溉面積為9.3 萬畝,有效灌溉面積為6.56 萬畝,實灌面積為6.4 萬畝。灌區(qū)農(nóng)作物主要以冬小麥、玉米和經(jīng)濟作物為主,糧食播種面積為4.3 萬畝,經(jīng)濟作物面積為2.1 萬畝,糧食總產(chǎn)為62 144.99 t,經(jīng)濟作物總收入為171 378.12 萬元。涇河灌區(qū)為自流引水的灌區(qū),涇河灌區(qū)管理的主要水利工程有總干渠、官莊渠、南干渠、躍進渠、團結(jié)渠、永樂渠六條,總長為80.81 km;灌區(qū)管理支渠40 條,總長為78.59 km;斗渠217 條,總長為191.38 km。
其中,二類中型灌區(qū)是效灌溉面積1~5 萬畝的灌區(qū)(后文稱二類中型灌區(qū))。平?jīng)鍪?7 處,均為自流引水的灌區(qū),井灌、提灌作為補充水源。設(shè)計灌溉面積為37.75 萬畝,有效灌溉面積為27.36 萬畝,實灌面積為24.52 萬畝。灌區(qū)農(nóng)作物主要以冬小麥、玉米和經(jīng)濟作物為主,糧食播種面積為8.81 萬畝,干支渠總長為1 032.35 km。部分中型灌區(qū)樣點選擇結(jié)果詳見表1。
表1 中型灌區(qū)基本情況表
2)小型樣點灌區(qū)的選擇。小型灌區(qū)指灌區(qū)面積0.01~1 萬畝的灌區(qū)。在符合技術(shù)導(dǎo)則要求的基礎(chǔ)上,選擇黎明川灌區(qū)進行測算,灌區(qū)有效灌溉面積為0.525 萬畝,占小型灌區(qū)數(shù)量的10%,占該類灌區(qū)總面積(12.47 萬畝)的4.4%。小型灌區(qū)選擇結(jié)果詳見表2。
表2 小型樣點灌區(qū)表
機電井、純井灌區(qū)的選擇
機電井分散于中、小灌區(qū),多用于設(shè)施農(nóng)業(yè)和果樹滴灌,灌溉水利用率高,取水量和灌溉面積遠小于中、小灌區(qū);無純井灌區(qū)。因此,在2020 年測算中未單獨列出。
1.2.2 典型田塊的選擇
根據(jù)技術(shù)導(dǎo)則和樣點灌區(qū)實際分布情況,在涇河灌區(qū)分5 段選取5 個樣點,其他樣點灌區(qū)分上、中、下游3 段選取3 個樣點,每個樣點按當(dāng)季種植作物各選1 個典型田塊進行土壤含水量的測定,每個典型田塊選擇3 個測點取平均值。
1.2.3 樣點灌區(qū)灌溉用水代表年的分析與確定
平?jīng)鍪芯硟?nèi)多年平均降水量為532.96 mm,2020年平均降雨量為669.57 mm,高于多年平均降水量,最大為崆峒區(qū)770.70 mm,最少為靈臺縣626.70 mm;月降水量與多年平均降水量相比變化較大,降水量最大的月份是6、7、8 月(多年平均是7、8、9 月),時空分布不均明顯。2020 年由于平均降水量比上一年度多12.63 mm,所以各灌區(qū)的實際引水量與去年基本一致,毛灌溉用水量變化不大。
樣點灌區(qū)的所有進水口均設(shè)有固定水尺,不同水位有對應(yīng)的流量,在引水期間由各灌區(qū)專人觀測記載,每天8、14、20 時固定觀測3 次,同時根據(jù)河道水源變化情況隨時加測,計算灌區(qū)總引水量,灌區(qū)總引水量扣減從渠道引水的工業(yè)、生活和魚塘用水量就是毛灌溉水量。部分小型灌區(qū)由于數(shù)據(jù)未進行專門的統(tǒng)計,利用FAO 推薦的單作物系數(shù)法進行估算。全市各類型灌區(qū)用水總量已扣除相應(yīng)的工業(yè)或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活供水量,故可采用進行測算。
凈灌溉用水量的測算,有計量設(shè)施的為實測值,部分計量設(shè)施欠缺的灌區(qū)采用推薦的參考作物蒸騰蒸發(fā)量計算公式進行計算,與實測值比較計算出灌區(qū)凈灌溉用水量。具體公式如式(1)—(2)。
式中W田凈i為典型田塊某次畝均凈灌溉用水量,m3/畝;H為灌水期內(nèi)典型田塊土壤計劃濕潤層深度,mm;γ為典型田塊H土層內(nèi)土壤干容重,g/cm3;γ水為水的容重,取1;θg1為某次灌水前典型田塊H土層內(nèi)土壤質(zhì)量含水率,%;θg2為某次灌水后典型田塊H土層內(nèi)土壤質(zhì)量含水率,%。
式中W田凈為某典型田塊某作物年畝均凈灌溉用水量,m3/畝;n為典型田塊年內(nèi)灌水次數(shù),次。
1.5.1 樣點灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)測算
樣點灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)計算公式為
式中η樣為樣點灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù);W樣凈代表樣點灌區(qū)凈灌溉用水量,m3;W樣毛代表樣點灌區(qū)毛灌溉用水量,m3。
1.5.2 平?jīng)鍪泄喔人行Ю孟禂?shù)的測算
全市灌溉用水有效利用系數(shù)是全市年凈灌溉用水總量與年毛灌溉用水總量的比值,計算時用不同規(guī)模樣點的灌溉水有效利用系數(shù)加權(quán)平均,計算出各不同規(guī)模灌區(qū)的平均灌溉水有效利用系數(shù),小型灌區(qū)直接采用實測值,最后用加權(quán)平均推算出全市平均灌溉水有效利用系數(shù)。年毛灌溉用水量為各灌區(qū)的實測值,全市平均灌溉水有效利用系數(shù)用《全國農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算分析技術(shù)指導(dǎo)細則》要求的公式(4)計算。
式中W中1、W中2、W小分別為平?jīng)鍪幸?、二類中型灌區(qū)和小型灌區(qū)的年毛灌溉用水量,萬m3;η中1、η中2、η小分別為平?jīng)鍪幸弧⒍愔行凸鄥^(qū)和小型灌區(qū)的灌溉用水有效利用系數(shù)。平?jīng)鍪懈饕?guī)模灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)詳見表1。
表1 平?jīng)鍪懈饕?guī)模灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)表
通過測算分析,不同規(guī)模與水源類型灌區(qū)的系數(shù)提高程度不太顯著。全市從2019 年的0.541 到2020 年的0.552,提高了0.011;其中,一類中型灌區(qū)系數(shù)從2019 年的0.543 到2020 年的0.549,提高了0.006;二類中型灌區(qū)系數(shù)從2019 年的0.540 提高到2020 年的0.552,提高了0.012;小型灌區(qū)系數(shù)維持2019 年的0.557。主要因涇河灌區(qū)2018—2019 年度實施了部分渠首樞紐工程。2020 年完成干渠清淤、干渠維修及部分泄洪溝道疏通工程。陽川灌區(qū)、水洛河灌區(qū)進行了渠道維修并安裝了量水設(shè)施。
2020 年不同規(guī)模灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù),從大到小依次是,小型灌區(qū)、二類中型灌區(qū)、一類中型灌區(qū),結(jié)果符合實際。其結(jié)果與王景山、司振江、王一騰等測算結(jié)果的規(guī)律[4-10],即由純井灌區(qū)、小型灌區(qū)、中型灌區(qū)、大型灌區(qū)依次減小的規(guī)律一致。
一類中型樣點灌區(qū)是涇河灌區(qū),該類型灌區(qū)的數(shù)據(jù)均為實測值,計算出的灌溉水有效利用系數(shù)比較真實可靠;二類中型灌區(qū)選了3 個樣點灌區(qū),按照要求,計算出的灌溉水有效利用系數(shù)比較可靠,與灌區(qū)實際情況接近;小型灌區(qū)只選了1 個灌區(qū)進行測定分析,由于小型灌區(qū)分布不集中,管理機構(gòu)不完善,測定有一定誤差,測算的灌溉水有效利用系數(shù)與灌區(qū)實際情況或有一定差異,對全市測算成果有一定影響。
通過測算的推進可知,工程狀況與管理水平對該系數(shù)影響突出,進行節(jié)水改造的灌區(qū)其灌溉用水有效利用系數(shù)明顯高于沒有改造的灌區(qū),尤其是通過節(jié)水改造,可以有力地促進水價改革與管理水平的提高,從而顯著提高灌溉用水有效利用系數(shù)[11,12]。下一步,平?jīng)鍪袑⒁劳幸鸭{入省級“十四五”規(guī)劃的涇河灌區(qū)灌溉生態(tài)改造項目、汭河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造等各類項目,加大灌區(qū)節(jié)水改造力度,改善輸水工程與田間工程,完善渠系計量設(shè)施,切實提高管理水平與管理能力,實現(xiàn)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的穩(wěn)步提升。