李　茜,逄　勇,2,羅　縉,2

(1.河海大學環(huán)境學院,江蘇 南京　210098;

2.河海大學淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點實驗室,江蘇 南京　210098)

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青海省巴音河流域節(jié)水前后灌溉回歸水計算

李茜1,逄勇1,2,羅縉1,2

(1.河海大學環(huán)境學院,江蘇 南京210098;

2.河海大學淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點實驗室,江蘇 南京210098)

摘要：為了解巴音河流域灌區(qū)工程節(jié)水措施對灌溉回歸水的影響程度以及灌溉回歸水與灌溉總水量、灌溉面積等的關系,并了解滴灌比例對灌溉回歸水的影響程度,對不同年份的灌溉回歸水量進行了計算分析,計算出2011年和2014年巴音河流域灌區(qū)灌溉回歸水量分別為6170.2萬m3和3736萬m3。根據(jù)2011年和2014年這兩個不同年份的灌溉回歸水量,將滴灌和漫灌兩種造成回歸水量變化的灌溉方式考慮在內,確定出灌溉回歸水量方程式。

關鍵詞：回歸水量;節(jié)水措施;滴灌;巴音河流域

水是農業(yè)的命脈[1],灌溉顯著地增加了農業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量,能夠保證穩(wěn)定地供應食物和原材料[2],對社會的穩(wěn)定有著重要的作用。近年來,由于全球人口增長和社會經(jīng)濟發(fā)展,需水量增長速度驚人,用水的浪費和水資源的污染,使水資源短缺越來越成為制約經(jīng)濟發(fā)展的因素。許多國家可用于灌溉的水量越來越稀少[3],特別是在我國西北干旱地區(qū),降水量少,氣候極端干旱,其水資源狀況決定了農業(yè)生產(chǎn)的出路在于發(fā)展節(jié)水農業(yè)[4]。節(jié)水農業(yè)是農業(yè)發(fā)展的必然趨勢[5-6],并且已經(jīng)成為西北極干旱地區(qū)乃至全國農業(yè)的重點。農業(yè)節(jié)水灌溉前后回歸水量變化的準確估算,不僅對灌區(qū)節(jié)水措施規(guī)劃有科學的指導意義,而且對區(qū)域水資源的優(yōu)化配置、大型水利樞紐工程的規(guī)劃和設計乃至區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展等都有著十分重要的現(xiàn)實意義[7]。

1研究區(qū)域概況

1.1　巴音河流域概況

巴音河流域位于青海省海西州州府所在地德令哈市境內,是柴達木盆地重要的政治、經(jīng)濟、文化和生態(tài)中心。巴音河流域降雨量較少、蒸發(fā)量大、空氣干燥,氣溫低而變幅大且垂直分布明顯,晝夜溫差大,冬長暑短,雨熱同季。根據(jù)德令哈市氣象站1972—2000年的統(tǒng)計資料,該地區(qū)多年平均氣溫為4℃,多年平均降水量為180.5 mm,蒸發(fā)量為2 098.2 mm。

1.2　巴音河流域灌區(qū)概況

據(jù)調查可知,巴音河流域主要作物有小麥、青稞、油料、豆類、土豆、蔬菜等6種。截至2011年,巴音河干流農田灌溉面積為0.405萬hm2,6種植物種植結構為50∶20∶6∶4∶5∶15,林地灌溉面積為0.710萬hm2,人工飼草地灌溉面積為0.201萬hm2。2014年農田、林地和人工飼草地的灌溉面積都維持現(xiàn)狀不變,但農田的主要6種作物結構調整為43∶17∶10∶6∶7∶17。巴音河灌區(qū)灌水率見圖1。

圖1　巴音河灌區(qū)灌水率

1.3　灌區(qū)節(jié)水工程

通過申請節(jié)水與配套改造項目、草地節(jié)水灌溉項目、農業(yè)綜合開發(fā)等項目,積極爭取國家專項資金,對現(xiàn)有的灌區(qū)進行節(jié)水與配套改造,對部分干、支、斗渠渠道采取防滲襯砌,提高渠道水的利用率。同時在菜田實施溫室蔬菜大棚和枸杞經(jīng)濟林全面推廣高效節(jié)水的滴灌技術,2011—2014年節(jié)水工程及節(jié)水效率統(tǒng)計見表1,節(jié)水前后灌溉用水量變化見表2。

由表2可知,巴音河流域灌區(qū)2011年的滴灌比例為12.2%,灌溉用水總量為20 600萬m3,經(jīng)過一系列的節(jié)水工程,到了2014年,滴灌比例上升到27.2%,灌溉用水總量降低到15 544.4萬m3。

2節(jié)水前后灌溉回歸水分析

2.1　節(jié)水工程實施之前耗水量分析

2.1.1農作物耗水量分析

在干旱地區(qū),農業(yè)經(jīng)濟在當?shù)亟?jīng)濟中占主導地位,對當?shù)氐慕?jīng)濟起著決定性的作用。然而,農業(yè)也成為最大的用水戶。計算作物需水量的方法有很多種,其中最常用的方法就是作物系數(shù)—參考作物需水量法[8]。

FAO作物需水量專家咨詢組推薦充分供水條件下采用的作物需水量計算公式為

ETc=KcET0

(1)

式中:ETc為作物需水量；Kc為綜合作物系數(shù);ET0為參考作物需水量。

參考作物需水量(ET0)的計算方法采用修正的Penman公式,具體計算公式如下:

(2)

式中:Rn為作物表層的凈輻射,MJ/(m2·d);G為土壤熱通量,MJ/(m2·d);T為2 m處的溫度,℃;U2為冠層上方2 m處的風速,m/s;es為飽和水汽壓,kPa;ea為實際水汽壓,kPa;Δ為溫度隨飽和水汽壓變化的斜率,kPa/℃;γ為干濕表常數(shù),kPa/℃。

本文參照李潤杰等[9]研究柴達木盆地節(jié)水農業(yè)體系建設探討的研究結果,通過試驗觀測并采用修正的Penman公式對柴達木盆地德令哈地區(qū)6類主要農作物的ETc、ET0、Kc值進行了計算(表3)?？梢詼y算出2011年巴音河干流灌區(qū)農作物的耗水量為2 449萬m3。

表1　2011—2014年節(jié)水工程及節(jié)水效率統(tǒng)計

注：農田中的菜田采取滴灌方式,糧田采取渠灌方式;林地中的枸杞林采取滴灌方式,防風林采取渠灌方式;人工草地采用渠灌方式。

表2　節(jié)水前后灌溉用水量變化

表3　柴達木德令哈6類作物ETc、ET0、Kc值 　mm

注:根據(jù)參考文獻[9]整理。

2.1.2林草地耗水量分析

由于不同作物以及不同的灌溉方式,耗水量不同,農業(yè)種植結構以及灌溉方式的變化將會直接導致地區(qū)用水量的變化。根據(jù)鹿強等[10]研究北方灌區(qū)灌水取得的研究結果,由灌區(qū)作物參考蒸發(fā)、騰發(fā)量和作物系數(shù)計算得到不同灌溉方式設計土壤濕潤比P(%),其中常規(guī)溝、畦灌的土壤濕潤比P為100%,膜上灌溉的土壤濕潤比P為85%,噴灌、微噴灌溉的土壤濕潤比P為75%(結合新疆干旱區(qū)情況,在原基礎上略有提高),微灌(滴灌)的土壤濕潤比P為70%(結合新疆干旱區(qū)情況,在原基礎上略有提高)。

對應上述中“土壤濕潤比P取值”乘以常規(guī)地面灌溉用水定額,可得出相應的不同灌溉方式灌溉用水定額[10]。即滴灌的用水定額計算公式為

(3)

式中：W滴灌為滴灌用水定額；W常規(guī)灌為常規(guī)灌(畦灌)用水定額；P為土壤濕潤比。

在2011年,巴音河干流的林地主要包括枸杞經(jīng)濟林和防風林,其中防風林的面積為0.358萬hm2,枸杞經(jīng)濟林的面積為0.352萬hm2,其中采取畦灌的方式進行灌溉的枸杞經(jīng)濟林的面積為0.191萬hm2,采取滴灌的方式進行灌溉的枸杞經(jīng)濟林的面積為0.161萬hm2。巴音河干流的人工草地面積為0.201萬hm2。依據(jù)《青海省用水定額》(青海省水利廳),結合當?shù)氐膶嶋H情況,得到林地的灌溉用水定額為4 125 m3/hm2;枸杞經(jīng)濟林的灌溉用水定額為2 175 m3/hm2;人工草地的灌溉用水定額為4 140 m3/hm2。因此可以計算出2011年巴音河干流林草地的耗水量為2 958萬m3。最終計算出巴音河干流2011年農業(yè)總的耗水量為5 407萬m3。

2.2　節(jié)水工程實施后耗水量分析

經(jīng)過一系列的節(jié)水工程之后,在2014年巴音河干流灌區(qū)農田中的菜田全部采取滴灌的方式進行灌溉,枸杞經(jīng)濟林采取滴灌方式進行灌溉的面積增加到0.296萬hm2。根據(jù)Penman公式以及表4計算出在經(jīng)過一系列節(jié)水工程之后2014年巴音河干流總的耗水量為5 000萬m3。

3灌溉回歸水量分析

根據(jù)青海省海西州水利局做的田間水灌溉回歸實驗,2011年灌溉回歸系數(shù)為0.3。用水量平衡式計算回歸水量:

(4)

(5)

式中：γ為灌溉回歸水系數(shù)；W灌溉為灌溉水量；W損失為灌溉總損失水量；W耗為作物總的耗水量。

計算得到2011年的灌溉回歸水量為6 170.2萬m3,灌溉總損失水量為9 022.8萬m3。由于流域渠道的比例和滴灌、漫灌比例導致的灌溉水損失量的不同在灌溉總水量中有所體現(xiàn),且漫灌、滴灌導致的灌溉水損失量在植物耗水量中也有考慮,以及研究相關資料認為灌溉水總損失量與灌溉總水量成正比。由2011年的相關數(shù)據(jù)可計算出2014年的灌溉總損失水量為6 808.4萬m3。然后根據(jù)上式計算得到2014年的灌溉回歸水量為3 736萬m3。

為了進一步分析回歸水量與灌溉水量及灌溉面積、降水量之間的關系以及滴灌、漫灌比例對回歸水量的影響,本文參照李海霞等[11]研究寧夏清水河揚水灌區(qū)灌溉回歸水的研究結果,利用回歸計算法可以定出相應的三元回歸方程式,通過分析該研究結果發(fā)現(xiàn),降水量對灌溉回歸水的影響甚微,且在巴音河流域的德令哈地區(qū)降水量較少,可忽略。因此,利用上述關于2011年和2014年回歸水量的研究成果,確定出的回歸方程式為:

(6)

式中:Y為灌溉回歸水量;A1為滴灌的灌溉面積;A2為漫灌的灌溉面積;λ1取-0.70;λ2取1.265。

4結論

a. 在已知巴音河流域灌區(qū)2011年灌溉回歸系數(shù)為0.3的基礎上,計算出2011年巴音河流域灌區(qū)灌溉回歸水量為6 170.2萬m3。根據(jù)2011年的數(shù)據(jù)推算出2014年的灌溉總損失水量,進而計算出2014年巴音河流域灌區(qū)灌溉回歸水量為3 736萬m3。

b. 根據(jù)2011年和2014年這兩個不同年份的灌溉回歸水量,確定出灌溉回歸水量方程式,將滴灌和漫灌兩種造成回歸水量變化的灌溉方式考慮在內,便于今后確定巴音河流域灌區(qū)的灌溉回歸水量,更有利于科學的指導灌區(qū)節(jié)水措施規(guī)劃。

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Statistics of irrigation return water before and after water saving in Bayin River Basin in Qinghai Province

LI Xi1,PANG Yong1,2,LUO Jin1,2

(1.CollegeofEnvironment,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;

2.KeyLaboratoryofIntegratedRegulationandResourceDevelopmentonShallowLakes,

MinistryofEducation,Nanjing210098,China)

Abstract：In order to understand the influential degree of engineering water-saving measures on irrigation return water and the relationships among irrigation return water, irrigation total water and irrigation area and look into the influential degree of drip irrigation ratio on the irrigation return flows, the irrigation return water of different years is calculated and analyzed, figuring out that the irrigation return flow in Bayin River basin in 2011 and 2014 are 61.702 million m3and 37.36 million m3, respectively. Taking different irrigation methods of drip irrigation and flood irrigation which may cause the variety in irrigation return flow into consideration, the equations to calculate the irrigation return flow are determined, according to the amount of irrigation return flow in 2011 and 2014.

Key words：return water; water-saving measures; drip irrigation; Bayin River Basin

(收稿日期：2015-04-07編輯：徐娟)

中圖分類號：S274.1

文獻標志碼：A

文章編號：1004-6933(2016)01-0167-05

作者簡介:李茜(1990—),女,碩士研究生,研究方向為環(huán)境規(guī)劃與綜合評價。E-mail:xuehefeifei2012@126.com

基金項目:水體污染控制與治理科技重大專項 (2012ZX07101-010,2012ZX07101-001)

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.01.029