王海永，沈 紅，叢振濤，馬 銘

(1.寧夏漢延渠管理處，銀川 750004；2.清華大學土木工程系，北京 100084)

水資源是人類社會可持續(xù)性發(fā)展不可缺少的戰(zhàn)略性資源，也是實現(xiàn)社會經濟可持續(xù)發(fā)展的基礎條件。在水資源消耗中，農業(yè)用水占據(jù)份額最大，如2015年全國總用水量6 103.2 億m3，農業(yè)用水占63.1%。近年來，隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化快速發(fā)展，用水矛盾進一步加劇，水資源緊缺問題日趨嚴重，農業(yè)節(jié)水刻不容緩。

漢延渠是寧夏引黃灌區(qū)最古老的干渠之一，距今已有兩千多年的歷史。干渠全長88.05 km，設計引水流量70 m3/s，近11年年均用水量約5.01 億m3。灌區(qū)地處西北干旱地帶，以沙壤土為主，光照充足，多年平均降雨量約為180 mm，降雨主要集中6-8月，多年平均蒸發(fā)量約為1 750 mm。灌區(qū)灌溉設施較為完善，農業(yè)現(xiàn)代化程度相對較高,是優(yōu)質的農業(yè)種植基地。

1 灌溉用水量變化分析

影響灌區(qū)灌溉用水量的因素主要有灌溉制度、灌溉面積和種植結構、渠系狀況、灌溉管理水平等。在各種因素綜合作用下，漢延渠灌區(qū)灌溉用水量呈逐年下降趨勢。2006-2016年間灌溉用水量由5.97 億m3逐漸下降到3.89 億m3，減少了2.08 億m3，減幅達34.84% ，見圖1。

圖1 漢延渠灌區(qū)灌溉用水量變化趨勢折線圖

2 灌溉影響因素分析

2.1 灌溉制度變化分析

灌溉制度是指作物在播種前及生育期內的灌水次數(shù)、灌水定額、灌溉定額及每次灌水日期[1]。分析2006和2016年小麥、水稻、玉米灌溉制度。

由表1和表2可知：小麥拔節(jié)-孕穗期的灌水次數(shù)由2次減為1次，灌水定額由1 650 m3/hm2減少到1 050 m3/hm2，整個生育期灌溉用水定額由2006年的4 950 m3/hm2減少的2016年的4 350 m3/hm2，減幅12%；水稻插秧-分蘗期和分蘗-拔節(jié)期的灌溉次數(shù)分別由2006年的12次和4次減少到2016年的10次和3次，整個生育期的灌溉定額由2006年的1.365 萬m3/hm2減少到1.23 萬m3/hm2，減幅9.9%；取消玉米灌漿晚期的一次灌溉(定額為450 m3/hm2)并將灌漿早期的灌水定額由600 m3/hm2增加到750 m3/hm2，玉米全生育期的灌溉定額由2006年的3 750 m3/hm2減少到2016年的3 450 m3/hm2，減幅8%；伴隨著灌區(qū)高效節(jié)水灌溉方式、農藝節(jié)水技術的改進、灌區(qū)用水習慣的轉變以及抗旱節(jié)水作物新品種推廣應用，主要作物灌溉灌水定額、次數(shù)得到優(yōu)化，水稻灌水次數(shù)由27次減少到24次，春小麥由5次減少到4次，玉米由4次減少到3次，灌溉定額也有不同幅度的減少，平均減幅10%左右，為灌區(qū)灌溉用水量的減少做出了貢獻。

表1 漢延渠灌區(qū)2006年主要作物灌溉制度簡表

2.2 種植結構變化分析

農業(yè)種植結構是灌溉用水量的決定性因素之一，優(yōu)化調整種植結構是提高農作物水分利用效率的有效途徑之一[2,3]。近年來，灌區(qū)各級政府及農業(yè)主管部門充分利用灌區(qū)水資源和其他農業(yè)生產要素，通過適度壓減高耗水作物、擴大節(jié)水和耐旱作物種植等方式不斷優(yōu)化作物種植結構，調整作物時空種植布局，灌區(qū)作物呈現(xiàn)出多樣化特點。

表1和表2表明，與2006年相比， 2016年灌區(qū)主要作物灌溉面積與總面積占比發(fā)生了明顯變化。圖2可知，小麥和高耗水的水稻灌溉面積減幅較大，耗水較少的玉米種植面積由2006年的8.6%增加到21.5%。隨著經濟的發(fā)展，設施農業(yè)、林地、蔬菜(圖2中的其他)的灌溉面積由2006年18.7%增加到2016年的39.2%增速較為明顯。從圖2可看出2009-2014年間種植結構調整幅度明顯，2015-2016年調整幅度不大，灌區(qū)的作物種植比例日趨優(yōu)化和穩(wěn)定，作物種植結構不斷優(yōu)化調整對灌溉用水量減少起到了積極的作用。

2.3 渠系水利用系數(shù)變化分析

近年灌區(qū)大力實施渠道砌護改造，干渠砌護長度由2006年不足7 km增加到2016年69.09 km，灌區(qū)內支渠以下末級渠系砌護率也達到90%以上。通過大規(guī)模砌護改造，減少滲漏損失，渠系水利用系數(shù)明顯提高。渠系水利用系數(shù)由2006年的0.452提高到2016年的0.549，灌溉水利用系數(shù)由2006年的0.366提高到2016年的0.456。

表2 漢延渠灌區(qū)2016年主要作物灌溉制度簡表

圖2 漢延渠灌區(qū)主要作物灌溉面積變化趨勢折線圖

2.4 用水量歸因分析計算方法

選取2006、2012、2016年作為典型年進行灌溉用水量分析計算，典型年灌區(qū)用水量計算公式如下：

(1)

式中：W為典型年灌區(qū)灌溉用水量；Ai為典型年作物i的有效灌溉面積；Mi為典型年作物i的灌溉用水定額；η水為典型年灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)。

灌區(qū)主要作物2016年灌溉制度與2006年比較，在灌水次數(shù)、灌水日期變化不大，灌水定額略有減少，從而導致灌溉用水定額略有減少，在作物有效灌溉面積和灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)不變的情況下，因灌溉制度優(yōu)化而產生的灌區(qū)灌溉節(jié)水量可由下式計算得到：

(2)

與2006年比較，灌區(qū)主要作物2016年有效灌溉面積變化較大，在作物灌溉制度和灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)不變的情況下，因灌溉面積及種植結構調整而產生的灌區(qū)灌溉節(jié)水量可由下式計算得到：

貓眼女人看著他。她用指頭沾點地上的血，舉到鼻子上聞了聞。她明白了什么。她說那你等著吧，我叫人送錢來！貓眼女人打個電話，一輛黑色的奔馳商務車開過來，嘎地一聲在他跟前停下。車上下來幾個穿黑衣黑褲手里拎鋼管的大漢，揪著大福的脖領子問那疼。大福手指指腰，鋼管就砸到腰上；大福手指指腿，鋼管就砸到腿上。直砸得他渾身青腫，跪在地上求饒才罷手。

(3)

灌區(qū)工程改造持續(xù)推進、灌溉管理水平提高使得渠系灌溉水利用系數(shù)明顯提升。在作物灌溉制度和作物有效灌溉面積不變的情況下，因灌區(qū)水利用系數(shù)而產生的灌區(qū)灌溉節(jié)水量可由下式計算得到：

(4)

(5)

(6)

2.5 用水量計算結果與分析

2.5.1 典型年灌區(qū)灌溉用水量計算

根據(jù)各種作物有效灌溉面積、灌溉用水定額計算得到了灌區(qū)各種作物灌溉用水量，見表3。

表3 漢延渠灌區(qū)典型年主要作物灌溉用水量計算表

查閱《漢延渠2005-2006年灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造項目可行性研究報告》和水資源管理局相關統(tǒng)計報表，2006年灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)僅為0.366。依據(jù)寧夏水利科學研究院干渠渠系水利用系數(shù)測算成果，漢延渠灌區(qū)2016年渠系水利用系數(shù)為0.456，2012年無水利用系數(shù)測算及統(tǒng)計資料，灌溉水利用系數(shù)取2006年和2016年均值0.411，由此計算得到這三年的灌區(qū)用水量分別為6.09、4.66、3.61 億m3，而這三年灌區(qū)實際用水量分別為5.97、4.73、3.89 億m3，偏差分別為1.8%、1.5%、3%。

2.5.3 各種因素對灌溉節(jié)水量影響分析

利用公式(2)、(3)可以分別計算各種因素影響灌溉用水節(jié)水量，計算結果見表4。

表4 漢延渠灌區(qū)各影響因素灌溉用水節(jié)水量計算表

利用公式(4)～(6)可以分別計算渠系、干渠、支渠以下末級渠系水利用系數(shù)提升影響的灌區(qū)灌溉節(jié)水量，計算結果見表5。

表5 漢延渠灌區(qū)渠系水利用系數(shù)提升影響灌溉用水節(jié)水量分析計算表

3 結 論

通過分析灌溉制度、有效灌溉面積和種植結構、渠系改造對灌區(qū)用水量的影響，建立各影響因素與灌溉用水節(jié)水量數(shù)學模型，得出了3項因素節(jié)水量，結論如下：

(1)通過優(yōu)化灌溉制度，合理分配生育期的灌水次數(shù)和灌溉定額，能有效減少灌區(qū)用水量，漢延渠灌區(qū)2016年較2006年通過優(yōu)化灌溉制度實現(xiàn)灌溉節(jié)水3 363 萬m3。

(2)通過加大渠系工程改造、提高輸配水管理水平能不斷提升灌區(qū)渠系水利用系數(shù)，進而減少灌區(qū)用水量。漢延渠灌區(qū)渠系水利用系數(shù)由2006年0.366提升到2016年0.456，因此實現(xiàn)灌溉節(jié)水4 486 萬m3。其中干渠水利用系數(shù)由0.78提升到0.85，實現(xiàn)灌溉節(jié)水2 444 萬m3，支渠水利用系數(shù)由0.58提升到0.65，實現(xiàn)灌溉節(jié)水1 633 萬m3。

(3)灌溉面積的減少及合理優(yōu)化種植結構對灌溉用水量減少作用明顯，漢延渠灌區(qū)2016年較2006年因灌溉面積的減少及合理優(yōu)化種植結構實現(xiàn)灌溉節(jié)水10 983 萬m3，估算面積減少因素約占40%，合理優(yōu)化種植結構對灌區(qū)節(jié)水意義較為顯著。

3項因素合計實現(xiàn)灌溉節(jié)水18 832 萬m3，計算結果較實際少約0.20 億m3，水利用系數(shù)提升節(jié)水計算結果也存在偏差，主要是因為進行節(jié)水量計算時采用線性方程計算，采取2006、2016年統(tǒng)計數(shù)據(jù)均值進行計算，一定程度上削弱了誤差影響，但因缺乏灌溉制度、水利用系數(shù)等部分基礎數(shù)據(jù)，且各年度作物種植結構及有效灌溉面積等數(shù)據(jù)統(tǒng)計與實際相比也有一定偏差。

3項因素對灌區(qū)灌溉用水節(jié)水權重分別為18%、24%和58%，由此可知，漢延渠灌區(qū)灌溉用水量減少最主要的原因是灌溉面積萎縮及種植結構調整，其次是渠系水利用系數(shù)提升，最后是優(yōu)化灌溉制度。

除了灌溉制度、灌溉面積和種植結構、渠系狀況之外，管理水平也對灌區(qū)用水量起到了決定性作用，它對灌區(qū)用水量減少的影響綜合體現(xiàn)在灌溉制度優(yōu)化、渠系工程改造、水資源配置調度、優(yōu)化種植結構等環(huán)節(jié)和過程中。漢延渠灌區(qū)引黃灌溉條件便利，通過近20年的改造，灌排系統(tǒng)完善，灌溉面積和作物種植結構也趨于穩(wěn)定。因此，今后單純從灌溉 制度、灌溉面積和種植結構、渠系狀況等方面進行農業(yè)灌溉節(jié)水，空間不大，更應該通過創(chuàng)新和規(guī)范來提升管理水平，努力發(fā)揮管理在以上三方面的綜合作用，向管理要水。

種植結構多樣化、用水需求多元化已成為漢延渠灌區(qū)農業(yè)灌溉最主要的特點，伴隨著灌區(qū)節(jié)水型社會建設和農業(yè)綜合改革深入推進，灌區(qū)供用水體制將會發(fā)生根本性變革。因此，灌區(qū)各級政府及水管部門應該切實履行管理職能，按照分區(qū)治水思路，把節(jié)水作為水利改革發(fā)展要務，積極引入先進節(jié)水思想創(chuàng)新管理理念，按照水利轉型升級和現(xiàn)代水利發(fā)展的目標規(guī)劃，加強頂層節(jié)水體制和政策研究設計，借助信息化手段提升管理水平，逐步建設計量精準化和控制自動化的節(jié)水型現(xiàn)代化灌區(qū)，以灌溉現(xiàn)代化促進農業(yè)現(xiàn)代化，為農業(yè)增效和農民增收提供水安全保障[4]。