(天津市水利科學(xué)研究院，天津 300061)

目前，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)作為我國(guó)“十三五期間”實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度一項(xiàng)重要控制指標(biāo)，得到了社會(huì)的廣泛關(guān)注。準(zhǔn)確地測(cè)算天津市灌溉水有效利用系數(shù)，對(duì)科學(xué)反映天津市農(nóng)田用水效率、節(jié)水工程水平尤為重要。農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析成果建立在樣點(diǎn)灌區(qū)系數(shù)成果的基礎(chǔ)上，必須確保樣點(diǎn)灌區(qū)系數(shù)成果精確、科學(xué)[1-3]。

1 樣點(diǎn)灌區(qū)選擇與灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算方法及成果

1.1 天津市樣點(diǎn)灌區(qū)選擇

樣點(diǎn)灌區(qū)按照具有代表性、可行性和穩(wěn)定性等原則選擇，綜合考慮了天津市灌溉面積的分布、灌區(qū)節(jié)水改造、地形地貌、土壤類型、工程設(shè)施、管理水平、水源條件(提水、自流引水)、灌區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)等因素，2017年天津市選擇33個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)，其中：大型灌區(qū)1個(gè)；中型灌區(qū)9個(gè)；小型灌區(qū)10個(gè)；純井灌區(qū)13個(gè)。樣點(diǎn)灌區(qū)主要分布在薊州區(qū)、寧河區(qū)、寶坻區(qū)、武清區(qū)、靜海區(qū)、濱海新區(qū)。

1.2 樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算方法

為反映2017年灌區(qū)灌溉水利用的整體情況，以便于匯總分析，計(jì)算分析時(shí)段采用日歷年(2017年1月1日至12月31日)，對(duì)天津市33個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)進(jìn)行測(cè)算分析。

選取典型田塊，然后測(cè)算分析典型田塊年畝均凈灌溉用水量W田凈，進(jìn)而分析計(jì)算樣點(diǎn)灌區(qū)年凈灌溉用水量。最后，以樣點(diǎn)灌區(qū)年凈灌溉用水量、年毛灌溉用水量為基礎(chǔ)，分析計(jì)算樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)。

1.2.1 典型田塊選擇

典型田塊要邊界清楚、形狀規(guī)則、面積適中；綜合考慮作物種類、灌溉方式、畦田規(guī)格、地形、土地平整程度、土壤類型、灌溉制度與方法、地下水埋深等方面的代表性；對(duì)于播種面積超過(guò)灌區(qū)總播種面積10%以上的作物種類，需分別選擇典型田塊。

經(jīng)實(shí)際調(diào)研，天津市作物種類主要為小麥、玉米、水稻、棉花、蔬菜；灌溉方式為防滲渠道、低壓管道、噴灌、微灌、土渠等；畦田規(guī)格主要為6m×50m、8m×100m、10m×100m、15m×150m等；地形均為平原，土地較為平整，地下水埋深范圍在1～20m不等，綜合考慮以上因素，天津市共選擇243個(gè)典型田塊。

a.大型灌區(qū)：天津市里自沽灌區(qū)，種植面積超過(guò)10%的作物有冬小麥、夏玉米、水稻、棉花、蔬菜。在上、中、下游有代表性的斗渠控制范圍內(nèi)分別選取典型田塊，每種需觀測(cè)的作物分別選取3個(gè)典型田塊。共選擇27個(gè)典型地塊。

b.中型灌區(qū)：天津市潮南灌區(qū)、崔黃口灌區(qū)、獨(dú)流灌區(qū)、蔡公莊灌區(qū)、大孟莊灌區(qū)、中塘鎮(zhèn)一灌區(qū)、大北灌區(qū)、唐官屯灌區(qū)、徐莊子灌區(qū)9個(gè)灌區(qū)中種植面積超過(guò)10%的作物，分別在上、下游有代表性的農(nóng)渠控制范圍內(nèi)選取典型田塊，每種需觀測(cè)的作物分別選取3個(gè)典型田塊。共選擇126個(gè)典型地塊。

c.小型灌區(qū)：天津市10個(gè)小型樣點(diǎn)灌區(qū)按照作物種類、耕作和灌溉制度與方法、田面平整程度等因素選取典型田塊，每種需觀測(cè)的作物種類選取2個(gè)典型田塊。共選擇42個(gè)典型地塊。

d.純井灌區(qū)：天津市13個(gè)純井樣點(diǎn)灌區(qū)按照土質(zhì)渠道地面灌、防滲渠道地面灌、管道輸水地面灌、噴灌、微灌等5種類型進(jìn)行選取，在同種灌溉類型下每種需觀測(cè)的作物選擇2個(gè)典型田塊。共選擇48個(gè)典型地塊。

1.2.2 典型田塊畝均凈灌溉用水量W田凈測(cè)算

采用觀測(cè)分析法和調(diào)查分析法相結(jié)合的方法測(cè)算2017年天津市典型田塊畝均凈灌溉用水量。在具備觀測(cè)分析條件的地塊內(nèi)，該典型田塊采用水表或IC智能柜計(jì)量畝均凈灌溉用水量。在不具備觀測(cè)分析條件的地塊內(nèi)(沒(méi)有配備量水設(shè)施)采用調(diào)查分析法，通過(guò)調(diào)查典型田塊灌溉時(shí)水泵的開機(jī)時(shí)間、水泵額定流量，計(jì)算出典型田塊畝均凈灌溉用水量W田凈。

1.2.3 樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算

樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)計(jì)算公式如下：

式中η樣——樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)；

W樣凈——樣點(diǎn)灌區(qū)凈灌溉用水量，m3；根據(jù)以上方法得出的某種作物典型田塊的年畝均凈灌溉用水量W田凈，計(jì)算某灌區(qū)同區(qū)域或同種灌溉類型第i種作物的年凈灌溉用水量，再根據(jù)灌區(qū)內(nèi)不同分區(qū)、不同作物種類灌溉面積，結(jié)合不同作物在不同分區(qū)的年畝均凈灌溉用水量，計(jì)算得出W樣凈；

W樣毛——樣點(diǎn)灌區(qū)毛灌溉用水量，m3；W樣毛是指灌區(qū)全年從水源(一個(gè)或多個(gè))取用的用于農(nóng)田灌溉的總水量，該水量主要通過(guò)折算法和調(diào)查分析法確定；首先，調(diào)查樣點(diǎn)灌區(qū)水源數(shù)量，其次，在有計(jì)量水源處，通過(guò)讀數(shù)觀測(cè)得出樣點(diǎn)灌區(qū)水源處的年毛灌溉用水總量，沒(méi)有計(jì)量水源處，通過(guò)調(diào)查水源處水源工程水泵或井泵的額定流量、開機(jī)時(shí)間等參數(shù)，推算樣點(diǎn)灌區(qū)水源處的年毛灌溉用水總量W樣毛。

1.2.4 樣點(diǎn)灌區(qū)系數(shù)測(cè)算成果

按照上述原則和方法，測(cè)算得出每個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)。下面以天津市中型灌區(qū)中的潮南灌區(qū)為例詳細(xì)介紹其測(cè)算結(jié)果。潮南灌區(qū)總實(shí)灌面積為15.30萬(wàn)畝，主要種植水稻、冬小麥、棉花、蔬菜，凈灌溉用水總量為3693.78萬(wàn)m3，毛灌溉用水量為5751.06萬(wàn)m3，經(jīng)計(jì)算該灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)為0.6423。寶坻區(qū)潮南中型樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)計(jì)算見表1。

表1 寶坻區(qū)潮南中型樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)計(jì)算

整理匯總得出天津市33個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)大、中、小型灌區(qū)及純井樣點(diǎn)灌區(qū)測(cè)算成果，見表2。

表2 天津市33個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)成果

2 測(cè)算成果對(duì)比分析

2.1 年際間縱向?qū)Ρ确治?/h3>

2017年天津市不同規(guī)模和類型的樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)與2016年相比，變化幅度有高有低。

a.大型樣點(diǎn)灌區(qū)2017年灌溉水有效利用系數(shù)為0.5787，與2016年相比減少0.0075。大型樣點(diǎn)灌區(qū)2017年節(jié)水工程面積34.38萬(wàn)畝，與2016年相比增加0.29萬(wàn)畝，增加節(jié)水工程面積占大型樣點(diǎn)灌區(qū)有效灌溉面積的0.7%，比例很低，系數(shù)稍有降低，可能與大型樣點(diǎn)灌區(qū)農(nóng)作物田間管理水平不穩(wěn)定有關(guān)。

b. 9個(gè)中型樣點(diǎn)灌區(qū)2017年灌溉水有效利用系數(shù)在0.6423～0.7329之間，與2016年相比變化幅度為-0.004～0.004，增加的幅度有高有低，有3個(gè)中型樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)值增加，2個(gè)保持不變，3個(gè)降低，有1個(gè)是調(diào)整的灌區(qū)。其中：武清區(qū)崔黃口灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)增加最多，因?yàn)樵摌狱c(diǎn)灌區(qū)2017年完成了0.15萬(wàn)畝低壓管道節(jié)水工程建設(shè)，且2015年灌區(qū)安裝了首部取水IC智能灌溉控制系統(tǒng)，灌區(qū)提高了田間灌溉管理水平，灌溉時(shí)實(shí)行刷卡用水，提高了農(nóng)民的節(jié)水意識(shí)，杜絕了以往大水漫灌的現(xiàn)象，降低了田間畝均毛灌溉用水量，從而提高了灌溉水有效利用系數(shù)；其他8個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)基本沒(méi)有新增節(jié)水工程，系數(shù)變化主要與灌區(qū)管理水平有關(guān)，灌溉水有效利用系數(shù)變化在-0.004～0.002之間。

c. 10個(gè)小型樣點(diǎn)灌區(qū)2017年灌溉水有效利用系數(shù)在0.7079～0.7293之間，與2016年相比變化范圍為-0.001～0.03，有5個(gè)小型樣點(diǎn)灌區(qū)不變，3個(gè)增加，2個(gè)降低。

小型樣點(diǎn)灌區(qū)2017年節(jié)水面積2.984萬(wàn)畝，2016年為2.9萬(wàn)畝，增加0.084萬(wàn)畝。其中：寧河區(qū)毛毛匠灌區(qū)系數(shù)增加0.019，經(jīng)核實(shí)該樣點(diǎn)灌區(qū)2017年完成了0.084萬(wàn)畝低壓管道節(jié)水工程建設(shè)；東淮沽灌區(qū)系數(shù)增加了0.03，該灌區(qū)2017年安裝了42個(gè)IC智能控制柜，農(nóng)民灌溉時(shí)采取刷卡用水，提高了田間用水管理水平，減少了毛灌溉用水量，從而一定程度上提高了灌溉水有效利用系數(shù)；李茂灌區(qū)安裝了7個(gè)智能控制柜，系數(shù)提高了0.009。其他的樣點(diǎn)灌區(qū)系數(shù)變化不大，幅度在-0.001～0.001,經(jīng)調(diào)查這些灌區(qū)沒(méi)有新增節(jié)水工程，田間管理水平與2016年基本保持不變。

d. 13個(gè)純井樣點(diǎn)灌區(qū)變化范圍在-0.013～0.004之間，純井樣點(diǎn)灌區(qū)節(jié)水工程增幅不大(純井樣點(diǎn)灌區(qū)2017年節(jié)水工程面積0.2萬(wàn)畝，2016年節(jié)水工程面積0.13萬(wàn)畝)，系數(shù)變化主要與田間灌溉管理水平不穩(wěn)定有關(guān)。

2.2 橫向?qū)Ρ确治?/h3>

a.大型樣點(diǎn)灌區(qū)僅有1個(gè)，故不作橫向比較分析。

b.9個(gè)中型樣點(diǎn)灌區(qū)2017年灌溉水有效利用系數(shù)在0.6423～0.7329之間，1萬(wàn)～5萬(wàn)畝類型中型樣點(diǎn)灌區(qū)最高的為寧河區(qū)大北灌區(qū)(0.7329)，最低為靜海獨(dú)流灌區(qū)(0.7067)；5萬(wàn)～15萬(wàn)畝中型樣點(diǎn)灌區(qū)有2個(gè)：寶坻崔黃口灌區(qū)(0.6802)、靜海區(qū)唐官屯灌區(qū)(0.7240)；15萬(wàn)～30萬(wàn)畝中型樣點(diǎn)灌區(qū)有1個(gè)：寶坻區(qū)潮南灌區(qū)(0.6423)。9個(gè)中型樣點(diǎn)灌區(qū)2017年節(jié)水工程面積占有效灌溉面積的比例為35%～100%，其中比例最低的是徐莊子灌區(qū)，最高的是武清區(qū)大孟莊灌區(qū)；系數(shù)最高的是寧河區(qū)大北灌區(qū)，節(jié)水工程比例為85%，系數(shù)最低的是靜海獨(dú)流灌區(qū)，節(jié)水工程比例為68%。可見，中型樣點(diǎn)灌區(qū)系數(shù)高低不僅與各區(qū)節(jié)水工程建設(shè)面積有關(guān)，與各灌區(qū)整體管理水平也有很大關(guān)系，見圖1。

圖1 2017年各中型灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)

c. 10個(gè)小型樣點(diǎn)灌區(qū)2017年灌溉水有效利用系數(shù)在0.7079～0.7692之間，見圖2。10個(gè)小型樣點(diǎn)灌區(qū)2017年節(jié)水工程面積占有效灌溉面積的比例為0～100%，系數(shù)最高為寧河區(qū)東淮沽灌區(qū)，目前節(jié)水工程占比為49%，東淮沽灌區(qū)2017年大力發(fā)展田間智能控制設(shè)施42臺(tái)，控制面積達(dá)4000畝左右，占有效灌溉面積68%以上；系數(shù)最低為薊州區(qū)楊津莊鎮(zhèn)黃津莊村至馬莊村灌區(qū)，但節(jié)水工程面積比例為100%，經(jīng)核實(shí)，該灌區(qū)管理水平較粗放，農(nóng)民節(jié)水意識(shí)不強(qiáng)?？梢姡罅Ω纳铺镩g管理水平可以在一定程度上彌補(bǔ)各區(qū)節(jié)水工程建設(shè)面積不足，大大提高灌溉水利用系數(shù)。

圖2 2017年各小型灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)

d. 13個(gè)純井灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)系數(shù)在0.6489～0.9115之間，見圖3。13個(gè)純井樣點(diǎn)灌區(qū)2017年節(jié)水工程面積占有效灌溉面積的比例為86%，絕大多數(shù)純井灌區(qū)采用節(jié)水灌溉技術(shù)，灌溉方式不同，以低壓管道為主。不同灌溉方式純井樣點(diǎn)灌區(qū)系數(shù)結(jié)果不同，但相同灌溉方式系數(shù)結(jié)果差異主要體現(xiàn)在田間灌溉管理水平差異性和不穩(wěn)定性。

圖3 2017年各純井灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)天津市樣點(diǎn)灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)成果進(jìn)行對(duì)比分析，得出如下結(jié)論：

a.縱向分析：2017年天津市不同規(guī)模和類型的樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)與2016年相比變化幅度有高有低，其中：大型樣點(diǎn)灌區(qū)2017年灌溉水有效利用系數(shù)有所降低；9個(gè)中型樣點(diǎn)灌區(qū)變化幅度為-0.004～0.004；10個(gè)小型樣點(diǎn)灌區(qū)變化幅度為-0.001～0.03；3個(gè)純井灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)變化幅度為-0.013～0.004。

b.橫向分析：33個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)系數(shù)高低不僅與各區(qū)節(jié)水工程建設(shè)面積有關(guān)，而且與各灌區(qū)整體管理水平有很大關(guān)系。分析表明：大力改善灌區(qū)田間管理水平可以在一定程度上彌補(bǔ)灌區(qū)節(jié)水工程建設(shè)面積不足，提高樣點(diǎn)灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。

綜上所述，2017年33個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)變化與發(fā)展節(jié)水工程面積有很大關(guān)系，但同時(shí)也與灌區(qū)人員管理水平、灌區(qū)改造水平(土地激光平整程度、土地大小畦塊整治、首部智能化灌溉系統(tǒng)安裝)、農(nóng)作物品種選擇、農(nóng)藝節(jié)水措施發(fā)展(地膜覆蓋、秸稈覆蓋、使用節(jié)水高產(chǎn)品種、深耕深松、增施有機(jī)肥、施用保水劑)等緊密相關(guān)。