趙達(dá)提·克依木別克

(烏蘇市興源水務(wù)有限公司，新疆 烏蘇 833000)

大量研究表明，我國(guó)部分流域雖然水資源豐富，但從全年供需水量的關(guān)系看，仍存在農(nóng)業(yè)、林業(yè)灌溉用水短缺的問題。調(diào)查結(jié)果顯示，出現(xiàn)這種供水端與需水端之間的矛盾關(guān)系，是由于在供需水端之間的供需路徑上出現(xiàn)了大量的損耗，這種損耗是由于灌溉技術(shù)落后而導(dǎo)致灌溉效率低下[1- 5]。目前，針對(duì)灌區(qū)灌溉效率低下導(dǎo)致的水資源浪費(fèi)問題，我國(guó)學(xué)者已經(jīng)展開了全面、深入的研究。高雅等[6]深入調(diào)查研究了農(nóng)田灌溉工程中出現(xiàn)的滲漏問題，并通過現(xiàn)場(chǎng)研究提出渠道防滲襯砌施工技術(shù)等能有效改善水資源滲漏現(xiàn)狀；孫傳輝[7]以安徽省蕪湖市農(nóng)業(yè)用水為研究對(duì)象，提出通過制定節(jié)水目標(biāo)與用水效率，能夠?yàn)榻ㄔO(shè)蕪湖市節(jié)水型社會(huì)作出巨大貢獻(xiàn)。

如何對(duì)水資源利用進(jìn)行科學(xué)、合理的評(píng)價(jià)是流域灌區(qū)引進(jìn)新型灌溉技術(shù)所面臨的一個(gè)難題。何照青[8]基于層次分析法基本理論，深入探討了層次分析法在灌區(qū)節(jié)水改造工程綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，并指出該方法的高度可行性；程鵬等[9]以石家莊市節(jié)水型社會(huì)建設(shè)為例，對(duì)城市節(jié)水指標(biāo)體系構(gòu)建與評(píng)價(jià)提出了一定的建議；臧聰敏等[10]根據(jù)我國(guó)31個(gè)省的用水?dāng)?shù)據(jù)，從中選取9個(gè)具有代表性指標(biāo)，并基于聚類分析和綜合權(quán)重理論對(duì)我國(guó)不同省份的節(jié)水水平進(jìn)行了有效評(píng)價(jià)。

上述分析方法均采取指標(biāo)、參數(shù)等手段對(duì)區(qū)域節(jié)水現(xiàn)狀進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)方法復(fù)雜且效率較低。本文基于WEAP模型基本理論，對(duì)某流域灌區(qū)水資源現(xiàn)狀及其根本問題進(jìn)行了深入分析，并基于該方法對(duì)區(qū)域采用不同新型灌溉技術(shù)的改良效果進(jìn)行了有效評(píng)價(jià)，并優(yōu)選出最佳灌溉技術(shù)，為我國(guó)灌區(qū)引入新型灌溉技術(shù)及優(yōu)選方法提供了一定的指導(dǎo)性作用。

1 區(qū)域現(xiàn)狀

本次研究灌區(qū)位于某流域中游段，該流域覆蓋面積超過4萬km2，河流全長(zhǎng)超過500km，灌區(qū)屬于國(guó)家大(III)型自流灌區(qū)，實(shí)際灌溉面積為82.1萬畝，主要包括總干渠3條，干渠5條及支渠10條。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及資料研究結(jié)果顯示，該流域灌區(qū)的灌溉方式仍以傳統(tǒng)式、粗放式、輕管理式為主，而采用的灌溉技術(shù)也處于較落后水平，調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)區(qū)域的灌溉效率較差，因此導(dǎo)致了大量的水土流失、水資源浪費(fèi)等不良后果。經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域灌溉效率低下的主要原因如下：

(1)地形條件復(fù)雜。地質(zhì)調(diào)查資料表明，由于該流域灌區(qū)所處區(qū)域地形十分復(fù)雜，因此很多高效、新型的灌溉技術(shù)都無法合理推廣到該地區(qū)，且由于上下坡較多，造成了許多不應(yīng)存在的水資源流失。

(2)土壤土質(zhì)因素。本次研究地區(qū)的地層土質(zhì)以填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的順序分布為主，土層的保水能力較強(qiáng)，滲透能力差，灌水次數(shù)明顯少于我國(guó)其他區(qū)域，因此這也是合理引用新型灌溉技術(shù)的難題之一。

(3)農(nóng)田小氣候因素。農(nóng)田小氣候因素是一個(gè)比較復(fù)雜且影響因素較多的氣候系統(tǒng)，它是由不同農(nóng)田內(nèi)所種植的不同農(nóng)作物之間的相互輻射、不同的溫度吸收效應(yīng)、濕度以及二氧化碳生產(chǎn)能力所導(dǎo)致的，貫穿農(nóng)作物生長(zhǎng)的全過程。比如，噴灌對(duì)于農(nóng)田小氣候的影響很大，是因?yàn)樗軌蛘{(diào)節(jié)田間溫度與濕度的相互關(guān)系。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，目前能夠適應(yīng)地區(qū)各種條件、改善灌溉低下現(xiàn)狀的灌溉技術(shù)有大畦改小畦技術(shù)、農(nóng)藝節(jié)水灌溉技術(shù)、骨干工程改造的工程節(jié)水技術(shù)及田間高效節(jié)水工程技術(shù)，因此，本文將基于WEAP模型，對(duì)各種技術(shù)的應(yīng)用前景及合理性、經(jīng)濟(jì)型進(jìn)行評(píng)估。

2 灌區(qū)WEAP模型建立

WEAP(Water Evaluation and Planning)模型，也稱作水資源評(píng)估與規(guī)劃模型，通過將滿意度函數(shù)引入水資源優(yōu)化配置模型中作為目標(biāo)函數(shù)，深入分析3個(gè)子函數(shù)即社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的綜合權(quán)重并計(jì)算各個(gè)子函數(shù)的滿意度結(jié)果，最后根據(jù)滿意度函數(shù)選擇最優(yōu)方案，能夠?yàn)閰^(qū)域水資源的合理開發(fā)利用提供可靠的依據(jù)[11- 15]。因此，本文創(chuàng)新地將WEAP模型引入流域灌區(qū)水資源管理評(píng)價(jià)中，為區(qū)域合理利用水資源及最優(yōu)灌溉方案的選擇提供科學(xué)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

基于該灌區(qū)供需水現(xiàn)狀建立區(qū)域WEAP灌溉模型。首先，我們對(duì)區(qū)域需求端現(xiàn)狀進(jìn)行分析，認(rèn)為主要存在兩個(gè)分類，即農(nóng)業(yè)用水需求與生態(tài)林地用水需求。根據(jù)模型基本理論，一個(gè)需求點(diǎn)的需水量是其所有底層分值的總需水量之和，即

S=k×m

(1)

式中，S—總需水量；k—總活動(dòng)水平；m—用水定額(或?qū)嶋H需求量)。

基于上述需求計(jì)算方法，我們得出該灌區(qū)某年的需求端需水量與實(shí)際需水量的計(jì)算結(jié)果，如圖1所示。由圖1可知，根據(jù)定額計(jì)算所得到的該灌區(qū)需水量與實(shí)際需水量之間存在巨大差距，而這些差距是由灌溉技術(shù)落后、灌溉效率低下及地形環(huán)境等因素造成的。

圖1 流域灌區(qū)需求端需水量與實(shí)際需水量

圖2 流域灌區(qū)供水端供水量

進(jìn)一步對(duì)該流域灌區(qū)的供水端進(jìn)行分析，深入討論地區(qū)供水資源能否滿足區(qū)域需水要求，同樣采用WEAP模型進(jìn)行分析，得出在該年供水端的供水量，如圖2所示。由圖2可知，區(qū)域的供水端供水量能夠滿足區(qū)域需求端需水量，卻不能滿足實(shí)際供水需求量。由此可見，只有通過引入新型灌溉技術(shù)、采用有效的改善手段，才能合理提高區(qū)域的水資源利用率，滿足區(qū)域農(nóng)業(yè)與林業(yè)灌溉需求。

3 方案優(yōu)選結(jié)果分析

由上述對(duì)區(qū)域現(xiàn)狀的分析可知，適合區(qū)域的新型灌溉技術(shù)與縣有關(guān)該技術(shù)的改良方法包括大畦改小畦技術(shù)、農(nóng)藝節(jié)水灌溉技術(shù)、骨干工程改造的工程節(jié)水技術(shù)及田間高效節(jié)水工程技術(shù)。

WEAP模型對(duì)于灌區(qū)用水現(xiàn)狀的分析是基于其需求端與供水端之間的相互關(guān)系進(jìn)行考證的，因此，通過設(shè)置不同試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行對(duì)比，可以科學(xué)分析和探討不同改良技術(shù)手段的節(jié)水效果。本研究通過在該灌區(qū)劃分出A、B、C、D、E五個(gè)不同試驗(yàn)場(chǎng)地，嚴(yán)格限制場(chǎng)地環(huán)境、面積等因素，使實(shí)驗(yàn)環(huán)境相似。進(jìn)一步對(duì)A、B、C、D四個(gè)場(chǎng)地分別采用不同改良技術(shù)手段，設(shè)置E場(chǎng)地為對(duì)比場(chǎng)地，進(jìn)行近1年的監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地供、需水的監(jiān)測(cè)結(jié)果，基于WEAP計(jì)算模型，分析各個(gè)改良技術(shù)方案的技術(shù)效果。由此，可以基于所建立的WEAP對(duì)不同方案下流域灌區(qū)水資源利用效率及結(jié)果進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，優(yōu)選出最佳灌溉技術(shù)方案。

通過在該流域灌區(qū)設(shè)置不同技術(shù)手段處理的試驗(yàn)片區(qū)，并以某一片區(qū)作為未采取任何改善手段的對(duì)照區(qū)域，得出采用不同技術(shù)手段后的區(qū)域水資源短缺情況，如圖3所示。由圖3可知，四種不同新型灌溉技術(shù)或改良技術(shù)均能夠取得良好的改善效果，在該年的不同月份，各種技術(shù)均達(dá)到了提高水資源利用率、降低區(qū)域水資源短缺量的目的。進(jìn)一步分析可知，田間高效節(jié)水工程技術(shù)在每個(gè)月的降低效果相近，其曲線走向形態(tài)與未采取任何技術(shù)手段區(qū)域的水資源短缺曲線相近；而大畦改小畦技術(shù)、農(nóng)藝節(jié)水灌溉技術(shù)、骨干工程改造的工程節(jié)水技術(shù)則在1—4月節(jié)水效果明顯，而在高需水時(shí)間段的改良效率比較差。這是由于高需水期間也是流域的豐水期，河流及相應(yīng)水渠的水位更高，因此造成的水資源浪費(fèi)幾率與滲漏量更大。

圖3 該流域灌區(qū)在采用不同技術(shù)后一年內(nèi)區(qū)域水資源短缺情況

基于流域灌區(qū)在采用不同技術(shù)后一年內(nèi)區(qū)域水資源短缺情況，得出在不同改善技術(shù)下流域年總水資源短缺量，如圖4所示。由圖4可知，在未采取任何改良技術(shù)手段的情況下，區(qū)域的總水資源短缺量高達(dá)116.9×106m3。采取不同的灌溉技術(shù)后，水資源短缺量均得到了一定的改善，其中，采用大畦改小畦技術(shù)后水資源短缺量為73.20×106m3，改良效果達(dá)37.38%；采用農(nóng)藝節(jié)水灌溉技術(shù)后水資源短缺量為36.70×106m3，改良效果達(dá)68.61%；骨干工程改造的工程節(jié)水技術(shù)后水資源短缺量為33.60×106m3，改良效果達(dá)71.26%；采用田間高效節(jié)水工程技術(shù)后水資源短缺量為57.75×106m3，改良效果達(dá)50.60%。由此可見，采用骨干工程改造的節(jié)水技術(shù)與農(nóng)藝節(jié)水灌溉技術(shù)能夠取得良好的改良效果，大幅改善了區(qū)域的灌溉效率低下現(xiàn)狀。

圖4 不同改善技術(shù)下流域年總水資源短缺量

4 結(jié)論

本文依托某流域灌溉區(qū)節(jié)水灌溉改造工程，基于WEAP模型基本理論，深入分析了該流域灌區(qū)灌溉效率低下的主要原因及水資源短缺現(xiàn)狀，并得出以下結(jié)論。

(1)該灌區(qū)供水端供水量能夠滿足需水段的需水要求，但灌溉效率低下導(dǎo)致水資源大量浪費(fèi)，供水量無法滿足實(shí)際需水量。

(2)適應(yīng)區(qū)域條件的新型灌溉技術(shù)與改良技術(shù)主要有大畦改小畦技術(shù)、農(nóng)藝節(jié)水灌溉技術(shù)、骨干工程改造的工程節(jié)水技術(shù)及田間高效節(jié)水工程技術(shù)，基于WEAP模型，得出區(qū)域最優(yōu)改良技術(shù)方案為骨干工程改造的節(jié)水技術(shù)與農(nóng)藝節(jié)水灌溉技術(shù)，改良效率分別高達(dá)68.61%與71.26%。