鄧若石

(蘇州勵藤工程設(shè)計咨詢有限公司， 江蘇 蘇州 215000)

1 概 述

蘇州市位處蘇南，地理位置處于東經(jīng)119°55′～121°20′和北緯30°47′～32°02′之間。東面是上海，南面是浙江，西面是五大淡水湖之一的太湖，北部與長江接壤，蘇州市國土面積總計8 587.32 km2。

蘇州主城區(qū)地勢較低，境內(nèi)有許多河流和湖泊。太湖的大部分水面面積都位于蘇州境內(nèi)。河流、湖泊、灘涂3種類型的面積合計3 142.9 km2，占該市土地面積的36.6%，平原占總面積的55%。蘇州地勢從西向東緩慢傾斜，平原海拔3～4 m，鹽城湖和吳江地區(qū)海拔僅為2 m。低山丘陵(海拔高程在100～350 m)呈零星分布，主要分布區(qū)域為西部山區(qū)和太湖群島[1]。

蘇州地理位置所在區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)海洋性氣候。 2017年的平均氣溫為17.9°C，降水量為1 244.6 mm。一年四季太陽光照足，日照時數(shù)多達1 617.1 h，氣候適宜，降水量受氣候影響雨量充沛，平均相對濕度70%，平均風(fēng)力2.6 m/s[2]。

2 蘇州市用水組成統(tǒng)計

2.1 用水量統(tǒng)計

根據(jù)2017年蘇州市用水資料統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，其用水組成部分主要有：農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水，其中工業(yè)用水包括火電用水量和一般工業(yè)用水量，生活用水包括城鎮(zhèn)生活用水和農(nóng)村生活用水等[3]。

假定時間尺度一定，用水類型x分類型對應(yīng)序列{X1,X2,……,Xn}，用水量序列{W1,W2,……,Wn}。則用水比例Yi計算公式如下[4]：

(1)

式中：Yi為第i個行業(yè)的用水占比；Wi為第i個行業(yè)用水量；W為總用水量。

根據(jù)蘇州市2010—2017年用水資料統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，蘇州市多年平均總用水量83.63億m3，其中多年平均農(nóng)業(yè)用水量14.34億m3，占比17.1%；多年平均工業(yè)用水量61.53億m3，占比73.6%；多年生活用水量7.77億m3，占比9.3%。其中農(nóng)業(yè)用水量系列年統(tǒng)計顯現(xiàn)呈用水量減少趨勢，從2010年的16.37億m3遞減到2017年的13.16億m3，年用水減退比例為10.9萬m3/d。

蘇州市各行用水量見圖1，蘇州市2010—2017年農(nóng)業(yè)用水趨勢變化見圖2。

圖1 蘇州市各行用水量

圖2 蘇州市2010—2017年農(nóng)業(yè)用水趨勢變化

2.2 耗水量統(tǒng)計

2017年全市總耗水量為15.29億m3，其中農(nóng)田灌溉耗水量為6.735億m3；林牧漁業(yè)耗水量為3.763億m3；電力工業(yè)耗水量為1.432億m3；一般工業(yè)耗水量為1.593億m3；生活耗水量為1.771億m3。其中農(nóng)業(yè)灌溉耗水量占全市總耗水量的44%，顯示現(xiàn)狀下農(nóng)業(yè)還是一個耗水大戶。側(cè)面反應(yīng)該市農(nóng)業(yè)高效節(jié)水空間還有待進一步提升。

3 農(nóng)業(yè)灌溉用水指標

影響灌溉用水指標因素主要有灌溉基礎(chǔ)設(shè)計節(jié)水效率、新節(jié)水技術(shù)使用、渠道襯砌防滲成效，農(nóng)作物成活流程用水效率等方面，反應(yīng)的是一個地區(qū)的灌溉效益具體情況。計算公式如下：

(2)

式中：A為用水指標；W為農(nóng)業(yè)用水量；b為耕地灌溉面積。

根據(jù)蘇州市2017年相關(guān)農(nóng)業(yè)用水資料統(tǒng)計分析顯示，全市2017年有效灌溉面積166.57×103hm2，最大值為48.26×103hm2(市區(qū))，占比29.0%；最小值在昆山市，為15.3×103hm2,占比9.2%。全市總用水量13.16億m3，最大用水量在市區(qū)5.19億m3，最小值為1.23億m3(昆山市)，最大值與最小值的倍比系數(shù)4.21,反應(yīng)出農(nóng)業(yè)用水量存在著地區(qū)不平衡性這一現(xiàn)象。蘇州市農(nóng)業(yè)用水及灌溉要素指標統(tǒng)計見表1。

4 蘇州市農(nóng)業(yè)節(jié)水措施

4.1 節(jié)水措施類型

微灌、噴灌和低壓管道輸水設(shè)施是蘇州市農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉措施的主要組成部分。微灌溉主要依據(jù)微灌溉系統(tǒng)，采用微灌溉設(shè)備來將加壓水分配到田間，當灌溉時，小流量通過灌溉設(shè)備潤濕作物根部附近的土壤。灌溉設(shè)備和出水方式不同。灌溉分為滴灌，微噴，小管流出和滲灌，灑水灌溉是一種灌溉方法，其中加壓水通過裝有灑水器的管道噴入空氣中形成水滴，然后噴灑到田間。與傳統(tǒng)的地面灌溉相比，這種灌溉方式可節(jié)水40%～50%， 并具有許多優(yōu)點：適應(yīng)性廣，不需要高的土地平坦度，可以在地形平緩以及不平的山丘上使用?？梢允褂么筇镒魑?，水果和蔬菜，經(jīng)濟作物，果樹，牧場等；同時，也可用于灌溉農(nóng)作物，噴施肥料，農(nóng)藥，并防止霜凍和干燥的熱空氣。但是，缺點是：在經(jīng)濟不發(fā)達的區(qū)域，受制于其高昂的投資成本，該灌溉技術(shù)難以推廣；并且受風(fēng)速和氣候的影響很大。當風(fēng)速大于5.5 m/s(相當于4風(fēng))時，它可以分散雨滴并降低灑水灌溉的均勻性。當氣候干燥時，增加的蒸發(fā)損失將降低灌溉效率。管道灌溉是一種工程形式，其中管道取代明渠水灌溉，借助配水設(shè)施將水轉(zhuǎn)移到田間[5]。

表1 蘇州市農(nóng)業(yè)用水及灌溉要素指標統(tǒng)計

4.2 典型年及典型區(qū)節(jié)水措施

4.2.1 典型年節(jié)水措施

2016—2017年蘇州市加快工程節(jié)水措施建設(shè)，研究和推廣農(nóng)業(yè)灌溉工程節(jié)水模式，大力發(fā)展生態(tài)防滲渠道、管道灌溉以及噴灌、微灌、滴灌等，建設(shè)防滲渠道灌溉面積2 244.5 hm2，管道輸水灌溉面積891.1 hm2，噴(微)灌灌溉面積475.7 hm2，依據(jù)農(nóng)業(yè)部門相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，新增高效節(jié)水灌溉面積3 611.3 hm2，新增年節(jié)水能力779萬m3。在規(guī)劃建設(shè)的同時，同步實施節(jié)水計量設(shè)施，切實提升水分生產(chǎn)率、土地產(chǎn)出率和勞動生產(chǎn)率，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。大力推廣先進和適用的灌溉技術(shù)，利用各種網(wǎng)絡(luò)平臺，電臺，并和境內(nèi)高校校區(qū)合作，加強技術(shù)培訓(xùn)，推廣田間灌溉節(jié)水技術(shù)，農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)和管理型節(jié)水技術(shù)等。

4.2.2 節(jié)水措施在典型區(qū)域試點

在吸取系列年節(jié)水措施經(jīng)驗后，2018年蘇州市在吳江區(qū)原有高效節(jié)水區(qū)域新增節(jié)水灌溉面積73.7 hm2，節(jié)水類型包括低壓管道灌溉、微噴灌+滴灌、噴灌3種[6]；總計新增投資674萬元，在原有的灌溉基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)上新建灌溉泵站6座，并配套支持硬件運行的軟系統(tǒng)6套。試點區(qū)項目建成投產(chǎn)運行后將取得明顯的效益，僅僅灌溉水利用系數(shù)指標由0.66提高到0.70，農(nóng)業(yè)有效灌溉保證率指標達到95%。高效節(jié)水面積最大的在該區(qū)北聯(lián)圩，為28.14 hm2。灌溉類型為噴灌。最小的在雄風(fēng)村，為7.37 hm2。2018年，蘇州市全年新增高標準農(nóng)田4 937.9 hm2，新增現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)3 604.6 hm2，發(fā)展高效節(jié)水灌溉面積2 217.7 hm2，為農(nóng)業(yè)邁向現(xiàn)代化可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[7]。蘇州市吳江區(qū)典型區(qū)高效節(jié)水要素統(tǒng)計見表2。

表2 蘇州市吳江區(qū)典型區(qū)高效節(jié)水要素統(tǒng)計

5 農(nóng)業(yè)水有效利用系數(shù)統(tǒng)計

因2010年、2011年度資料未收集到，本次農(nóng)業(yè)水有效利用系數(shù)統(tǒng)計分析時間段為2012—2017年，蘇州市2012—2017年農(nóng)業(yè)水有效利用系數(shù)分析顯示，隨著時間約束尺度的增加，農(nóng)業(yè)水有效利用系數(shù)多年平均為0.663，從2012年的0.636增加到2017年的0.687，總遞增幅度8.02%，年遞增幅度1.3%。高效節(jié)水措施從農(nóng)業(yè)水有效利用系數(shù)這個因子來分析取得了一定的提高。

6 農(nóng)業(yè)節(jié)水效益

6.1 農(nóng)業(yè)產(chǎn)值增加值統(tǒng)計

2010年、2017年農(nóng)業(yè)產(chǎn)值增加值對比統(tǒng)計分析見表3。由表3對比分析顯示，全市農(nóng)業(yè)萬元增加值由2010年的704 156萬元增加到2017年的1 185 448萬元，增幅68.4%，增幅效益明顯。增幅最大的在市區(qū)，由2010年的73 254萬元增加到2017年的350 470萬元，增幅378.4%。增幅最小的在太倉縣，由2010年的131 381萬元增加到2017年的198 691萬元，增幅51.2%。反應(yīng)了節(jié)水措施的實施對農(nóng)業(yè)產(chǎn)值增加帶來了巨大的增收效益。

表3 農(nóng)業(yè)產(chǎn)值增加值對比統(tǒng)計分析

6.2 糧食產(chǎn)量和用水量要素及變化趨勢統(tǒng)計

6.2.1 糧食產(chǎn)量和用水量要素統(tǒng)計

糧食播種面積、產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)用水量要素數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析見表4。由表4數(shù)據(jù)顯示，糧食播種面積多年平均151.60 hm2，最大的為2010年(161.72 hm2)，最小的為2017年(135.15 hm2)，倍比系數(shù)為1.20；糧食產(chǎn)量多年平均108.31萬t，最大年份2012年(116.46萬t)，最小年份2017年(92.42萬t)，倍比系數(shù)為1.26；農(nóng)業(yè)用水量多年平均16.97億m3，最大年份是2010年(16.37億m3)，最小值為2017年(13.16億m3)，倍比系數(shù)為1.24。以上數(shù)據(jù)分析顯示，農(nóng)業(yè)用水量在整個系列年遞減倍比系數(shù)最大，反應(yīng)出節(jié)水效益取得了一定的成果。

表4 糧食播種面積、產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)用水量要素數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

6.2.2 糧食產(chǎn)量和用水量變化趨勢統(tǒng)計

建立在最小二乘法基礎(chǔ)之上的直線趨勢模型方法是有效直觀的表示趨勢分析的一種途徑，針對時間序列分別與糧食產(chǎn)量和用水量變化約束變量建立趨勢方程如下[8]：

xi=a+kt

(3)

式中：xi為時間序列的趨勢值；a為截距；k為趨勢斜率；t為時間。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)布局的調(diào)整，高附加值以及一些農(nóng)業(yè)新技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)用水在穩(wěn)定現(xiàn)狀一定程度的對糧食穩(wěn)產(chǎn)啟動促進作用?？偤乃糠治鲲@示，農(nóng)業(yè)用水依然是該市耗水大戶，因此必須采用節(jié)水灌溉措施來實現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)2010—2017年糧食產(chǎn)量及用水量要素統(tǒng)計分析，采用趨勢分析法分別對糧食產(chǎn)量及用水量要素進行趨勢分析，依據(jù)公式(3)及2010—2017年實測資料。分別建立糧食產(chǎn)量變化趨勢方程(4)及用水量變化趨勢方程(5)。

x糧食產(chǎn)量=114.43-2.75t

(4)

x用水量=23.9-1.35t

(5)

由表4顯示糧食播種面積從2010年的161.71×103hm2到2017年的135.15×103hm2，總減少幅度16.4%；糧食產(chǎn)量從2010年的114.43萬t減少到2017年的92.40萬t，總減少幅度19.3%，其中2017年糧食產(chǎn)量較多年均值遞減14.6%；從16.37億m3減少到2017年的13.2億m3，總減少幅度19.59%，2017年農(nóng)業(yè)用水量較多年均值遞減8.20%；從圖3趨勢線也可以明顯得出，農(nóng)業(yè)用水遞減幅度明顯大于糧食產(chǎn)量遞減幅度，顯示節(jié)水措施取得了一定的效益。

圖3 蘇州市農(nóng)業(yè)用水和糧食產(chǎn)量逐年變化過程線及趨勢變化

7 結(jié) 語

依據(jù)2010—2017年蘇州市農(nóng)業(yè)用水資料，多年平均農(nóng)業(yè)用水量14.34億m3，排列在蘇州市各產(chǎn)業(yè)用水量第二位，農(nóng)業(yè)耗水量6.735億m3，為耗水第一大戶。

2017年全市用水指標7 900.6 m3/hm2，全市總用水量13.16億m3，最大用水量在市區(qū)5.19億m3，最小在昆山市1.23億m3，倍比系數(shù)4.21，一定程度上反應(yīng)出農(nóng)業(yè)用水量存在地區(qū)不平衡現(xiàn)象，由于節(jié)水灌溉新技術(shù)及基礎(chǔ)設(shè)施的投資加大，全市農(nóng)業(yè)萬元增加值由2010年的704 156萬元增加大2017年的1 185 448萬元，增幅68.4%，增幅效益明顯。

2010—2017年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，糧食播種面積總減少幅度16.4%；糧食產(chǎn)量總減少幅度19.3%，農(nóng)業(yè)用水量總減少幅度19.59%，農(nóng)業(yè)用水遞減幅度大于糧食產(chǎn)量遞減幅度，顯示節(jié)水措施取得了一定成效。但是糧食產(chǎn)量減低和播種面積的減少之間存在的關(guān)聯(lián)性還有待于在以后的工作中積累資料后予以分析研究。