徐明金

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

我國是用水大戶，調(diào)查顯示，農(nóng)業(yè)用水占我國總用水量的70%。相關(guān)研究表明，我國農(nóng)業(yè)用水效率較低、用水比重大，存在巨大節(jié)水潛力[1- 3]。目前，關(guān)于節(jié)水潛力尚無普遍適用、統(tǒng)一完善的概念和定義。傳統(tǒng)意義上的節(jié)水潛力是指相對(duì)于未實(shí)施節(jié)水措施，實(shí)施多種或一種節(jié)水措施后某地區(qū)、行業(yè)(或作物)、單個(gè)部門所需水量的減少量[4- 6]。通過節(jié)水潛力分析研究，我國學(xué)者提出了適用于不同灌區(qū)的節(jié)水潛力計(jì)算方法，如秦長(zhǎng)海[7]提出從取用節(jié)水和資源節(jié)水兩方面計(jì)算農(nóng)業(yè)極限節(jié)水潛力；劉秋麗[8]通過面積定額法計(jì)算出山西省農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力；湯英[9]等對(duì)灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力利用情景分析法，從田間系統(tǒng)和輸水系統(tǒng)的角度進(jìn)行節(jié)水預(yù)測(cè)；崔秋利[10]基于FAO推薦的Penman-Monteith公式及有效降水計(jì)算公式估算了1957—2017年京津冀地區(qū)冬小麥、夏玉米的耗水量及水分利用效率以及冬小麥、夏玉米的節(jié)水潛力，提出可通過改善土壤條件，優(yōu)化灌溉管理以及秸稈覆蓋等措施提高冬小麥及夏玉米的水分利用效率。

新疆灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力計(jì)算及研究較少，本文以新疆庫山河灌區(qū)為例，充分考慮種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)水工程措施、水資源管理等因素，利用面積定額法計(jì)算灌區(qū)范圍內(nèi)主要作物需水量，確定灌溉水利用系數(shù)及田間水利用系數(shù)。這不僅有利于提高水資源利用率，而且對(duì)認(rèn)識(shí)新疆所采取節(jié)水效果、水資源開發(fā)潛力有重要作用。

1 研究區(qū)概況

1.1 灌區(qū)范圍及現(xiàn)狀用水情況

庫山河灌區(qū)位于新疆西南部，地處塔里木盆地西緣、帕米爾高原之東，庫山河自西南流向東北，流經(jīng)克孜勒蘇柯爾克孜自治州的阿克陶縣、喀什地區(qū)的英吉沙縣和疏勒縣，最后消失于疏勒縣境內(nèi)的布谷里沙漠，庫山河全長(zhǎng)156.9km，多年平均年徑流量6.52億m3。流域涉及新疆喀什地區(qū)和克州兩地三縣20個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，分為克州阿克陶縣灌區(qū)、喀什地區(qū)英吉沙縣灌區(qū)和疏勒縣灌區(qū)。灌區(qū)經(jīng)濟(jì)以農(nóng)業(yè)為主，作物以棉花、小麥、玉米、果樹為主，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉水平整體較低，灌區(qū)人民長(zhǎng)期處于低收入的貧困水平。2016年灌區(qū)GDP為71.5億元，人均15541元，僅為新疆平均水平的38.3%。

現(xiàn)狀年庫山河灌區(qū)用水總量89270萬m3，其中農(nóng)業(yè)用水量86182萬m3，占比96.5%；工業(yè)用水量891萬m3，占比1.0%；生活用水量2197萬m3，占比2.5%，灌區(qū)現(xiàn)狀年用水量結(jié)構(gòu)如圖1所示。由此可見，庫山河灌區(qū)用水對(duì)象主要為農(nóng)業(yè)，對(duì)灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力展開分析對(duì)該區(qū)域的水資源管理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

表1 庫山河灌區(qū)現(xiàn)狀年農(nóng)業(yè)用水指標(biāo)和效率表

圖1 庫山河灌區(qū)現(xiàn)狀年用水結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 受水區(qū)現(xiàn)狀用水水平

根據(jù)庫山河灌區(qū)現(xiàn)狀年農(nóng)業(yè)灌溉用水量和作物種植結(jié)構(gòu)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉綜合毛(凈)定額、灌溉水利用系數(shù)、渠系水利用系數(shù)、高效節(jié)水灌溉面積等用水指標(biāo)和效率進(jìn)行分析。

2016年灌區(qū)農(nóng)業(yè)綜合凈灌溉定額333m3/畝，農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)0.44，渠系水利用系數(shù)0.52，節(jié)水灌溉面積18.33萬畝，高效節(jié)灌率為16.3%。庫山河灌區(qū)現(xiàn)狀年農(nóng)業(yè)用水指標(biāo)和效率見表1。

2016年全疆農(nóng)業(yè)綜合畝均用水量593m3/畝，灌溉水利用系數(shù)0.53，庫山河灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水水平在全疆處于較低水平。但與鄰近水土條件、氣候條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等基本相當(dāng)?shù)哪辖牡刂輰?duì)比，農(nóng)業(yè)綜合灌溉定額屬中等偏上水平；灌溉水利用系數(shù)相對(duì)較低，有待于進(jìn)一步提高；高效節(jié)水發(fā)展水平屬中等水平。庫山河灌區(qū)與南疆四地州對(duì)比見表2。

表2 庫山河灌區(qū)與南疆四地州農(nóng)業(yè)用水水平對(duì)比表

2 農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力評(píng)價(jià)方法

本文在《新疆用水總量控制方案》和“三條紅線”基礎(chǔ)上，通過采取一系列的工程和非工程措施，根據(jù)地方近期可達(dá)的節(jié)水水平，從影響農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力的種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化、田間管理技術(shù)措施以及工程措施等方面進(jìn)行分析，提高灌溉水利用系數(shù)和減少灌溉用水量，據(jù)此估算農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力。

農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力分析應(yīng)先確定庫山河灌區(qū)灌溉面積、農(nóng)業(yè)種植業(yè)結(jié)構(gòu)、灌溉水利用系數(shù)，計(jì)算現(xiàn)狀年與設(shè)計(jì)水平年農(nóng)業(yè)需水量，節(jié)水潛力為設(shè)計(jì)水平年灌溉用水的直接減少量。

2.1 農(nóng)業(yè)需水量

(1)

Wi=Ai×Ni

(2)

式中，W農(nóng)—農(nóng)業(yè)需水量，萬m3；Wi—各作物凈需水量，萬m3；η—灌溉水利用系數(shù)；Ai—作物灌溉面積，萬畝；Ni—作物灌溉凈定額， m3/畝。

2.2 農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力

通過工程節(jié)水措施分析預(yù)期可達(dá)的灌溉水有效利用系數(shù)；結(jié)合種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整、田間管理技術(shù)進(jìn)步，分析預(yù)期可達(dá)的灌溉定額；計(jì)算對(duì)應(yīng)規(guī)劃年灌溉用水直接減少量，計(jì)算公式為：

ΔW農(nóng)=ΔW渠系+ΔW田間

(3)

ΔW渠系=W田規(guī)/(η渠系規(guī)-η渠系現(xiàn))

(4)

(5)

式中，ΔW農(nóng)—農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力，萬m3；ΔW渠系、ΔW田間—渠系和田間節(jié)水潛力，萬m3；W田規(guī)—規(guī)劃年田間凈需水量，萬m3；η渠系規(guī)—規(guī)劃年渠系水利用系數(shù)；A規(guī)、A現(xiàn)—規(guī)劃和現(xiàn)狀年灌溉面積，萬畝；η田規(guī)—規(guī)劃年田間水利用系數(shù)；W規(guī)、W現(xiàn)—規(guī)劃年和現(xiàn)狀年農(nóng)業(yè)凈需水量，萬m3。

3 庫山河灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力分析

3.1 灌區(qū)灌溉面積

庫山河灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉面積112.5萬畝，為落實(shí)自治區(qū)退地減水方案，根據(jù)自治區(qū)人民政府批復(fù)的《新疆用水總量控制方案》逐年退減灌溉面積計(jì)劃，庫山河灌區(qū)面積由現(xiàn)狀年112.5萬畝退減至規(guī)劃年98.06萬畝。

3.2 農(nóng)業(yè)種植業(yè)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)狀庫山河灌區(qū)人均灌溉面積2.4畝，低于南疆四地州人均灌溉面積3.4畝，灌區(qū)人民在有限的水土資源條件下，通過推廣特色林果、蔬菜、瓜類等經(jīng)濟(jì)作物，提高經(jīng)濟(jì)作物比例，保障農(nóng)民收入。庫山河灌區(qū)不同年份種植結(jié)構(gòu)見表3。

表3 庫山河灌區(qū)不同年份種植結(jié)構(gòu)

3.3 渠系水利用系數(shù)

現(xiàn)狀灌區(qū)渠系水利用系數(shù)為0.52，與GB 50288—2018《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》不低于0.55要求還有一定差距，說明灌區(qū)渠系水利用系數(shù)有提高潛力。規(guī)劃年根據(jù)灌區(qū)改造工程實(shí)施情況，按照各縣用水效率控制指標(biāo)，提高渠系水利用系數(shù)，使渠系水利用系數(shù)達(dá)到0.64，減少渠道輸水損失，達(dá)到農(nóng)田灌溉過程中節(jié)水效果，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水。庫山河灌區(qū)各級(jí)渠系水利用系數(shù)見表4。

表4 庫山河灌區(qū)各級(jí)渠系水利用系數(shù)表

3.4 田間水利用系數(shù)

庫山河灌區(qū)現(xiàn)狀年高效節(jié)水灌溉面積18.33萬畝，高效節(jié)灌率為16.3%。規(guī)劃年灌區(qū)大力發(fā)展高效節(jié)水面積至65.43萬畝，高效節(jié)灌率達(dá)到66.7%。通過提高節(jié)灌率，打通農(nóng)業(yè)節(jié)水最后一公里，田間水利用系數(shù)由現(xiàn)狀0.84提高到0.90。庫山河灌區(qū)高效節(jié)灌率和田間水利用系數(shù)見表5。

表5 庫山河灌區(qū)高效節(jié)灌率和田間水利用系數(shù)表

3.5 現(xiàn)狀年灌區(qū)農(nóng)業(yè)需水量

利用式(1)—(2)計(jì)算灌區(qū)農(nóng)業(yè)需水量，結(jié)果見表6。

表6 庫山河灌區(qū)現(xiàn)狀年農(nóng)業(yè)需水量統(tǒng)計(jì)表 單位：萬m3

3.6 農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力估算。

規(guī)劃年庫山河灌區(qū)灌溉面積98.06萬畝，利用上節(jié)計(jì)算結(jié)果及公式(1)—(5)計(jì)算可知：與現(xiàn)狀用水量相比，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水量11814.1萬m3。庫山河灌區(qū)規(guī)劃年農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力詳見表7。

表7 庫山河灌區(qū)規(guī)劃年農(nóng)業(yè)節(jié)水量統(tǒng)計(jì)表 單位：萬m3

4 結(jié)論

本文從渠系節(jié)水和田間節(jié)水兩方面分析庫山河灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力，充分考慮灌區(qū)農(nóng)業(yè)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、渠系防滲改造和高效節(jié)水面積推廣等因素，得出以下結(jié)論：庫山河灌區(qū)農(nóng)業(yè)有一定節(jié)水潛力，與現(xiàn)狀年相比節(jié)水潛力為11814.1萬m3，占現(xiàn)狀灌區(qū)總用水的13.2%，由此可見，農(nóng)業(yè)節(jié)水是庫山河灌區(qū)未來節(jié)水工作中的重點(diǎn)。渠系節(jié)水潛力為7452.3萬m3，占農(nóng)業(yè)總節(jié)水潛力的63%，因此可以將渠系防滲改造仍然是灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水的方向；田間節(jié)水潛力為4361.8萬m3，占灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力的37%，主要以發(fā)展高效節(jié)水為主。