青海省巴音河流域節(jié)水前后灌溉回歸水計(jì)算

李　茜,逄　勇,2,羅　縉,2

(1.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京　210098;

2.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京　210098)

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青海省巴音河流域節(jié)水前后灌溉回歸水計(jì)算

李茜1,逄勇1,2,羅縉1,2

(1.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京210098;

2.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京210098)

摘要：為了解巴音河流域灌區(qū)工程節(jié)水措施對(duì)灌溉回歸水的影響程度以及灌溉回歸水與灌溉總水量、灌溉面積等的關(guān)系,并了解滴灌比例對(duì)灌溉回歸水的影響程度,對(duì)不同年份的灌溉回歸水量進(jìn)行了計(jì)算分析,計(jì)算出2011年和2014年巴音河流域灌區(qū)灌溉回歸水量分別為6170.2萬(wàn)m3和3736萬(wàn)m3。根據(jù)2011年和2014年這兩個(gè)不同年份的灌溉回歸水量,將滴灌和漫灌兩種造成回歸水量變化的灌溉方式考慮在內(nèi),確定出灌溉回歸水量方程式。

關(guān)鍵詞：回歸水量;節(jié)水措施;滴灌;巴音河流域

水是農(nóng)業(yè)的命脈[1],灌溉顯著地增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量,能夠保證穩(wěn)定地供應(yīng)食物和原材料[2],對(duì)社會(huì)的穩(wěn)定有著重要的作用。近年來(lái),由于全球人口增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,需水量增長(zhǎng)速度驚人,用水的浪費(fèi)和水資源的污染,使水資源短缺越來(lái)越成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的因素。許多國(guó)家可用于灌溉的水量越來(lái)越稀少[3],特別是在我國(guó)西北干旱地區(qū),降水量少,氣候極端干旱,其水資源狀況決定了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的出路在于發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)[4]。節(jié)水農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[5-6],并且已經(jīng)成為西北極干旱地區(qū)乃至全國(guó)農(nóng)業(yè)的重點(diǎn)。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉前后回歸水量變化的準(zhǔn)確估算,不僅對(duì)灌區(qū)節(jié)水措施規(guī)劃有科學(xué)的指導(dǎo)意義,而且對(duì)區(qū)域水資源的優(yōu)化配置、大型水利樞紐工程的規(guī)劃和設(shè)計(jì)乃至區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展等都有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[7]。

1研究區(qū)域概況

1.1　巴音河流域概況

巴音河流域位于青海省海西州州府所在地德令哈市境內(nèi),是柴達(dá)木盆地重要的政治、經(jīng)濟(jì)、文化和生態(tài)中心。巴音河流域降雨量較少、蒸發(fā)量大、空氣干燥,氣溫低而變幅大且垂直分布明顯,晝夜溫差大,冬長(zhǎng)暑短,雨熱同季。根據(jù)德令哈市氣象站1972—2000年的統(tǒng)計(jì)資料,該地區(qū)多年平均氣溫為4℃,多年平均降水量為180.5 mm,蒸發(fā)量為2 098.2 mm。

1.2　巴音河流域灌區(qū)概況

據(jù)調(diào)查可知,巴音河流域主要作物有小麥、青稞、油料、豆類(lèi)、土豆、蔬菜等6種。截至2011年,巴音河干流農(nóng)田灌溉面積為0.405萬(wàn)hm2,6種植物種植結(jié)構(gòu)為50∶20∶6∶4∶5∶15,林地灌溉面積為0.710萬(wàn)hm2,人工飼草地灌溉面積為0.201萬(wàn)hm2。2014年農(nóng)田、林地和人工飼草地的灌溉面積都維持現(xiàn)狀不變,但農(nóng)田的主要6種作物結(jié)構(gòu)調(diào)整為43∶17∶10∶6∶7∶17。巴音河灌區(qū)灌水率見(jiàn)圖1。

圖1　巴音河灌區(qū)灌水率

1.3　灌區(qū)節(jié)水工程

通過(guò)申請(qǐng)節(jié)水與配套改造項(xiàng)目、草地節(jié)水灌溉項(xiàng)目、農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)等項(xiàng)目,積極爭(zhēng)取國(guó)家專(zhuān)項(xiàng)資金,對(duì)現(xiàn)有的灌區(qū)進(jìn)行節(jié)水與配套改造,對(duì)部分干、支、斗渠渠道采取防滲襯砌,提高渠道水的利用率。同時(shí)在菜田實(shí)施溫室蔬菜大棚和枸杞經(jīng)濟(jì)林全面推廣高效節(jié)水的滴灌技術(shù),2011—2014年節(jié)水工程及節(jié)水效率統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1,節(jié)水前后灌溉用水量變化見(jiàn)表2。

由表2可知,巴音河流域灌區(qū)2011年的滴灌比例為12.2%,灌溉用水總量為20 600萬(wàn)m3,經(jīng)過(guò)一系列的節(jié)水工程,到了2014年,滴灌比例上升到27.2%,灌溉用水總量降低到15 544.4萬(wàn)m3。

2節(jié)水前后灌溉回歸水分析

2.1　節(jié)水工程實(shí)施之前耗水量分析

2.1.1農(nóng)作物耗水量分析

在干旱地區(qū),農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)在當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)地位,對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)起著決定性的作用。然而,農(nóng)業(yè)也成為最大的用水戶(hù)。計(jì)算作物需水量的方法有很多種,其中最常用的方法就是作物系數(shù)—參考作物需水量法[8]。

FAO作物需水量專(zhuān)家咨詢(xún)組推薦充分供水條件下采用的作物需水量計(jì)算公式為

ETc=KcET0

(1)

式中:ETc為作物需水量；Kc為綜合作物系數(shù);ET0為參考作物需水量。

參考作物需水量(ET0)的計(jì)算方法采用修正的Penman公式,具體計(jì)算公式如下:

(2)

式中:Rn為作物表層的凈輻射,MJ/(m2·d);G為土壤熱通量,MJ/(m2·d);T為2 m處的溫度,℃;U2為冠層上方2 m處的風(fēng)速,m/s;es為飽和水汽壓,kPa;ea為實(shí)際水汽壓,kPa;Δ為溫度隨飽和水汽壓變化的斜率,kPa/℃;γ為干濕表常數(shù),kPa/℃。

本文參照李潤(rùn)杰等[9]研究柴達(dá)木盆地節(jié)水農(nóng)業(yè)體系建設(shè)探討的研究結(jié)果,通過(guò)試驗(yàn)觀(guān)測(cè)并采用修正的Penman公式對(duì)柴達(dá)木盆地德令哈地區(qū)6類(lèi)主要農(nóng)作物的ETc、ET0、Kc值進(jìn)行了計(jì)算(表3)?？梢詼y(cè)算出2011年巴音河干流灌區(qū)農(nóng)作物的耗水量為2 449萬(wàn)m3。

表1　2011—2014年節(jié)水工程及節(jié)水效率統(tǒng)計(jì)

注：農(nóng)田中的菜田采取滴灌方式,糧田采取渠灌方式;林地中的枸杞林采取滴灌方式,防風(fēng)林采取渠灌方式;人工草地采用渠灌方式。

表2　節(jié)水前后灌溉用水量變化

表3　柴達(dá)木德令哈6類(lèi)作物ETc、ET0、Kc值 　mm

注:根據(jù)參考文獻(xiàn)[9]整理。

2.1.2林草地耗水量分析

由于不同作物以及不同的灌溉方式,耗水量不同,農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)以及灌溉方式的變化將會(huì)直接導(dǎo)致地區(qū)用水量的變化。根據(jù)鹿強(qiáng)等[10]研究北方灌區(qū)灌水取得的研究結(jié)果,由灌區(qū)作物參考蒸發(fā)、騰發(fā)量和作物系數(shù)計(jì)算得到不同灌溉方式設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比P(%),其中常規(guī)溝、畦灌的土壤濕潤(rùn)比P為100%,膜上灌溉的土壤濕潤(rùn)比P為85%,噴灌、微噴灌溉的土壤濕潤(rùn)比P為75%(結(jié)合新疆干旱區(qū)情況,在原基礎(chǔ)上略有提高),微灌(滴灌)的土壤濕潤(rùn)比P為70%(結(jié)合新疆干旱區(qū)情況,在原基礎(chǔ)上略有提高)。

對(duì)應(yīng)上述中“土壤濕潤(rùn)比P取值”乘以常規(guī)地面灌溉用水定額,可得出相應(yīng)的不同灌溉方式灌溉用水定額[10]。即滴灌的用水定額計(jì)算公式為

(3)

式中：W滴灌為滴灌用水定額；W常規(guī)灌為常規(guī)灌(畦灌)用水定額；P為土壤濕潤(rùn)比。

在2011年,巴音河干流的林地主要包括枸杞經(jīng)濟(jì)林和防風(fēng)林,其中防風(fēng)林的面積為0.358萬(wàn)hm2,枸杞經(jīng)濟(jì)林的面積為0.352萬(wàn)hm2,其中采取畦灌的方式進(jìn)行灌溉的枸杞經(jīng)濟(jì)林的面積為0.191萬(wàn)hm2,采取滴灌的方式進(jìn)行灌溉的枸杞經(jīng)濟(jì)林的面積為0.161萬(wàn)hm2。巴音河干流的人工草地面積為0.201萬(wàn)hm2。依據(jù)《青海省用水定額》(青海省水利廳),結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況,得到林地的灌溉用水定額為4 125 m3/hm2;枸杞經(jīng)濟(jì)林的灌溉用水定額為2 175 m3/hm2;人工草地的灌溉用水定額為4 140 m3/hm2。因此可以計(jì)算出2011年巴音河干流林草地的耗水量為2 958萬(wàn)m3。最終計(jì)算出巴音河干流2011年農(nóng)業(yè)總的耗水量為5 407萬(wàn)m3。

2.2　節(jié)水工程實(shí)施后耗水量分析

經(jīng)過(guò)一系列的節(jié)水工程之后,在2014年巴音河干流灌區(qū)農(nóng)田中的菜田全部采取滴灌的方式進(jìn)行灌溉,枸杞經(jīng)濟(jì)林采取滴灌方式進(jìn)行灌溉的面積增加到0.296萬(wàn)hm2。根據(jù)Penman公式以及表4計(jì)算出在經(jīng)過(guò)一系列節(jié)水工程之后2014年巴音河干流總的耗水量為5 000萬(wàn)m3。

3灌溉回歸水量分析

根據(jù)青海省海西州水利局做的田間水灌溉回歸實(shí)驗(yàn),2011年灌溉回歸系數(shù)為0.3。用水量平衡式計(jì)算回歸水量:

(4)

(5)

式中：γ為灌溉回歸水系數(shù)；W灌溉為灌溉水量；W損失為灌溉總損失水量；W耗為作物總的耗水量。

計(jì)算得到2011年的灌溉回歸水量為6 170.2萬(wàn)m3,灌溉總損失水量為9 022.8萬(wàn)m3。由于流域渠道的比例和滴灌、漫灌比例導(dǎo)致的灌溉水損失量的不同在灌溉總水量中有所體現(xiàn),且漫灌、滴灌導(dǎo)致的灌溉水損失量在植物耗水量中也有考慮,以及研究相關(guān)資料認(rèn)為灌溉水總損失量與灌溉總水量成正比。由2011年的相關(guān)數(shù)據(jù)可計(jì)算出2014年的灌溉總損失水量為6 808.4萬(wàn)m3。然后根據(jù)上式計(jì)算得到2014年的灌溉回歸水量為3 736萬(wàn)m3。

為了進(jìn)一步分析回歸水量與灌溉水量及灌溉面積、降水量之間的關(guān)系以及滴灌、漫灌比例對(duì)回歸水量的影響,本文參照李海霞等[11]研究寧夏清水河揚(yáng)水灌區(qū)灌溉回歸水的研究結(jié)果,利用回歸計(jì)算法可以定出相應(yīng)的三元回歸方程式,通過(guò)分析該研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),降水量對(duì)灌溉回歸水的影響甚微,且在巴音河流域的德令哈地區(qū)降水量較少,可忽略。因此,利用上述關(guān)于2011年和2014年回歸水量的研究成果,確定出的回歸方程式為:

(6)

式中:Y為灌溉回歸水量;A1為滴灌的灌溉面積;A2為漫灌的灌溉面積;λ1取-0.70;λ2取1.265。

4結(jié)論

a. 在已知巴音河流域灌區(qū)2011年灌溉回歸系數(shù)為0.3的基礎(chǔ)上,計(jì)算出2011年巴音河流域灌區(qū)灌溉回歸水量為6 170.2萬(wàn)m3。根據(jù)2011年的數(shù)據(jù)推算出2014年的灌溉總損失水量,進(jìn)而計(jì)算出2014年巴音河流域灌區(qū)灌溉回歸水量為3 736萬(wàn)m3。

b. 根據(jù)2011年和2014年這兩個(gè)不同年份的灌溉回歸水量,確定出灌溉回歸水量方程式,將滴灌和漫灌兩種造成回歸水量變化的灌溉方式考慮在內(nèi),便于今后確定巴音河流域灌區(qū)的灌溉回歸水量,更有利于科學(xué)的指導(dǎo)灌區(qū)節(jié)水措施規(guī)劃。

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Statistics of irrigation return water before and after water saving in Bayin River Basin in Qinghai Province

LI Xi1,PANG Yong1,2,LUO Jin1,2

(1.CollegeofEnvironment,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;

2.KeyLaboratoryofIntegratedRegulationandResourceDevelopmentonShallowLakes,

MinistryofEducation,Nanjing210098,China)

Abstract：In order to understand the influential degree of engineering water-saving measures on irrigation return water and the relationships among irrigation return water, irrigation total water and irrigation area and look into the influential degree of drip irrigation ratio on the irrigation return flows, the irrigation return water of different years is calculated and analyzed, figuring out that the irrigation return flow in Bayin River basin in 2011 and 2014 are 61.702 million m3and 37.36 million m3, respectively. Taking different irrigation methods of drip irrigation and flood irrigation which may cause the variety in irrigation return flow into consideration, the equations to calculate the irrigation return flow are determined, according to the amount of irrigation return flow in 2011 and 2014.

Key words：return water; water-saving measures; drip irrigation; Bayin River Basin

(收稿日期：2015-04-07編輯：徐娟)

中圖分類(lèi)號(hào)：S274.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1004-6933(2016)01-0167-05

作者簡(jiǎn)介:李茜(1990—),女,碩士研究生,研究方向?yàn)榄h(huán)境規(guī)劃與綜合評(píng)價(jià)。E-mail:xuehefeifei2012@126.com

基金項(xiàng)目:水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng) (2012ZX07101-010,2012ZX07101-001)

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.01.029