武威市基于灌溉水有效利用系數(shù)的農(nóng)業(yè)節(jié)水增效措施研究

王海宇 張?jiān)抡?董平國(guó)

(1.甘肅省武威市河湖管理中心，甘肅 武威 733000;2.甘肅省武威市中心灌溉試驗(yàn)站，甘肅 武威 733000；3.甘肅省武威市水利綜合事務(wù)中心，甘肅 武威 733000；4.甘肅省武威市農(nóng)村飲水安全服務(wù)站，甘肅 武威 733000)

灌溉水有效利用系數(shù)是在某次或某一時(shí)間內(nèi)被農(nóng)作物利用的凈灌溉水量與水源渠首處總灌溉引水量的比值，是國(guó)家實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度“三條紅線”控制目標(biāo)及中央國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十四五”規(guī)劃主要指標(biāo)之一，其為國(guó)家推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革、建立制定農(nóng)業(yè)用水計(jì)劃和用水定額提供科學(xué)依據(jù)。按照水利部安排部署，根據(jù)《全國(guó)灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析技術(shù)指南》《全國(guó)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則》的要求與方法，連續(xù)15年在武威市開(kāi)展了灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析工作，本文研究武威市近5年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)變化規(guī)律，首先選擇具有代表性、穩(wěn)定性、可行性的大、中型和純井樣點(diǎn)灌區(qū)，采用首尾測(cè)算分析法得出各種類型樣點(diǎn)灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)，結(jié)合全市大、中、純井灌區(qū)毛灌溉總用水量，最終推算得出全市以及各種類型灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)。所測(cè)算的成果為有關(guān)部門研究制定相關(guān)政策和規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，也為我國(guó)全面實(shí)施國(guó)家節(jié)水行動(dòng)、實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度、考核武威市農(nóng)田節(jié)水效率提供技術(shù)支撐。

1 武威市概況

武威市地處甘肅省中部、河西走廊起點(diǎn)，南部是祁連山，中部是綠洲平原，北部是騰格里和巴丹吉林沙漠，是全國(guó)生態(tài)格局中青藏高原生態(tài)安全屏障的核心區(qū)域和北方防沙帶的中心地帶?，F(xiàn)轄涼州區(qū)、民勤縣、古浪縣和天祝藏族自治縣，有93個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，1125個(gè)行政村，全市總土地面積3.23萬(wàn)km2，常住人口182.5萬(wàn)，全市荒漠化土地3178萬(wàn)畝、沙漠化土地2227萬(wàn)畝，分別占國(guó)土面積的65.5%、45.9%，是全國(guó)荒漠化、沙漠化最嚴(yán)重的地區(qū)之一。水資源主要來(lái)源于石羊河，全市多年平均自產(chǎn)水資源總量14.934億m3(地表水13.918億m3、地下水1.016億m3)，人均約700m3、耕地畝均約220m3，為全省的1/3、全國(guó)的1/9，是水資源短缺的地區(qū)之一。

武威市屬典型的西北干旱區(qū)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)、日照充足，晝夜溫差大、降水少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、空氣干燥。自南向北大致劃分為3個(gè)氣候區(qū)。南部祁連山高寒半干旱半濕潤(rùn)區(qū)：年降水量300～600mm，年蒸發(fā)量700～1200mm，干旱指數(shù)1～4；中部走廊平原溫涼干旱區(qū)：年降水量150～300mm，年蒸發(fā)量1300～2000mm，干旱指數(shù)4～15；北部溫暖干旱區(qū)：包括民勤全部，古浪北部，武威東北部，年降水量小于150mm，民勤北部沙漠邊緣地帶年降水量不足50mm，年蒸發(fā)量2600mm以上，干旱指數(shù)15～25。武威多年平均風(fēng)速2.81m/s，土壤屬內(nèi)陸性沙漠鈣質(zhì)土，土壤通透性好。

2 武威市灌區(qū)現(xiàn)狀

武威市現(xiàn)有20個(gè)灌區(qū)，其中大型灌區(qū)3個(gè)，分別是西營(yíng)、雜木、紅崖山灌區(qū)；中型灌區(qū)11個(gè)，分別是黃羊、金塔、張義、古浪河、黃羊川、大靖河、古豐、金強(qiáng)、松山、朱岔、安遠(yuǎn)灌區(qū)；純井灌區(qū)6個(gè)，分別是清源、永昌、金羊、環(huán)河、昌寧、永黃灌區(qū)。全市經(jīng)多年水利建設(shè)改造，灌區(qū)灌排系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備完善，灌溉渠系主要為干、支、斗、農(nóng)四級(jí)或支、斗、農(nóng)三級(jí)。全市高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田水利灌溉工程的興建，為武威市現(xiàn)代生態(tài)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、穩(wěn)定和發(fā)展糧食生產(chǎn)奠定了可靠的物質(zhì)基礎(chǔ)。武威市不同規(guī)模與水源類型灌區(qū)統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表 1。

表1 武威市不同規(guī)模與水源類型灌區(qū)統(tǒng)計(jì)

3 武威市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析

3.1 樣點(diǎn)灌區(qū)和典型田塊的選取

根據(jù)《技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則》，結(jié)合省市年度系數(shù)測(cè)算分析實(shí)施方案，綜合考慮灌區(qū)工程設(shè)施狀況、管理水平、灌溉水源條件(提水、自流引水)、作物種類和種植結(jié)構(gòu)、地形地貌等因素，本文共選取12個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)測(cè)算灌溉水有效利用系數(shù)，具體情況見(jiàn)表2。同時(shí)，為采用直接量測(cè)法測(cè)算不同作物畝均凈灌溉用水量，在各個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)選擇田間平整、面積適中、邊界清楚、形狀規(guī)則以及土壤類型、種植作物、灌溉制度和灌溉方式具有代表性的田塊作為典型田塊，對(duì)典型田塊進(jìn)出水量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。

表2 武威市樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量分布情況統(tǒng)計(jì)

3.2 測(cè)算分析方法

農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)η市是指全市區(qū)域內(nèi)年凈灌溉總用水量W市總凈與年毛灌溉總用水量W市總毛的比值，就是在不測(cè)定輸配水和灌水過(guò)程中的損失，直接測(cè)定灌區(qū)渠首(井口)引進(jìn)的水量和灌入作物計(jì)劃濕潤(rùn)層的水量，即“首尾測(cè)算分析法”。在計(jì)算大、中、純井樣點(diǎn)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)和年毛灌溉用水量的基礎(chǔ)上，由點(diǎn)及面計(jì)算武威市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。全市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)計(jì)算公式為

(1)

式中：η市為全市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)；η市大、η市中、η市井分別為市級(jí)區(qū)域大、中、純井灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)；W市大、W市中、W市井分別為市級(jí)區(qū)域大、中、純井灌區(qū)的年毛灌溉用水量，萬(wàn)m3。

3.3 武威市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)變化趨勢(shì)分析

3.3.1 農(nóng)田毛、凈灌溉總用水量變化規(guī)律分析

2016—2020年武威市及各類型灌區(qū)年毛灌溉總用水量變化如圖1所示，全市毛灌溉總用水量逐年總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，2017年稍有升高，主要原因是2017年武威市大面積推廣應(yīng)用膜下滴灌水肥一體化技術(shù)，相比自流引水灌區(qū)，純井灌區(qū)由于自身引水量具有較大壓力，更容易實(shí)現(xiàn)水肥一體化，導(dǎo)致市純井灌區(qū)農(nóng)田毛總用水量明顯升高；市大型灌區(qū)、市中型灌區(qū)農(nóng)田毛總用水量呈現(xiàn)基本平穩(wěn)趨勢(shì)。

2016—2020年武威市及各類型灌區(qū)年凈灌溉總用水量變化如圖2所示，全市凈灌溉總用水量逐年總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，2017年稍有升高，主要原因是由于2017年市純井灌區(qū)大面積應(yīng)用膜下滴灌水肥一體化技術(shù)，同時(shí)，典型田塊全部選用直接量測(cè)法測(cè)算年畝均凈灌溉用水量，導(dǎo)致2017年市純井灌區(qū)農(nóng)田凈總用水量較高；市大型灌區(qū)、市中型灌區(qū)農(nóng)田凈總用水量呈現(xiàn)基本平穩(wěn)趨勢(shì)。

綜合分析圖1和圖2，武威市及各類型灌區(qū)年毛、凈總用水量變化與武威市大力實(shí)施高效節(jié)水工程關(guān)系較大。

圖1 2016—2020年武威市及各類型市級(jí)灌區(qū)年毛灌溉總用水量變化

圖2 2016—2020年武威市及各類型市級(jí)灌區(qū)年凈灌溉總用水量變化

3.3.2 2016—2020年武威市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)變化規(guī)律分析

2016—2020年武威市及各類型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)變化如圖3所示。2016—2020年武威市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)分別為0.613、0.625、0.628、0.633和0.635，逐年總體呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)，主要原因：一是連續(xù)5年甘肅省水利廳組織對(duì)測(cè)算技術(shù)人員進(jìn)行測(cè)算分析方法培訓(xùn)，各灌區(qū)技術(shù)人員對(duì)典型田塊全部選用直接量測(cè)法測(cè)算年畝均凈灌溉用水量，測(cè)算過(guò)程規(guī)范合理、測(cè)算結(jié)果準(zhǔn)確且符合實(shí)際；二是隨著縣域節(jié)水型農(nóng)業(yè)建設(shè)，調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)，大面積推廣應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)，純井灌區(qū)水資源利用率較高；三是農(nóng)民節(jié)水意識(shí)增強(qiáng)。

由圖3可以看出，由于市純井灌區(qū)水源均由井口提水并通過(guò)管道直接將水輸送到田間，不存在水分無(wú)效蒸發(fā)和深層滲漏現(xiàn)象，水資源利用率高，所以市純井灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)相對(duì)市大型灌區(qū)、中型灌區(qū)較高。同時(shí)，市中型灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)逐年呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)，市大型灌區(qū)2016—2019年系數(shù)也呈上升趨勢(shì)，而2020年系數(shù)稍有降低，分析原因是由于2020年大型灌區(qū)種植面積有所擴(kuò)增，同時(shí)自流引水渠道輸水灌溉，部分采用溝灌和畦灌普通灌溉方式，水分利用率相對(duì)較低，存在浪費(fèi)水現(xiàn)象。

圖3 2016—2020年武威市及各類型市級(jí)灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)變化

圖4 2016—2020年武威市節(jié)水灌溉工程面積與農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)變化

3.3.3 2016—2020年武威市節(jié)水灌溉面積變化規(guī)律分析

2016—2020年武威市節(jié)水灌溉面積及農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)變化如圖4所示，隨著節(jié)水灌溉面積的增加，武威市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)逐年總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。由此說(shuō)明，武威市實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度、大力開(kāi)展農(nóng)業(yè)綜合水價(jià)改革、廣泛安裝田間智能灌溉控制系統(tǒng)、推廣應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)、推進(jìn)現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)等措施，提高了全市節(jié)水灌溉面積和農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。

4 提升農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的主要措施

4.1 大力實(shí)施高效節(jié)水灌溉工程

武威市近5年逐年加大高效節(jié)水灌溉工程投資，大力推進(jìn)農(nóng)田水利建設(shè)，改善農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施條件，健全農(nóng)業(yè)高效節(jié)水工程運(yùn)行管理體制機(jī)制，是武威市灌溉水有效利用系數(shù)穩(wěn)步增長(zhǎng)的首要措施。節(jié)水灌溉工程改造是提高農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的基礎(chǔ)，由于運(yùn)行持久性較差，須持續(xù)穩(wěn)定投入農(nóng)業(yè)節(jié)水行動(dòng)專項(xiàng)投資，對(duì)大中型灌區(qū)渠系灌溉輸水配套設(shè)施進(jìn)行更新改造，進(jìn)而縮短輸水時(shí)間和減少滲漏損失。

4.2 推廣普及高效節(jié)水灌溉技術(shù)

武威市近5年全面普及膜下滴灌、水肥一體化、低壓管道輸水地面灌溉、壟膜溝灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)，是武威市提高灌溉水有效利用系數(shù)的重要保證。同時(shí)，通過(guò)高效節(jié)水技術(shù)指導(dǎo)和示范培訓(xùn)，各灌區(qū)根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H特點(diǎn)，因地制宜，規(guī)?；?、規(guī)范化地選擇適宜的節(jié)水技術(shù)，且大力推廣節(jié)水高效品種、地膜覆蓋、耕作保墑等農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)，積極推廣土壤保水和作物蒸騰調(diào)控等生物節(jié)水技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)全覆蓋。

4.3 充分調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

武威市近5年來(lái)堅(jiān)持以水調(diào)種植結(jié)構(gòu)，合理布局區(qū)域農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，圍繞打造沿山、沿川、沿沙三大特色產(chǎn)業(yè)帶，大力推廣低耗水、高效益作物，因地制宜發(fā)展“牛羊雞菜果菌薯藥”八大特色產(chǎn)業(yè)，是武威市提高灌溉水有效利用系數(shù)的重要措施。制定出臺(tái)促進(jìn)土地流轉(zhuǎn)的優(yōu)惠政策，加快高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，持續(xù)擴(kuò)大設(shè)施農(nóng)牧業(yè)高效集約型生產(chǎn)規(guī)模，推動(dòng)特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)用水效益。

4.4 建立節(jié)水激勵(lì)機(jī)制、加快水價(jià)改革

武威市近5年來(lái)通過(guò)修訂武威市行業(yè)用水定額，建立覆蓋主要農(nóng)作物的先進(jìn)用水定額；實(shí)施水資源消耗總量和強(qiáng)度雙控行動(dòng)，建立健全水資源承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制；制定出臺(tái)了《武威市節(jié)約用水條例》，強(qiáng)化節(jié)水剛性約束，規(guī)制不合理用水行為；實(shí)行取水許可動(dòng)態(tài)管理，嚴(yán)格落實(shí)節(jié)水“三同時(shí)”制度；制定地下水用水成本高于地表水供水水價(jià)制度，促進(jìn)優(yōu)先使用地表水。健全完善農(nóng)業(yè)用水分類、分檔水價(jià)制度，農(nóng)村飲水工程水價(jià)考慮農(nóng)民承受能力，按照“補(bǔ)償成本、公平負(fù)擔(dān)”原則，合理確定成本水價(jià)。

4.5 加強(qiáng)灌區(qū)智能化管理、增強(qiáng)節(jié)水意識(shí)

武威市近5年來(lái)推進(jìn)水資源管理信息化、智能化進(jìn)程，構(gòu)建布局合理、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、科學(xué)決策的水利智能應(yīng)用體系，農(nóng)業(yè)灌溉用水地表水灌區(qū)計(jì)量設(shè)施配套到斗口及以下，地下水灌區(qū)機(jī)井全部安裝智能化計(jì)量設(shè)施，已安裝的進(jìn)行升級(jí)改造，精準(zhǔn)計(jì)量取用水，對(duì)灌溉水有效利用系數(shù)提高有促進(jìn)作用。同時(shí)，灌區(qū)水管單位積極宣傳推廣節(jié)水技術(shù)、提高田間管理水平，普及科學(xué)灌溉技術(shù)、增強(qiáng)農(nóng)民節(jié)水意識(shí)，把節(jié)水作為灌區(qū)農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收的重點(diǎn)，提升便民惠民水平，為實(shí)施國(guó)家節(jié)水行動(dòng)提供決策依據(jù)和支持。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)分析武威市近五年來(lái)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)變化規(guī)律，總結(jié)出了以下結(jié)論：

武威市不同規(guī)模類型灌區(qū)中，純井(提水)灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)均高于大中型(自流引水)灌區(qū)，且所有類型灌區(qū)系數(shù)在2016—2020年中均逐步提升。 這主要與全市2016—2020年逐步加大高效節(jié)水灌溉工程投資、大力推廣應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)和農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)、灌區(qū)智能化計(jì)量設(shè)施改造安裝、農(nóng)業(yè)水價(jià)改革政策以及農(nóng)民節(jié)水意識(shí)提高等有關(guān)。

探究出武威市農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中存在的問(wèn)題后，得出影響農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的主要因素是灌區(qū)節(jié)水灌溉工程面積和作物灌溉定額。針對(duì)武威市農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉潛力，分別從工程投資、節(jié)水技術(shù)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、節(jié)水政策機(jī)制、灌區(qū)管理層面等提出相應(yīng)的對(duì)策，為今后武威市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算的準(zhǔn)確性提供基礎(chǔ)保障。

武威市水資源嚴(yán)重缺乏，地表水來(lái)水量不穩(wěn)定，部分農(nóng)戶仍然選用大水漫灌，地下水超采現(xiàn)象比較嚴(yán)重，針對(duì)這些，還需進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)水灌溉宣傳和培訓(xùn)，建立節(jié)水灌溉激勵(lì)政策，從而全面深入推進(jìn)實(shí)施國(guó)家節(jié)水行動(dòng)。