兵團第十三師灌溉水利用系數測算

趙 波，王振華，李文昊

(石河子大學水利建筑工程學院，新疆 石河子 832003)

0 引 言

新疆生產建設兵團第十三師(以下簡稱第十三師)位于新疆哈密，地處新疆極端干旱區，多年平均降雨量為33.8 mm，多年平均蒸發量3092 mm，是典型的純綠洲灌溉型墾區。墾區水資源極其緊張，可利用水資源總量為4.45億m3，氣候類型、土壤條件及水資源現狀在新疆極具典型性和代表性。目前墾區主要灌溉作物類型有特色林果(葡萄、紅棗等)、糧食作物(小麥、玉米等)、經濟作物(棉花等)，農林業用水比重較高，且水資源利用效率較低，十三師墾區總面積為99.9萬hm2。

根據《新疆生產建設兵團第十三師統計年鑒2014》統計[1], 2014年第十三師農業毛灌溉用水量3.300億m3, 占第十三師用水總量50%以上，因此實施節水灌溉和進行灌區節水改造是實現第十三師水資源可持續利用的有效途徑。

灌溉水利用系數既是衡量農業節水效果的關鍵指標，也是集中反映灌溉工程質量、灌溉技術水平和灌溉用水管理水平的一項綜合指標[2]，對任何一種節水技術措施進行分析、比較和評價時都不能離開灌溉水利用系數[3]。灌溉水利用系數作為區域水資源科學配置和制定節水灌溉發展規劃的基礎數據, 同樣也是政府管理部門進行宏觀決策的依據。全師灌溉水利用系數如果不能準確把握, 則第十三師農業灌溉節水潛力到底有多少將難以確定。第十三師大部分灌區未進行過渠系水利用系數測試, 灌溉水利用系數多根據經驗估算所得, 這與目前兵團開展的灌區節水改造工程的實施難以協調。

灌溉水利用系數的傳統測算方法是分別測量灌區的渠系水利用系數和田間水利用系數, 以兩者的乘積作為灌溉水利用系數的計算結果[4]。該方法存在一定的問題和難點。

(1)測量工作量大。特別對于大型灌區, 由于渠系級數多, 干、支、斗、農各級渠道需要選擇多個典型渠段進行測量[5]。

(2)試驗觀測要求較高。由于試驗地點多在野外，測量選點多，試驗條件難以保證一致以及符合規范要求。而且在灌溉期由于試驗區周邊灌溉引水活動的影響, 較難保證觀測試驗的進行和試驗觀測的精度[6]。

(3)試驗觀測成本較大,由于干、支、斗、農各級渠道需要選擇多個典型渠段進行測量，而在灌區內展開大規模觀測試驗的可能性較小,則對試驗觀測結果的代表性影響較大。

(4)灌溉水利用系數實際上每年是有所變化的。灌溉水利用系數受到灌區引水量和作物實灌面積、灌區工程狀況以及作物種類的影響, 同時又與水文年來水、用水有關。某次測定得出的灌溉水利用系數不能代表該區域內灌溉水利用系數, 而是需要長期觀測，通過計算分析才能得出每年的灌溉水利用系數, 這對于傳統的測定方法來說難以做到[7,8]。

2006年水利部組織開展的“全國灌溉用水效率測算分析與評價研究”,提出了一種測算灌區灌溉水利用系數的方法----首尾測算法[9], 成為簡捷方便的衡量灌區內灌溉水利用系數的新思路。2013年5月，兵團水利局下發了《關于做好兵團2013年度測算分析工作的通知》(兵水發〔2013〕166號)，本文利用首尾測算法對兵團第十三師2014年的灌溉水利用系數進行了測算分析, 計算結果表明尾測算法能夠較好應用于灌溉水利用系數的測算。

1 首尾測算法計算原理

“灌區首尾測算法”是指只統計灌區從水源引入的毛灌溉用水總量，并通過測算得出田間實際凈灌溉用水總量，兩者的比值即灌溉水利用率。采用“灌區首尾測算法”可避開測算渠系水利用系數和田間水利用系數，減少了許多測定工作量和不確定因素。因此，“灌區首尾測算法”不但具有可靠的理論基礎，而且操作比較簡便，準確性較高，適合基層灌溉管理單位運用，目前也在全國灌區大面積推廣應用[10]。其計算式如下：

爬上那道梁，我站在路邊那棵孤單的烏桕樹下，焦心地眺望著暮色迷茫的遠方。時間像蛇一樣悄沒聲兒地溜走，月亮從王家山那邊爬上來，明晃晃地掛在半空。路上早斷了行人，我不敢往前去，那年在王家山腳下遭狼，到如今我還后怕。想到這里，我又祈愿大梁莫走夜路，晚就晚個天把吧，那年桂生就是這樣咬成了狼剩兒的，你可不許遭了狼啊。我在樹下走來走去，像個煩躁的困獸，不時扯起脖頸兒，向四周張望。

ηw=Wj/Wa

(1)

式中：ηw為灌區當年的灌溉水利用系數；Wj為第十三師2014年進入田間實際凈灌溉用水總量, m3；Wa為第十三師2014年灌溉水源處的毛灌溉用水總量，m3。

2 兵團第十三師現狀

第十三師現有水資源總量0.445億m3，其中地表水年均徑流量0.230億m3，地下水可開采量0.215億m3。

第十三師共有灌區11個，其中大型灌區1個，為兵地共建的石城子灌區，全師范圍內主要包括紅星一場、紅星三場和火箭農場；0.067～0.333萬hm2中型灌區4個，包括紅山農場大馬圈溝灌區、園藝一場灌區、園藝二場灌區和淖毛湖農場伊吾河灌區；0.333～1萬hm2的中型灌區5個，主要包括紅星二場五道溝灌區、紅星四場巴木墩灌區、黃田農場廟爾溝灌區、柳樹泉農場三道溝灌區、紅山農場紅山口溝灌區；純井灌區1個，為紅星四場二牧場駱駝圈子純井灌區(詳見表1)。圖1為1951-1996年內第十三師氣象站多年平均氣象要素變化曲線。

表1 第十三師不同規模與水源類型灌區情況表

圖1 第十三師多年平均氣象要素變化曲線

3 兵團第十三師灌溉水利用系數測算分析

3.1 全師灌溉用水毛灌溉用水總量的確定

毛灌溉用水總量Wa是指灌區從水資源地等灌溉系統取用的用于農田灌溉的總水量，其值等于取水總量中扣除由于工程保護防洪除險等需要的渠道棄水量，向灌區外的退水量以及非農業灌溉水量等[11]。根據《新疆生產建設兵團第十三師統計年鑒2014》，第十三師實際灌面3.5萬hm2，有效灌溉面積1.7萬hm2，毛灌溉用水量3.300億m3，具體灌區規模與水源類型見表2。由于灌區還有井水灌溉，通過典型調查進行估算，結合渠首取水量，最后得出2016年的毛灌溉用水總量為3.300億m3。

表2 第十三師不同規模與類型灌區灌溉面積與灌溉用水情況表

3.2 全師灌溉用水凈灌溉用水量的確定

3.2.1樣點灌區選擇

根據《全國灌溉用水有效利用系數測算分析技術指南》的要求和原則，最終確定了3個樣點灌區，具體情況如下。

大型灌區：按照《全國灌溉用水有效利用系數測算分析技術指南》的要求，所有大型灌區均納入樣點灌區測算分析范圍，即大型灌區的總個數即為樣點灌區個數的原則。第十三師只有一個大型灌區，灌溉面積10 667.2 hm2，因此確定石城子灌區為大型灌區的樣點灌區，，在該灌區內各選擇1個棉花滴灌、紅棗滴灌、葡萄漫灌的地塊作為典型地塊開展測算工作。

中型灌區：第十三師有0.067～0.333萬hm2灌區有4個、0.333～1萬hm2灌區有5個。按有效灌溉面積大小分為3個檔次，即0.067～0.333萬hm2、0.333～1萬hm2、1～2萬hm2，中型灌區總灌溉面積23 447.8 km2，樣點灌區有效灌溉面積總和應不少于第十三師中型灌區總有效灌溉面積的10%，因此確定紅山口溝灌區為中型灌區的樣點灌區，灌溉面積4 370.0 hm2，在該灌區內選擇1個小麥滴灌的地塊作為典型地塊開展測算工作。

小型灌區：第十三師沒有小型灌區因此不用考慮小型灌區樣點灌區。

3.2.2樣點灌溉水實際定額計算

田間水利用效率擬采用實時監測灌前灌后及全生育期內所選地塊土壤含水率，進而計算第十三師灌溉水利用率。取樣深度0～90 cm(90 cm以下為砂卵石層)，每10 cm鉆取土樣一個，考慮灌水均勻性及植物耗水，每次取樣取3次重復。

3.2.3凈灌溉用水量的確定

(1)大型灌區灌溉水利用率計算分析成果。

表3 大型灌區樣點----石城子灌區灌溉水利用率計算分析成果表

大型灌區凈灌溉用水量MiAi=0.600 68×10 667.2=0.641億m3。

(2)中型灌區灌溉水利用率計算分析成果。中型灌區總灌溉面積23 447.8 hm2，樣點灌區有效灌溉面積總和應不少于第十三師中型灌區總有效灌溉面積的10%，因此第十三師確定紅山口溝灌區為中型灌區的樣點灌區，灌溉面積4 370.0 hm2。

表4 中型灌區樣點----紅山口溝灌區灌溉水利用率計算分析成果表

中型灌區凈灌溉用水量MiAi=48.970×234.478=1.148 2 億m3。

(3)純井灌區灌溉水利用率計算分析成果。

純井灌區凈灌溉用水量MiAi=1.197 54×760.0=0.091億m3。

測定灌區的田間凈灌溉用水定額，在第十三師灌區上、中、下游分別進行了典型樣點田塊的灌水量觀測，對每種作物進行了常規灌水觀測，再結合灌溉試驗站當年的觀測資料確定了凈灌溉用水量MiAi總=MiAi大型+MiAi中型+MiAi純井=1.880億m3。

表5 純井灌區樣點駱駝圈子灌區灌溉水利用率計算分析成果表

3.3 灌溉水有效利用系數測算

確定了毛灌溉用水總量，用公式(1)可計算出今年灌區灌溉水有效利用系數為：

ηW=Wj/Wa=1.880/3.300=0.569

3.4 全師灌溉用水有效利用系數合理性分析

2014年，第十三師的農業灌溉水利用系數由2013年的0.542[12]提高到了0.568， 一是由于國家、兵團加大了對第十三師水利基礎設施建設的投入力度，使得全師節水面積不斷擴大；二是由于第十三師處于全兵團乃至全國水資源極度匱乏的地區，近幾年工農業用水矛盾日益突出，廣大職工群眾深刻體會到水資源的短缺給經濟社會發展帶來的瓶頸，全民節水的意識不斷增強；三是師團兩級水管單位對水資源有效管控能力不斷提升，也在很大程度上促進了農業灌溉水利用率的提高。

4 結果與建議

(1)結論。第十三師按照國家和兵團的相關要求，采取調查、資料收集、審核匯總、測算分析最終確定了第十三師的總灌溉水利用系數為0.568 9。

(2)建議。首先以水利管理體制改革為契機，建立健全師團兩級水利服務體系和水利工程管理體系，增強第十三師水利管理的科學化、規范化、專業化。其次是完善節水管理規章制度，普及節水科技知識，加強節水宣傳，特別要重視對團場職工節水意識培訓教育。再者需要加強全師各灌區的基礎設施配套，尤其是要在有條件的灌區要加強量水設施的配置，為測算分析工作提供數據支撐。最后是進一步加大節水灌溉項目的投入力度，最終實現全師精準化灌溉、自動化灌溉的總體目標。

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[1] 新疆生產建設兵團統計局編.新疆生產建設兵團統計年鑒2014[M]. 北京：中國統計出版社，2014:25-26.

[2] 李英能.淺論灌區灌溉水利用系數[J].中國農村水利水電，2003,(7):23-26.

[3] 申佩佩,楊路華,謝曉彤.灌區灌溉水有效利用系數內涵及測定方法研究[J].中國農村水利水電,2013,(6):73-75.

[4] 郭元裕.農田水利學[M].3版.北京:中國水利水電出版社,1997.

[5] 高傳昌,張世寶.灌溉渠系水利用系數的分析與計算[J].灌溉排水,2001,20(1):50-54.

[6] 高 峰, 趙競成.灌溉水利用系數測定方法研究[J].灌溉排水學報,2004,23(1):14-20.

[7] 沈逸軒,黃永茂.年灌溉水利用系數的研究[J].中國農村水利水電,2005,(7):7-8.

[8] 汪富貴.大型灌區灌溉水利用系數的分析方法[J].節水灌溉,2001,(6):25-26.

[9] 嚴 雷,趙曉波.峽口灌區灌溉水利用系數測算[J].節水灌溉,2009,(6):48-50.

[10] 倪同坤,王衛軍.首尾測算法在灌溉水利用系數測算中的應用[J].現代農村科技, 2013,(14):52-52.

[11] 韓振中,裴源生,李遠華.灌溉用水有效利用系數測算與分析[J].中國水利,2009,(3): 11-14.

[12] 新疆生產建設兵團統計局編. 新疆生產建設兵團統計年鑒2013[M].中國統計出版社，2013:36-38.