農田灌溉水有效利用系數測算分析工作研究——以重慶市萬州區為例

吳浩源，周 令，文 斌，強 躍

(1.重慶長江水務集團有限公司，重慶 404100；2.重慶三峽學院，重慶萬州 404100；3.重慶市萬州區水利局，重慶 404100)

農田灌溉水有效利用系數（下文簡稱為有效利用系數）是在某次或某一時間內被農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[1]。有效利用系數既能有效衡量灌溉水利用效率，也是實行最嚴格水資源管理制度的“三條紅線”的重要指標之一。

因此，農業節水對于促進節水型社會建設非常重要。早在2012年，國務院就發布了《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》，明確要求實行最嚴格水資源管理制度，并做出相關部署和安排。這對于解決中國復雜的水資源問題、實現經濟社會的可持續發展具有重要意義和深遠影響[2]。農田灌溉水有效利用工作是事關百姓身邊的大事，提升有效利用系數是我國建成節水型社會的重中之重，也是一項惠國惠民的水利工程。

有效利用系數測算工作實踐性較高，且影響因素較多，如水庫灌溉、渠道布設、氣象條件、水土保持、農民節水意識等。萬州區有效利用系數測算工作在重慶市萬州區水利局的統籌部署下，選擇了合理的灌區及典型田塊，通過現場實測及資料收集，并按照《全國農田灌溉水有效利用系數測算分析技術指導細則》（下文簡稱為“《指導細則》”）要求完成各年的有效利用系數測算工作。

一、研究區域基本概況

萬州區位于三峽庫區腹心的平行嶺谷低山丘陵區，長江從西南流向東北將其劈為南東、北西兩半，區內地形起伏，低山、丘陵、槽谷相間排列，成層性明顯，屬山地、丘陵地形。萬州區地處亞熱帶濕潤季風氣候區，氣候溫和，多年平均氣溫19.0 ℃。降雨豐富，具有春早、夏長、秋雨、冬暖的立體性氣候特點。

2021年，萬州區地表水資源量為27.844 2億立方米，地下水資源量為3.561 9億立方米，水資源總量達27.844 2億立方米。其中，萬州區地表水供水量為3.197 7億立方米，地下水供水量為0.013 6億立方米，其他供水量為0.031 7億立方米，總供水量達3.243 0億立方米，生產生活等總用水量達3.243 0億立方米，人均綜合用水量為207立方米，農田灌溉畝均用水量為355立方米。

2021年，萬州區設計灌溉面積56.78萬畝，有效灌溉面積52.667萬畝，萬州區農田實灌面積30.10萬畝。萬州區農田灌溉用水量10 034.53萬立方米。經測定，萬州區2021年水稻灌溉用水定額為336.32立方米/畝，玉米灌溉用水定額為86.74立方米/畝。萬州區主要灌溉農作物為水稻。2021年農作物種植面積大于（接近）10%的除水稻外，玉米、甘薯、馬鈴薯分別為11.8%、9.6%、12.3%。水稻屬于灌溉作物，玉米部分灌溉，甘薯、馬鈴薯未灌溉。

圖1 萬州區地理位置圖及DEM圖

二、測算方法

（一）樣點灌區的選擇

樣點灌區的選擇應具有代表性、可行性、穩定性。選擇的樣點灌區既要考慮區域分布、工程狀況等因素以代表整個區域，并能在測算工作中有條件進行支撐工作。

結合萬州區實際地形地貌、氣象條件、作物分類、灌溉習慣及灌溉方式等區域性特征，自2017—2021年，萬州區均選擇7個樣點灌區，分別為新田中型水庫灌區（1～5萬畝）、五梁小型水庫灌區、菜地溝小型水庫灌區、紅旗小型水庫灌區、貫豐小型水庫灌區、東峽小型水庫灌區、楓香坪小型水庫灌區。7個樣點灌區全部為自流引水，這和萬州區的實際取水情況是一致的。從數量上看，1～5萬畝中型水庫灌區全區共三個，樣點灌區占33.33%，小型水庫灌區全區2 041個，樣點灌區占1.06%；從有效灌溉面積上看，1～5萬畝中型水庫灌區全區共3.8萬畝，樣點灌區占47.37%，小型水庫灌區全區44.267萬畝，樣點灌區占6.43%，樣點灌區的選擇具備合理性。樣點灌區選擇之后綜合考慮作物種類、灌溉方式、畦田規格、地形、土地平整程度、土壤類型、灌溉制度與方法等選擇合適的典型田塊。

（二）測算凈灌溉水量

依照“直接量測法”計算凈灌溉水量。通過測算各樣點灌區典型田塊每次灌水前后計劃濕潤層的土壤含水率或田間水深變化計算出每次灌水的畝均凈灌溉用水量，然后對幾次灌水得到的凈灌溉水量求和即可得年凈灌溉用水量。

玉米灌水量計算公式如式（1）、式（2）：

或：

水稻淹水灌溉灌水量如式（3）：

再計算典型田塊年畝均灌溉用水量，計算公式如式（4）：

根據典型田塊的年畝均用水量及灌區的實際灌溉面積計算出各灌區的年凈灌溉用水量，計算公式如式（5）：

在運用“直接量測法”時，還應以“觀測分析法”加以驗證。

（三）測算毛灌溉用水量

萬州區水庫灌區均為自流引水，毛灌溉水量分為水庫渠首水量與山坪塘供給水量之和。水庫取水水量只需在用于農田灌溉渠道渠首處進行實測，并輔以監測設備可得。計算公式如（6）：

計算各處水庫灌溉水量是先通過多次測量，建立該處的流量—水位的關系曲線，每次灌溉時只需對該處水位測量便可推算出灌溉水量。

山坪塘供水量由“重復蓄數法”計算，即山坪塘有效容積乘以重復蓄水次數作為山坪塘供水量。

（四）有效利用系數成果

根據 “首尾測算法”計算樣點灌區有效利用系數，即凈灌溉用水總量與毛灌溉用水總量的比值。計算公式如式（7）：

各樣點灌區有效利用系數計算結果見表1。

表1 2017-2021年萬州區樣點灌區農田灌溉水有效利用系數

由表1和圖2不難看出，從2017至2021年，新田水庫灌區有效利用系數增長幅度最大，達到1.54%，紅旗水庫灌區有效利用系數增長幅度最小，為0.43%，東峽水庫灌區有效利用系數每年增長最均勻，年相對增長率均在13.6%至19.5%。多年以來，貫豐水庫灌區的有效利用系數是最大的，五梁水庫灌區的有效利用系數是最小的。

圖2 萬州區近五年樣點灌區有效利用系數圖

根據各類型樣點灌區的算術平均數作為中型、小型灌區有效利用系數，最后以各類型實際灌溉面積加權平均得到全區最終有效利用系數。測算結果見表2。

表2 2017-2021年萬州區不同類型灌區有效利用系數

圖3 萬州區近五年樣點灌區及全區農田灌溉水有效利用系數走勢圖

顯然，萬州區農田灌溉水有效利用系數逐年增加，且各類型灌區有效利用系數均穩步增長，這主要取決于每年對各灌區的持續投入增加農田灌溉的科學性、農戶的節水意識逐漸提高使節水措施落到實處。

三、討論及建議

（一）影響因素分析

1.人為因素

有效利用系數測算工作需要人工測算、計算的數據很多，計算結果難免存在一定誤差。比如田間實測水深，作業者往往是利用田間水標尺進行直接測量，在田間測量多次后取得平均值作為田間水深。此外，計算時亦會產生相應的舍入誤差。

2.環境因素

經全國分區統計發現，西南地區農田灌溉有效利用系數是最低的[3]，這和地理環境不無關系，如萬州區各灌區存在地形環境復雜、典型田塊破碎、典型田塊連片性較差等致使節水灌溉措施開展難度大、受益慢，且對于測算分析工作難度進一步加大。

3.氣象因素

氣象因素主要是降雨及日照的影響。一般來說，降雨量越高，有效降雨量越大，有效降雨量對農田灌溉用水有著直接的影響。降雨時往往水庫蓄水，田間由降雨及山坪塘補給供水。因此，降雨量越大，灌溉水量越小。于山地而言，降雨還存在較大的時空分布不均勻性，突出表現在年降雨量的多寡與樣點灌區某主要灌溉作物并不具備很好的一致性。萬州區主要灌溉作物為水稻，其生長周期大致為3個月時間，一般是從五月份至八月份。根據萬州區新田氣象站收集資料，每年降雨量最大均在八九月份，而水稻生長最需水時期為泡田期，一般在四、五月份。因此，降雨與水稻灌溉有較高的不匹配性。

此外，日照環境對作物的蒸騰量也有較大影響。日照時間長，蒸騰量越大，作物需水量就越大，為保證作物生長效率，灌溉量就會越大。

4.工程因素

節水灌溉工程對農田灌溉水有效利用系數至關重要。至2021年，萬州區已完成節水灌溉工程面積達22.01萬畝，主要以渠道防滲為主。但限于地理環境和資金問題仍存在渠道鋪設不全、部分渠道堵塞垮塌等現狀。此外，農業用水計量設施的安裝對于有效利用系數測算分析工作也很有必要。

(二)措施分析

1.優化樣點灌區選擇

西南地區以山地、丘陵為主，在樣點灌區的選擇上需要格外注意，許多農田連片性低、地理環境較差、土地規格類型多樣化，選擇樣點灌區時應盡可能避免以減小測算分析工作難度，提高典型田塊代表性。

2.適宜新技術應用

近年來，各種新型高效的灌溉技術投入使用，如渠道防滲、低壓管道、噴灌、微灌等，但是對于山區部分灌溉區域并不完全適用。因此，研究適用性更強的高效灌溉技術仍有必要。

3.加大水土保持

對于山地、丘陵而言，并不可能實現渠道灌溉全覆蓋，合理利用山區優勢十分必要。就西南而言，降雨量較為豐富，因此，通過修建山坪塘、加大水土保持便能將降水化為可供的農田灌溉用水。

4.強化技術培訓

農田灌溉水有效利用系數測算分析工作一直是嚴格執行水資源管理的重點工作，其工作難度大，主要是因為工作周期長、實踐性強。比如一些復雜灌區資料收集統計難度大、許多工作需要和灌區工作人員、灌區農民配合完成。因此，對于灌區工作人員的技術培訓十分重要。

5.加強節水意識培養

不同地區、不同環境、農戶年齡及學歷等均會使農田灌溉水的利用程度不同。西南地區水資源較豐富，許多地區灌溉較粗放。因此，對農戶的節水意識培養、科學灌溉培訓很有必要。