趙 波，王振華，李文昊

(石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832003)

0 引 言

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第十三師(以下簡(jiǎn)稱第十三師)位于新疆哈密，地處新疆極端干旱區(qū)，多年平均降雨量為33.8 mm，多年平均蒸發(fā)量3092 mm，是典型的純綠洲灌溉型墾區(qū)。墾區(qū)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(xiàn)狀在新疆極具典型性和代表性。目前墾區(qū)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(jīng)濟(jì)作物(棉花等)，農(nóng)林業(yè)用水比重較高，且水資源利用效率較低，十三師墾區(qū)總面積為99.9萬(wàn)hm2。

根據(jù)《新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第十三師統(tǒng)計(jì)年鑒2014》統(tǒng)計(jì)[1], 2014年第十三師農(nóng)業(yè)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(shí)施節(jié)水灌溉和進(jìn)行灌區(qū)節(jié)水改造是實(shí)現(xiàn)第十三師水資源可持續(xù)利用的有效途徑。

灌溉水利用系數(shù)既是衡量農(nóng)業(yè)節(jié)水效果的關(guān)鍵指標(biāo)，也是集中反映灌溉工程質(zhì)量、灌溉技術(shù)水平和灌溉用水管理水平的一項(xiàng)綜合指標(biāo)[2]，對(duì)任何一種節(jié)水技術(shù)措施進(jìn)行分析、比較和評(píng)價(jià)時(shí)都不能離開(kāi)灌溉水利用系數(shù)[3]。灌溉水利用系數(shù)作為區(qū)域水資源科學(xué)配置和制定節(jié)水灌溉發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 同樣也是政府管理部門進(jìn)行宏觀決策的依據(jù)。全師灌溉水利用系數(shù)如果不能準(zhǔn)確把握, 則第十三師農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力到底有多少將難以確定。第十三師大部分灌區(qū)未進(jìn)行過(guò)渠系水利用系數(shù)測(cè)試, 灌溉水利用系數(shù)多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算所得, 這與目前兵團(tuán)開(kāi)展的灌區(qū)節(jié)水改造工程的實(shí)施難以協(xié)調(diào)。

灌溉水利用系數(shù)的傳統(tǒng)測(cè)算方法是分別測(cè)量灌區(qū)的渠系水利用系數(shù)和田間水利用系數(shù), 以兩者的乘積作為灌溉水利用系數(shù)的計(jì)算結(jié)果[4]。該方法存在一定的問(wèn)題和難點(diǎn)。

(1)測(cè)量工作量大。特別對(duì)于大型灌區(qū), 由于渠系級(jí)數(shù)多, 干、支、斗、農(nóng)各級(jí)渠道需要選擇多個(gè)典型渠段進(jìn)行測(cè)量[5]。

(2)試驗(yàn)觀測(cè)要求較高。由于試驗(yàn)地點(diǎn)多在野外，測(cè)量選點(diǎn)多，試驗(yàn)條件難以保證一致以及符合規(guī)范要求。而且在灌溉期由于試驗(yàn)區(qū)周邊灌溉引水活動(dòng)的影響, 較難保證觀測(cè)試驗(yàn)的進(jìn)行和試驗(yàn)觀測(cè)的精度[6]。

(3)試驗(yàn)觀測(cè)成本較大,由于干、支、斗、農(nóng)各級(jí)渠道需要選擇多個(gè)典型渠段進(jìn)行測(cè)量，而在灌區(qū)內(nèi)展開(kāi)大規(guī)模觀測(cè)試驗(yàn)的可能性較小,則對(duì)試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果的代表性影響較大。

(4)灌溉水利用系數(shù)實(shí)際上每年是有所變化的。灌溉水利用系數(shù)受到灌區(qū)引水量和作物實(shí)灌面積、灌區(qū)工程狀況以及作物種類的影響, 同時(shí)又與水文年來(lái)水、用水有關(guān)。某次測(cè)定得出的灌溉水利用系數(shù)不能代表該區(qū)域內(nèi)灌溉水利用系數(shù), 而是需要長(zhǎng)期觀測(cè)，通過(guò)計(jì)算分析才能得出每年的灌溉水利用系數(shù), 這對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)定方法來(lái)說(shuō)難以做到[7,8]。

2006年水利部組織開(kāi)展的“全國(guó)灌溉用水效率測(cè)算分析與評(píng)價(jià)研究”,提出了一種測(cè)算灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)的方法----首尾測(cè)算法[9], 成為簡(jiǎn)捷方便的衡量灌區(qū)內(nèi)灌溉水利用系數(shù)的新思路。2013年5月，兵團(tuán)水利局下發(fā)了《關(guān)于做好兵團(tuán)2013年度測(cè)算分析工作的通知》(兵水發(fā)〔2013〕166號(hào))，本文利用首尾測(cè)算法對(duì)兵團(tuán)第十三師2014年的灌溉水利用系數(shù)進(jìn)行了測(cè)算分析, 計(jì)算結(jié)果表明尾測(cè)算法能夠較好應(yīng)用于灌溉水利用系數(shù)的測(cè)算。

1 首尾測(cè)算法計(jì)算原理

“灌區(qū)首尾測(cè)算法”是指只統(tǒng)計(jì)灌區(qū)從水源引入的毛灌溉用水總量，并通過(guò)測(cè)算得出田間實(shí)際凈灌溉用水總量，兩者的比值即灌溉水利用率。采用“灌區(qū)首尾測(cè)算法”可避開(kāi)測(cè)算渠系水利用系數(shù)和田間水利用系數(shù)，減少了許多測(cè)定工作量和不確定因素。因此，“灌區(qū)首尾測(cè)算法”不但具有可靠的理論基礎(chǔ)，而且操作比較簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確性較高，適合基層灌溉管理單位運(yùn)用，目前也在全國(guó)灌區(qū)大面積推廣應(yīng)用[10]。其計(jì)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(yuǎn)方。時(shí)間像蛇一樣悄沒(méi)聲兒地溜走，月亮從王家山那邊爬上來(lái)，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(gè)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(lái)走去，像個(gè)煩躁的困獸，不時(shí)扯起脖頸兒，向四周張望。

ηw=Wj/Wa

(1)

式中：ηw為灌區(qū)當(dāng)年的灌溉水利用系數(shù)；Wj為第十三師2014年進(jìn)入田間實(shí)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(tuán)第十三師現(xiàn)狀

第十三師現(xiàn)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(kāi)采量0.215億m3。

第十三師共有灌區(qū)11個(gè)，其中大型灌區(qū)1個(gè)，為兵地共建的石城子灌區(qū)，全師范圍內(nèi)主要包括紅星一場(chǎng)、紅星三場(chǎng)和火箭農(nóng)場(chǎng)；0.067～0.333萬(wàn)hm2中型灌區(qū)4個(gè)，包括紅山農(nóng)場(chǎng)大馬圈溝灌區(qū)、園藝一場(chǎng)灌區(qū)、園藝二場(chǎng)灌區(qū)和淖毛湖農(nóng)場(chǎng)伊吾河灌區(qū)；0.333～1萬(wàn)hm2的中型灌區(qū)5個(gè)，主要包括紅星二場(chǎng)五道溝灌區(qū)、紅星四場(chǎng)巴木墩灌區(qū)、黃田農(nóng)場(chǎng)廟爾溝灌區(qū)、柳樹泉農(nóng)場(chǎng)三道溝灌區(qū)、紅山農(nóng)場(chǎng)紅山口溝灌區(qū)；純井灌區(qū)1個(gè)，為紅星四場(chǎng)二牧場(chǎng)駱駝圈子純井灌區(qū)(詳見(jiàn)表1)。圖1為1951-1996年內(nèi)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(guī)模與水源類型灌區(qū)情況表

圖1 第十三師多年平均氣象要素變化曲線

3 兵團(tuán)第十三師灌溉水利用系數(shù)測(cè)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(qū)從水資源地等灌溉系統(tǒng)取用的用于農(nóng)田灌溉的總水量，其值等于取水總量中扣除由于工程保護(hù)防洪除險(xiǎn)等需要的渠道棄水量，向灌區(qū)外的退水量以及非農(nóng)業(yè)灌溉水量等[11]。根據(jù)《新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第十三師統(tǒng)計(jì)年鑒2014》，第十三師實(shí)際灌面3.5萬(wàn)hm2，有效灌溉面積1.7萬(wàn)hm2，毛灌溉用水量3.300億m3，具體灌區(qū)規(guī)模與水源類型見(jiàn)表2。由于灌區(qū)還有井水灌溉，通過(guò)典型調(diào)查進(jìn)行估算，結(jié)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(guī)模與類型灌區(qū)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(diǎn)灌區(qū)選擇

根據(jù)《全國(guó)灌溉用水有效利用系數(shù)測(cè)算分析技術(shù)指南》的要求和原則，最終確定了3個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)，具體情況如下。

大型灌區(qū)：按照《全國(guó)灌溉用水有效利用系數(shù)測(cè)算分析技術(shù)指南》的要求，所有大型灌區(qū)均納入樣點(diǎn)灌區(qū)測(cè)算分析范圍，即大型灌區(qū)的總個(gè)數(shù)即為樣點(diǎn)灌區(qū)個(gè)數(shù)的原則。第十三師只有一個(gè)大型灌區(qū)，灌溉面積10 667.2 hm2，因此確定石城子灌區(qū)為大型灌區(qū)的樣點(diǎn)灌區(qū)，，在該灌區(qū)內(nèi)各選擇1個(gè)棉花滴灌、紅棗滴灌、葡萄漫灌的地塊作為典型地塊開(kāi)展測(cè)算工作。

中型灌區(qū)：第十三師有0.067～0.333萬(wàn)hm2灌區(qū)有4個(gè)、0.333～1萬(wàn)hm2灌區(qū)有5個(gè)。按有效灌溉面積大小分為3個(gè)檔次，即0.067～0.333萬(wàn)hm2、0.333～1萬(wàn)hm2、1～2萬(wàn)hm2，中型灌區(qū)總灌溉面積23 447.8 km2，樣點(diǎn)灌區(qū)有效灌溉面積總和應(yīng)不少于第十三師中型灌區(qū)總有效灌溉面積的10%，因此確定紅山口溝灌區(qū)為中型灌區(qū)的樣點(diǎn)灌區(qū)，灌溉面積4 370.0 hm2，在該灌區(qū)內(nèi)選擇1個(gè)小麥滴灌的地塊作為典型地塊開(kāi)展測(cè)算工作。

小型灌區(qū)：第十三師沒(méi)有小型灌區(qū)因此不用考慮小型灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)。

3.2.2樣點(diǎn)灌溉水實(shí)際定額計(jì)算

田間水利用效率擬采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌前灌后及全生育期內(nèi)所選地塊土壤含水率，進(jìn)而計(jì)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(gè)，考慮灌水均勻性及植物耗水，每次取樣取3次重復(fù)。

3.2.3凈灌溉用水量的確定

(1)大型灌區(qū)灌溉水利用率計(jì)算分析成果。

表3 大型灌區(qū)樣點(diǎn)----石城子灌區(qū)灌溉水利用率計(jì)算分析成果表

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

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

表4 中型灌區(qū)樣點(diǎn)----紅山口溝灌區(qū)灌溉水利用率計(jì)算分析成果表

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

(3)純井灌區(qū)灌溉水利用率計(jì)算分析成果。

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

測(cè)定灌區(qū)的田間凈灌溉用水定額，在第十三師灌區(qū)上、中、下游分別進(jìn)行了典型樣點(diǎn)田塊的灌水量觀測(cè)，對(duì)每種作物進(jìn)行了常規(guī)灌水觀測(cè)，再結(jié)合灌溉試驗(yàn)站當(dāng)年的觀測(cè)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(qū)樣點(diǎn)駱駝圈子灌區(qū)灌溉水利用率計(jì)算分析成果表

3.3 灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算

確定了毛灌溉用水總量，用公式(1)可計(jì)算出今年灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)為：

ηW=Wj/Wa=1.880/3.300=0.569

3.4 全師灌溉用水有效利用系數(shù)合理性分析

2014年，第十三師的農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)由2013年的0.542[12]提高到了0.568， 一是由于國(guó)家、兵團(tuán)加大了對(duì)第十三師水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入力度，使得全師節(jié)水面積不斷擴(kuò)大；二是由于第十三師處于全兵團(tuán)乃至全國(guó)水資源極度匱乏的地區(qū)，近幾年工農(nóng)業(yè)用水矛盾日益突出，廣大職工群眾深刻體會(huì)到水資源的短缺給經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的瓶頸，全民節(jié)水的意識(shí)不斷增強(qiáng)；三是師團(tuán)兩級(jí)水管單位對(duì)水資源有效管控能力不斷提升，也在很大程度上促進(jìn)了農(nóng)業(yè)灌溉水利用率的提高。

4 結(jié)果與建議

(1)結(jié)論。第十三師按照國(guó)家和兵團(tuán)的相關(guān)要求，采取調(diào)查、資料收集、審核匯總、測(cè)算分析最終確定了第十三師的總灌溉水利用系數(shù)為0.568 9。

(2)建議。首先以水利管理體制改革為契機(jī)，建立健全師團(tuán)兩級(jí)水利服務(wù)體系和水利工程管理體系，增強(qiáng)第十三師水利管理的科學(xué)化、規(guī)范化、專業(yè)化。其次是完善節(jié)水管理規(guī)章制度，普及節(jié)水科技知識(shí)，加強(qiáng)節(jié)水宣傳，特別要重視對(duì)團(tuán)場(chǎng)職工節(jié)水意識(shí)培訓(xùn)教育。再者需要加強(qiáng)全師各灌區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施配套，尤其是要在有條件的灌區(qū)要加強(qiáng)量水設(shè)施的配置，為測(cè)算分析工作提供數(shù)據(jù)支撐。最后是進(jìn)一步加大節(jié)水灌溉項(xiàng)目的投入力度，最終實(shí)現(xiàn)全師精準(zhǔn)化灌溉、自動(dòng)化灌溉的總體目標(biāo)。

□

[1] 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)局編.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)年鑒2014[M]. 北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2014:25-26.

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[12] 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)局編. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)年鑒2013[M].中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2013:36-38.