兵团第十三师灌溉水利用系数测算

赵 波，王振华，李文昊

(石河子大学水利建筑工程学院，新疆 石河子 832003)

0 引 言

新疆生产建设兵团第十三师(以下简称第十三师)位于新疆哈密，地处新疆极端干旱区，多年平均降雨量为33.8 mm，多年平均蒸发量3092 mm，是典型的纯绿洲灌溉型垦区。垦区水资源极其紧张，可利用水资源总量为4.45亿m3，气候类型、土壤条件及水资源现状在新疆极具典型性和代表性。目前垦区主要灌溉作物类型有特色林果(葡萄、红枣等)、粮食作物(小麦、玉米等)、经济作物(棉花等)，农林业用水比重较高，且水资源利用效率较低，十三师垦区总面积为99.9万hm2。

根据《新疆生产建设兵团第十三师统计年鉴2014》统计[1], 2014年第十三师农业毛灌溉用水量3.300亿m3, 占第十三师用水总量50%以上，因此实施节水灌溉和进行灌区节水改造是实现第十三师水资源可持续利用的有效途径。

灌溉水利用系数既是衡量农业节水效果的关键指标，也是集中反映灌溉工程质量、灌溉技术水平和灌溉用水管理水平的一项综合指标[2]，对任何一种节水技术措施进行分析、比较和评价时都不能离开灌溉水利用系数[3]。灌溉水利用系数作为区域水资源科学配置和制定节水灌溉发展规划的基础数据, 同样也是政府管理部门进行宏观决策的依据。全师灌溉水利用系数如果不能准确把握, 则第十三师农业灌溉节水潜力到底有多少将难以确定。第十三师大部分灌区未进行过渠系水利用系数测试, 灌溉水利用系数多根据经验估算所得, 这与目前兵团开展的灌区节水改造工程的实施难以协调。

灌溉水利用系数的传统测算方法是分别测量灌区的渠系水利用系数和田间水利用系数, 以两者的乘积作为灌溉水利用系数的计算结果[4]。该方法存在一定的问题和难点。

(1)测量工作量大。特别对于大型灌区, 由于渠系级数多, 干、支、斗、农各级渠道需要选择多个典型渠段进行测量[5]。

(2)试验观测要求较高。由于试验地点多在野外，测量选点多，试验条件难以保证一致以及符合规范要求。而且在灌溉期由于试验区周边灌溉引水活动的影响, 较难保证观测试验的进行和试验观测的精度[6]。

(3)试验观测成本较大,由于干、支、斗、农各级渠道需要选择多个典型渠段进行测量，而在灌区内展开大规模观测试验的可能性较小,则对试验观测结果的代表性影响较大。

(4)灌溉水利用系数实际上每年是有所变化的。灌溉水利用系数受到灌区引水量和作物实灌面积、灌区工程状况以及作物种类的影响, 同时又与水文年来水、用水有关。某次测定得出的灌溉水利用系数不能代表该区域内灌溉水利用系数, 而是需要长期观测，通过计算分析才能得出每年的灌溉水利用系数, 这对于传统的测定方法来说难以做到[7,8]。

2006年水利部组织开展的“全国灌溉用水效率测算分析与评价研究”,提出了一种测算灌区灌溉水利用系数的方法----首尾测算法[9], 成为简捷方便的衡量灌区内灌溉水利用系数的新思路。2013年5月，兵团水利局下发了《关于做好兵团2013年度测算分析工作的通知》(兵水发〔2013〕166号)，本文利用首尾测算法对兵团第十三师2014年的灌溉水利用系数进行了测算分析, 计算结果表明尾测算法能够较好应用于灌溉水利用系数的测算。

1 首尾测算法计算原理

“灌区首尾测算法”是指只统计灌区从水源引入的毛灌溉用水总量，并通过测算得出田间实际净灌溉用水总量，两者的比值即灌溉水利用率。采用“灌区首尾测算法”可避开测算渠系水利用系数和田间水利用系数，减少了许多测定工作量和不确定因素。因此，“灌区首尾测算法”不但具有可靠的理论基础，而且操作比较简便，准确性较高，适合基层灌溉管理单位运用，目前也在全国灌区大面积推广应用[10]。其计算式如下：

爬上那道梁，我站在路边那棵孤单的乌桕树下，焦心地眺望着暮色迷茫的远方。时间像蛇一样悄没声儿地溜走，月亮从王家山那边爬上来，明晃晃地挂在半空。路上早断了行人，我不敢往前去，那年在王家山脚下遭狼，到如今我还后怕。想到这里，我又祈愿大梁莫走夜路，晚就晚个天把吧，那年桂生就是这样咬成了狼剩儿的，你可不许遭了狼啊。我在树下走来走去，像个烦躁的困兽，不时扯起脖颈儿，向四周张望。

ηw=Wj/Wa

(1)

式中：ηw为灌区当年的灌溉水利用系数；Wj为第十三师2014年进入田间实际净灌溉用水总量, m3；Wa为第十三师2014年灌溉水源处的毛灌溉用水总量，m3。

2 兵团第十三师现状

第十三师现有水资源总量0.445亿m3，其中地表水年均径流量0.230亿m3，地下水可开采量0.215亿m3。

第十三师共有灌区11个，其中大型灌区1个，为兵地共建的石城子灌区，全师范围内主要包括红星一场、红星三场和火箭农场；0.067～0.333万hm2中型灌区4个，包括红山农场大马圈沟灌区、园艺一场灌区、园艺二场灌区和淖毛湖农场伊吾河灌区；0.333～1万hm2的中型灌区5个，主要包括红星二场五道沟灌区、红星四场巴木墩灌区、黄田农场庙尔沟灌区、柳树泉农场三道沟灌区、红山农场红山口沟灌区；纯井灌区1个，为红星四场二牧场骆驼圈子纯井灌区(详见表1)。图1为1951-1996年内第十三师气象站多年平均气象要素变化曲线。

表1 第十三师不同规模与水源类型灌区情况表

图1 第十三师多年平均气象要素变化曲线

3 兵团第十三师灌溉水利用系数测算分析

3.1 全师灌溉用水毛灌溉用水总量的确定

毛灌溉用水总量Wa是指灌区从水资源地等灌溉系统取用的用于农田灌溉的总水量，其值等于取水总量中扣除由于工程保护防洪除险等需要的渠道弃水量，向灌区外的退水量以及非农业灌溉水量等[11]。根据《新疆生产建设兵团第十三师统计年鉴2014》，第十三师实际灌面3.5万hm2，有效灌溉面积1.7万hm2，毛灌溉用水量3.300亿m3，具体灌区规模与水源类型见表2。由于灌区还有井水灌溉，通过典型调查进行估算，结合渠首取水量，最后得出2016年的毛灌溉用水总量为3.300亿m3。

表2 第十三师不同规模与类型灌区灌溉面积与灌溉用水情况表

3.2 全师灌溉用水净灌溉用水量的确定

3.2.1样点灌区选择

根据《全国灌溉用水有效利用系数测算分析技术指南》的要求和原则，最终确定了3个样点灌区，具体情况如下。

大型灌区：按照《全国灌溉用水有效利用系数测算分析技术指南》的要求，所有大型灌区均纳入样点灌区测算分析范围，即大型灌区的总个数即为样点灌区个数的原则。第十三师只有一个大型灌区，灌溉面积10 667.2 hm2，因此确定石城子灌区为大型灌区的样点灌区，，在该灌区内各选择1个棉花滴灌、红枣滴灌、葡萄漫灌的地块作为典型地块开展测算工作。

中型灌区：第十三师有0.067～0.333万hm2灌区有4个、0.333～1万hm2灌区有5个。按有效灌溉面积大小分为3个档次，即0.067～0.333万hm2、0.333～1万hm2、1～2万hm2，中型灌区总灌溉面积23 447.8 km2，样点灌区有效灌溉面积总和应不少于第十三师中型灌区总有效灌溉面积的10%，因此确定红山口沟灌区为中型灌区的样点灌区，灌溉面积4 370.0 hm2，在该灌区内选择1个小麦滴灌的地块作为典型地块开展测算工作。

小型灌区：第十三师没有小型灌区因此不用考虑小型灌区样点灌区。

3.2.2样点灌溉水实际定额计算

田间水利用效率拟采用实时监测灌前灌后及全生育期内所选地块土壤含水率，进而计算第十三师灌溉水利用率。取样深度0～90 cm(90 cm以下为砂卵石层)，每10 cm钻取土样一个，考虑灌水均匀性及植物耗水，每次取样取3次重复。

3.2.3净灌溉用水量的确定

(1)大型灌区灌溉水利用率计算分析成果。

表3 大型灌区样点----石城子灌区灌溉水利用率计算分析成果表

大型灌区净灌溉用水量MiAi=0.600 68×10 667.2=0.641亿m3。

(2)中型灌区灌溉水利用率计算分析成果。中型灌区总灌溉面积23 447.8 hm2，样点灌区有效灌溉面积总和应不少于第十三师中型灌区总有效灌溉面积的10%，因此第十三师确定红山口沟灌区为中型灌区的样点灌区，灌溉面积4 370.0 hm2。

表4 中型灌区样点----红山口沟灌区灌溉水利用率计算分析成果表

中型灌区净灌溉用水量MiAi=48.970×234.478=1.148 2 亿m3。

(3)纯井灌区灌溉水利用率计算分析成果。

纯井灌区净灌溉用水量MiAi=1.197 54×760.0=0.091亿m3。

测定灌区的田间净灌溉用水定额，在第十三师灌区上、中、下游分别进行了典型样点田块的灌水量观测，对每种作物进行了常规灌水观测，再结合灌溉试验站当年的观测资料确定了净灌溉用水量MiAi总=MiAi大型+MiAi中型+MiAi纯井=1.880亿m3。

表5 纯井灌区样点骆驼圈子灌区灌溉水利用率计算分析成果表

3.3 灌溉水有效利用系数测算

确定了毛灌溉用水总量，用公式(1)可计算出今年灌区灌溉水有效利用系数为：

ηW=Wj/Wa=1.880/3.300=0.569

3.4 全师灌溉用水有效利用系数合理性分析

2014年，第十三师的农业灌溉水利用系数由2013年的0.542[12]提高到了0.568， 一是由于国家、兵团加大了对第十三师水利基础设施建设的投入力度，使得全师节水面积不断扩大；二是由于第十三师处于全兵团乃至全国水资源极度匮乏的地区，近几年工农业用水矛盾日益突出，广大职工群众深刻体会到水资源的短缺给经济社会发展带来的瓶颈，全民节水的意识不断增强；三是师团两级水管单位对水资源有效管控能力不断提升，也在很大程度上促进了农业灌溉水利用率的提高。

4 结果与建议

(1)结论。第十三师按照国家和兵团的相关要求，采取调查、资料收集、审核汇总、测算分析最终确定了第十三师的总灌溉水利用系数为0.568 9。

(2)建议。首先以水利管理体制改革为契机，建立健全师团两级水利服务体系和水利工程管理体系，增强第十三师水利管理的科学化、规范化、专业化。其次是完善节水管理规章制度，普及节水科技知识，加强节水宣传，特别要重视对团场职工节水意识培训教育。再者需要加强全师各灌区的基础设施配套，尤其是要在有条件的灌区要加强量水设施的配置，为测算分析工作提供数据支撑。最后是进一步加大节水灌溉项目的投入力度，最终实现全师精准化灌溉、自动化灌溉的总体目标。

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[1] 新疆生产建设兵团统计局编.新疆生产建设兵团统计年鉴2014[M]. 北京：中国统计出版社，2014:25-26.

[2] 李英能.浅论灌区灌溉水利用系数[J].中国农村水利水电，2003,(7):23-26.

[3] 申佩佩,杨路华,谢晓彤.灌区灌溉水有效利用系数内涵及测定方法研究[J].中国农村水利水电,2013,(6):73-75.

[4] 郭元裕.农田水利学[M].3版.北京:中国水利水电出版社,1997.

[5] 高传昌,张世宝.灌溉渠系水利用系数的分析与计算[J].灌溉排水,2001,20(1):50-54.

[6] 高 峰, 赵竞成.灌溉水利用系数测定方法研究[J].灌溉排水学报,2004,23(1):14-20.

[7] 沈逸轩,黄永茂.年灌溉水利用系数的研究[J].中国农村水利水电,2005,(7):7-8.

[8] 汪富贵.大型灌区灌溉水利用系数的分析方法[J].节水灌溉,2001,(6):25-26.

[9] 严 雷,赵晓波.峡口灌区灌溉水利用系数测算[J].节水灌溉,2009,(6):48-50.

[10] 倪同坤,王卫军.首尾测算法在灌溉水利用系数测算中的应用[J].现代农村科技, 2013,(14):52-52.

[11] 韩振中,裴源生,李远华.灌溉用水有效利用系数测算与分析[J].中国水利,2009,(3): 11-14.

[12] 新疆生产建设兵团统计局编. 新疆生产建设兵团统计年鉴2013[M].中国统计出版社，2013:36-38.