河南省农田灌溉水有效利用系数测算分析

张玉顺，路振广，王 敏，秦海霞，王艳平，和 刚，邱新强

(1.河南省水利科学研究院，郑州 450003；2.河南省节水灌溉工程技术研究中心，郑州 450003)

目前我国已实行最严格水资源管理制度，农田灌溉水有效利用系数成为国家实行最严格水资源管理“三条红线”考核指标之一。水利部于“十一五”期间就开始对我国灌溉水有效利用系数进行了跟踪测算分析，河南省已连续多年在全省范围内开展了农田灌溉水有效利用系数测算分析工作，取得的成果为有关部门研究制定相关政策和规划提供了依据。

笔者在2015年河南省样点灌区农田灌溉水有效利用系数测算分析成果的基础上，结合河南省农田灌溉实际情况，测算分析出2015年全省各类不同规模及类型灌区和全省的农田灌溉水有效利用系数。

1 区域概况

河南省位于我国中东部，总土地面积16.55 万km2，占全国总土地面积的1.74%。全省多年平均降水量771.0 mm，多年平均地表水资源量302.66 亿m3，降水入渗补给量185.66 亿m3，扣除降水入渗形成的河道基流排泄量84.79 亿m3，河南省水资源总量403.53 亿m3。

截至2015年底，河南省农田有效灌溉面积521.517 万hm2，其中大型灌区38处，有效灌溉面积151.299 万hm2；中型灌区297处，有效灌溉面积59.331 万hm2；0.067 万hm2以下小型灌区约13 661处，有效灌溉面积27.005 万hm2；纯井灌区有效灌溉面积283.881 万hm2。2015年全省耕地实际灌溉面积451.233 万hm2，农田灌溉总用水量98.61 亿m3。

2 测算分析方法

2.1 技术路线

选取河南省测算分析的样点灌区，测算分析样点灌区典型田块年单位面积平均净灌溉用水量、样点灌区年净灌溉用水量、毛灌溉用水量和灌溉水有效利用系数；以样点灌区测算结果为基础，采用点面结合、调查统计与观测分析结合的方法，按毛灌溉用水量进行加权平均，推算不同规模与类型灌区以及全省农田灌溉水有效利用系数。不同规模与类型灌区农田灌溉用水量占全省农田灌溉用水量的比重即为该类灌区的水量权重。

2.2 样点灌区选取及代表性分析

综合考虑河南省地形地貌、土壤类型、灌区管理水平、水源类型及作物种植结构等因素，共选取112处样点灌区，其中大型灌区30处，中型灌区24处，小型灌区28处，纯井灌区30处。

2015年省内38处大型灌区中孤石滩、昭平台、白龟山、白沙、宿鸭湖、宋岗淘岔、石山口和板桥等8处灌区因灌溉期水库枯水或灌区雨水充沛或工程施工等原因全年没有灌溉，其余30处灌区均有灌溉而选取作为测算样点灌区。所以大型样点灌区代表了省内绝大多数大型灌区，具有很好的代表性。

共选取24处中型样点灌区，其中0.067～0.333 万hm2的13处，0.333～1 万hm2的8处，1～2 万hm2的3处；提水灌区7处，自流灌区17处。中型样点灌区主要分布在省内中型灌区分布较多的区域，从数量、水源类型及有效灌溉面积等方面具有较好的代表性。

小型和纯井样点灌区选取时以县为单位，从省内小型和纯井灌区分布较多的县中选取。小型样点灌区从5个县共选取28处，其中提水灌区12处，自流灌区16处。小型样点灌区分布在省内豫南信阳和南阳、豫北安阳、豫西洛阳及豫北安阳和济源等地，具有较好代表性。纯井样点灌区从6个县共选取30处，其中土质渠道地面灌9处，防渗渠道地面灌3处，管道输水地面灌13处，喷灌3处，微灌2处。纯井样点灌区主要分布在豫中周口和许昌、豫东驻马店、豫北安阳、豫西洛阳、豫南南阳等地，考虑了各类井灌类型，并侧重数量较多的管道输水灌区，具有较好的代表性。

各类样点灌区选取结果见表1。

2.3 测算分析方法

2.3.1 样点灌区灌溉水有效利用系数测算分析方法

(1)典型田块选取。选取边界清楚、形状规则、面积适中的田块作为典型田块，并综合考虑选取田块在作物种类、灌溉方式、畦田规格、地形、土地平整程度、土壤类型、灌溉制度与方法、地下水埋深等方面的代表性。大型样点灌区在上、中、下游分别选取，每种作物至少选取3个典型田块。中型样点灌区在上、下游分别选取，每种作物至少选取3个典型田块。小型样点灌区每种作物至少选取2个典型田块。纯井样点灌区按照土质渠道地面灌、防渗渠道地面灌、管道输水地面灌、喷灌、微灌等5种类型进行选取，同种灌溉类型每种作物至少选取2个典型田块。

表1 2015年河南省样点灌区灌溉水有效利用系数测算成果

续表1 2015年河南省样点灌区灌溉水有效利用系数测算成果

(2)典型田块单位面积平均净灌溉用水量观测与分析。典型田块单位面积平均净灌溉用水量优先采用直接量测法，其次采用观测分析法。直接量测法是观测典型田块内不同作物年内相应生育期内计划湿润层的土壤质量含水率或体积含水率(水田为田间水层变化)，计算得到不同作物典型田块年单位面积平均净灌溉用水量w田净。观测分析法是观测实际进入典型田块田间的年单位面积平均灌溉用水量w田。再根据当年气象资料、作物种类等情况，依据水量平衡原理计算典型田块某种作物当年的净灌溉定额M。然后，对二者比较进行判断，得出典型田块年单位面积平均净灌溉用水量w田净。当kw田≥M时，为充分灌溉，w田净=M；当kw田

(3)样点灌区年净灌溉用水总量测算。某灌区同片区域或同种灌溉类型第i种作物的年净灌溉用水量wi计算公式为：

(1)

式中：w田净l、A田l分别为同片区或同灌溉类型第i种作物第l个典型田块单位面积平均净灌溉用水量和灌溉面积；N为同片区或同灌溉类型第i种作物典型田块数量。

再根据灌区内不同片区不同作物种类灌溉面积，结合不同作物在不同片区的年单位面积平均净灌溉用水量，计算得出样点灌区年净灌溉用水总量W样净，计算公式为

大、中、小型样点灌区：

(2)

式中：wij、Aij分别为样点灌区j个片区内第i种作物单位面积平均净灌溉用水量和灌溉面积；m为样点灌区j个片区内的作物种类；n为样点灌区片区数量，大型灌区n=3，中型灌区n=2，小型灌区n=1。

纯井样点灌区：

(3)

式中：wik、Aik分别为纯井样点灌区第k种灌溉类型第i种作物单位面积平均净灌溉用水量和灌溉面积；m为纯井样点灌区第k种灌溉类型作物种类数量；p为样点灌区灌溉类型数量，p=1～5，包括土质渠道地面灌、防渗渠道地面灌、管道输水地面灌、喷灌、微灌。

(4)样点灌区年毛灌溉用水总量计算与分析。样点灌区年毛灌溉用水总量W样毛计算公式为：

(4)

式中：W样毛i为样点灌区第i个水源取水量；n为样点灌区水源数量。

样点灌区毛灌溉用水量的测算，渠灌区主要量水方法有流速仪量水法、水工建筑物量水法、标准断面法、特设量水设备法等；井灌区主要在机井水泵出水口安装水表，没有安装水表的则通过抽水灌溉时耗电量、水泵工作功率及单井出水量等数据，换算机井抽水量，即为井灌毛灌溉用水量。

(5)样点灌区灌溉水有效利用系数计算。样点灌区灌溉水有效利用系数η样计算公式为：

η样=W样净/W样毛

(5)

2.3.2 不同规模与类型灌区灌溉水有效利用系数平均值推算

大型灌区灌溉水有效利用系数平均值ηw大型计算公式为：

(6)

式中：η大i、W大i分别为第i个大型灌区灌溉水有效利用系数平均值和年毛灌溉用水量；N为大型灌区个数。

中型灌区首先以样点灌区测算值为基础，按算术平均法，分别计算0.067～0.333、0.333～1、1～2 万hm2各规模灌区的灌溉水有效利用系数平均值η0.067～0.333、η0.333～1、η1～2；然后按统计的0.067～0.333、0.333～1、1～2 万hm2灌区年毛灌溉用水量加权平均得到全省中型灌区的灌溉水有效利用系数平均值 ，计算公式为：

(7)

式中：W0.067～0.333、W0.333～1、W1～2分别为0.067～0.333、0.333～1、1～2 万hm2灌区的年毛灌溉用水量。

小型灌区灌溉水有效利用系数平均值ηw小型按照小型样点灌区算术平均值进行计算。

纯井灌区，首先按算术平均法分别计算土质渠道地面灌、防渗渠道地面灌、管道输水地面灌、喷灌、微灌5种灌溉类型样点灌区的灌溉水有效利用系数η土、η渠、η管、η喷、η微；再按不同灌溉类型的年毛灌溉用水量加权平均计算全省纯井灌区的灌溉水有效利用系数平均值 ，计算公式为：

式中:W土、W渠、W管、W喷、W微分别为土质渠道地面灌、防渗渠道地面灌、管道输水地面灌、喷灌、微灌5种类型纯井灌区的年毛灌溉用水量。

2.3.3 省级灌溉水有效利用系数平均值推算

按不同规模与类型灌区毛灌溉用水量权重进行加权平均，推算全省农田灌溉水有效利用系数。计算公式为:

ηw=λw大ηw大+λw中ηw中+λw小ηw小+λw井ηw井

(9)

λw大=Wa大/W省

(10)

λw中=Wa中/W省

(11)

λw小=Wa小/W省

(12)

λw井=Wa井/W省

(13)

W省=Wa大+Wa中+Wa小+Wa井

(14)

式中：ηw为全省农田灌溉水有效利用系数；λw大、λw中、λw小、λw井分别为全省大、中、小型和纯井灌区的水量权重；W省、Wa大、Wa中、Wa小、Wa井为分别为全省及全省大、中、小型和纯井灌区的年毛灌溉用水量。

3 测算成果及合理性分析

3.1 样点灌区测算成果

按式(5)样点灌区测算成果见表1。样点灌区灌溉水有效利用系数在0.412～0.873范围内，其中大型样点灌区0.412～0.579，中型样点灌区0.413～0.783，小型样点灌区0.491～0.611，纯井样点灌区0.619～0.873。

3.2 不同规模及类型灌区及全省测算成果

根据式(6)～(8)，分析得到不同规模与类型灌区灌溉水有效利用系数平均值，即大型灌区0.479、中型灌区0.482、小型灌区0.559和纯井灌区0.709。按式(14)推算出2015年河南省农田灌溉水有效利用系数为0.601。测算成果见表2。

表2 2015年河南省农田灌溉水有效利用系数测算成果

3.3 成果合理性分析

近年来大型灌区续建配套与节水改造发展较快，其平均灌溉水有效利用系数提高较快，接近中型灌区的平均灌溉水有效利用系数；喷微灌等先进的节水灌溉技术，其灌溉水有效利用系数较其他类型灌区高；小型灌区的平均灌溉水有效利用系数介于大中型灌区和纯井灌区之间。主要原因，从灌区规模大小分析，规模小的灌区渠系输水距离短，其灌溉水量损失小而输水效率相对较高，灌溉水有效利用系数也相对

较高；从同一规模不同水源类型分析，提水灌区因为首部加压输水且输水距离相对较短等原因其灌溉水有效利用系数比自流灌区高；从采取不同节水灌溉类型分析，灌溉水有效利用系数依次按土质渠道、防渗渠道、管道输水及喷灌、微灌等类型灌区逐渐提高。上述结果符合不同规模及类型灌区的实际情况。

此外，河南省纯井灌区面积和用水量所占的比例较大，灌溉水有效利用系数又较高。2015年全省纯井灌区有效灌溉面积占全省有效灌溉面积的54.4%，其灌溉用水量占全省灌溉用水总量的51.7%，灌溉水有效利用系数较高，平均达到0.709，按四类灌区毛灌溉用量加权平均后使得全省的灌溉水有效利用系数也较高。总体而言，测算成果符合我省实际。

□

[1] 全国农田灌溉水有效利用系数测算分析技术指导细则[R].北京:水利部农水司，2013.

[2] 2015年河南省灌溉水有效利用系数测算分析成果报告[R].郑州:河南省水利科学研究院,2015.

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