农业灌溉节水潜力估算研究

□王应武 华春莉

（云南省水利水电勘测设计研究院）

农业灌溉节水潜力估算研究

□王应武 华春莉

（云南省水利水电勘测设计研究院）

农业灌溉节水潜力估算研究在我国当前水资源匮乏的现状下理论意义与实践意义显著，基于当前已有的灌溉节水潜力计算理论，文章提出了农业灌区毛节水量与净节水量的区分与计算，并以灌区实际为例，分别估算了节水灌溉率提高30%和50%两种工况下的毛节水量与净节水量，结果表明，节水措施实施后灌区毛节水量增加所带来的节水潜力显著，但是立足于净节水量角度的节水潜力提升不明显，这也为下一步研究指明了方向。

灌溉；节水潜力；估算；指标

1 农业灌溉节水潜力计算的相关理论

特定发展阶段通过采用节水措施，提高农业灌溉用水标准所能实现的农业耗水量的减少量就是农业灌溉节水潜力，由此所测算出的节水潜力是“潜在”值，实际节水潜力还与用水现状、用水结构、用水模式等有关。

1.1 相关理论

一般情况下，单位灌溉需水量与灌溉水利用系数及净灌溉定额之间存在函数关系，表示如下：

式中：Q为单位灌溉需水量（m3）；η为灌溉水利用系数；I为净灌溉定额（m3/hm2），I的大小往往根据实际耗水量、降水实际值与包涵水田泡填水量、有效渗透量及盐碱地冲洗压盐水量等在内的附加水量加以确定，公式如下：

式中：ETa为实际耗水量（m3）；Pe为降水实际值（m3）；If为附加水量（m3）。

在灌溉面积不变的假设下，进行农业灌溉节水潜力内涵与计算方法的直观比较，具体计算过程可以通过下图加以描述，在图中，曲线AB和CD分别为不同节水潜力下的灌溉用水曲线，两条曲线反映了灌溉水节水潜力之间的关系。

最初的灌溉水平（节水潜力）在A位置，所对应的灌溉水量Q0、净灌溉定额I1和灌溉水利用系数η0。灌溉水利用系数低水平下，净灌溉定额取值较大，所以A点处的灌溉需水量Q0取值较大。

图1 灌溉水量（节水潜力）与灌溉水利用系数的关系图

1.2 节水潜力的影响因素

当净灌溉定额I1不变时，在实施了节水灌溉措施情况下，会促使灌溉水利用系数从η0增加到η1，此时所对应的灌溉水平也由最初的A移动到B，B点处所对应的灌溉需水量为Q1、净灌溉定额为I1、灌溉水利用系数为η1，可见灌溉水利用系数提高后，可以实现（Q0-Q1）这么多的节水量。

假设灌溉水利用系数不变，随着灌溉定额从I1减小到I2水平，则灌溉定额所对应的节水潜力随之降低，在C点的灌溉水平下，虽然灌溉水利用系数仍为η0，但是由于灌溉定额从A点的I1减小到C点的I2，所以实现（Q0-Q1）的节水量。

根据上述两点分析可知，虽然提高灌溉水利用系数后实现的节水量与降低灌溉定额所实现的节水量效果相同，但两者存在本质上的不同。其中提高灌溉水利用系数将大大降低输水过程损失，而降低灌溉定额将使田间无效耗水量大大减少，此外，这两方面的计算过程也是大相径庭。

对于提高灌溉水利用系数，其节水量为：

对于降低灌溉定额，其节水量为：

灌溉水利用系数提高的同时降低净灌溉定额，会使灌溉水平从A变动到D，D点所对应的灌溉需水量为Q2，可以实现（Q0-Q2）的节水量，具体而言节水量为：

2 农业灌溉节水量的估算

2.1 农业灌溉节水措施及估算指标

常见的农业灌溉节水措施包括工程措施与非工程措施两大类，其中工程措施又包括渠道防渗、管道输水措施、改进的灌溉措施及喷灌、滴灌等，非工程措施主要有灌溉制度的优化设计、秸秆覆盖措施的运用、抗旱节水作物的培植及加强用水管理等，详见表1。

表1 农业灌溉节水措施与节水效果表

采用了各种类型的节水灌溉措施后，必须对拟采用措施进行绩效考评与评价，为此必须设计出一整套科学而适用的农业灌溉节水潜力测算指标与方法，以保证测算与评价的可行性与可操作性。笔者在研读相关领域已有论著的基础上，提出了评价与衡量农业灌溉节水量（潜力）的指标参考，其中一级指标有3个，分别是灌溉耗水（用水）指标、灌溉效率及节水指标。灌溉耗水（用水）指标项下包括作物耗水量、净灌溉定额、综合灌溉定额、毛灌溉定额；灌溉效率项下包括田间水利用系数、渠系水利用系数、灌溉水利用系数；节水指标项下包括节水灌溉率、净节水量、毛节水量。

2.2 农业灌溉节水潜力的估算

2.2.1 净节水量

将节水措施实施后所降低的无效耗水量（△Qx）与水量流失量（△Ql）之和称为净节水量（△Qj）。无效耗水量（△Qx）采用下式计算：

式中：△Ai为第i种节水措施采用后新增加的灌溉面积（hm2）；△Ii为第i种节水措施实施后所引起的净灌溉定额的减少量（m3）。

水量流失量（△Ql）的计算公式为：

式中：Q0和Qt分别为节水措施实施前后的灌溉引水量；ηh0和ηht分别为节水措施实施前后的农业灌溉耗水系数；ηg0和ηgt分别为节水措施实施前后的灌溉水有效利用系数。

2.2.2 毛节水量

灌水效率提高并减少灌溉水漏损及田间蒸发的情况下所节约的灌溉水量称为毛节水量，毛节水量由净节水量与因灌溉效率提高而减少的灌溉水漏损组成，公式如下：

式中：Ij0和Ijt分别表示节水措施实施前后综合净灌溉定额（m3），其余参数含义同上。

3 应用与结论

运用上述节水潜力估算理论与方法进行某流域节水措施节水潜力的计算。该流域内有11个大型灌区，在灌溉面积与种植结构不变的假定下，分别测算节水灌溉率为30%和50%工况下的节水灌溉潜力，节水灌溉面积如表2所示。

表2 不同工况下节水潜力估算表

工况一：现状年（2016年）节水灌溉潜力；工况二：节水灌溉率提高30%节水灌溉潜力。

工况三：节水灌溉率提高50%节水灌溉潜力。

经测算，节水灌溉措施实施且节灌率提高30%后，灌溉水利用系数从0.53提高到0.67，净灌溉定额从3 419.51 m3/hm2降低到3 164.43 m3/hm2，毛灌溉定额从6 442 m3/hm2降低到4 541.29 m3/hm2，净节水量0.35亿m3，毛节水量15.34亿m3。节灌率提高50%后，灌溉水利用系数提高到0.73，净灌溉定额降低到3 134.55 m3/hm2，毛灌溉定额降低到4 308.39 m3/hm2，净节水量0.47亿m3，毛节水量16.98亿m3。

可见，上述农业灌溉节水潜力估算方法对于我国大型灌区完全适用，节水措施实施后农业灌溉节水潜力提高显著，但是由于节水措施的实施只对于灌溉水利用系数的提高和渗漏损失的减少作用明显，但是耗水量节约及净节水量的节水潜力提高不大，文中所提出的方法对于灌区农业灌溉节水潜力的估算仍具有指导意义。

［1］陶锐，灌区农业灌溉节水潜力估算理论与方法［J］，工程技术：引文版，2016（10）：51.

［2］雷波，刘钰，许迪，灌区农业灌溉节水潜力估算理论与方法［J］，农业工程学报，2011，27（1）：10-14.

S274

B

1673-8853（2017）10-0022-02

王应武（1987-），男，工程师，主要从事水利工程规划设计咨询工作。

2017-9-14

编辑：刘长垠 韦诗佳