甘肃省棉花灌溉用水定额修订与评估

马 榕 王启优 雒 仪,3

(1.甘肃省定西水文站,甘肃 定西 743000;2.甘肃省水文站,甘肃 兰州 730030;3.甘肃省平凉水文站,甘肃 平凉 744000)

用水定额的制定和修订是水资源管理、依法治水的基础性工作,而用水定额的控制管理是实行最严格水资源管理制度的重要手段,是节水型社会建设的核心任务之一,更是实现用水总量控制的关键。科学合理地编制用水定额,全面加强用水定额管理,对建立科学用水指标、节水型社会规划具有重要的现实意义[1]。用水定额是一个动态指标,应具有先进性、科学性、因地制宜性,它的制定和修订是一个动态过程,一般根据各地区自然地理条件、社会经济发展水平的变化定期修订完善用水定额[2]。甘肃省行业用水定额标准首次发布于2004年,之后的2011年、2017年开展过2次修编,《甘肃省行业用水定额(2023版)》于2023年3月1日起实行[3]。本文结合《甘肃省行业用水定额(2023版)》修编工作,详细阐明甘肃省棉花灌溉用水定额的修订技术思路和方法,并对定额值进行综合评估分析。

1 棉花种植概况

甘肃省地处黄河上游,地域广阔,在国家农业种植结构的不断调整和大力发展区域特色农作物的大背景下,甘肃省棉花种植主产区集中在河西走廊内陆河的中下游,例如酒泉市的敦煌、瓜州、金塔,张掖市的临泽、高台以及武威市的民勤等市(县),甘肃省棉花种植主产区见图1(a)。据调查,2021年甘肃省棉花种植面积为1.623万hm2,2023年甘肃省棉花种植意向面积为2.082万hm2,同比增长28.3%。甘肃省棉花的备种期一般为每年3月,4月左右追肥种植,9月、10月为成熟采摘期,从现蕾到成熟吐絮一般需经过75～100d,由于种植区域不同,收获时间也会存在一定差异。棉花是高耗水作物,水分是棉花生长发育的物质基础,主要需水期在苗期、蕾期、花铃期、吐絮期,其中花铃期需水量最大,占总需水量的45%～65%。

图1 甘肃省棉花播种及农业分区分布

2 农业灌溉分区

《甘肃省行业用水定额(2023版)》农业灌溉用水定额修订中将农业区划分为12个分区[4],具体分区见图1(b)。甘肃省棉花种植产区主要集中于河西地区,共计包含5个农业片区,分别是疏勒河片区、讨赖河片区、黑河片区、石羊河片区、河西走廊荒漠区,见表1。

表1 甘肃省棉花种植分区

3 灌溉用水定额修订

3.1 数据收集及研究方法

本次研究的棉花灌溉调查数据采用普查登记和典型调查相结合的方式,主要收集调查了瓜州县双塔灌区,高台县三清渠灌区、友联灌区,金塔县黑河灌区、鸳鸯灌区以及敦煌市党河灌区和民勤县红崖山等多个灌区斗口位置2018—2020年的棉花实际灌溉用水量。农业灌溉用水定额有通用值和先进值两个指标。通用值由净用水定额和现状大中型灌区斗口、小型灌区渠首、井口的灌溉水利用系数计算确定,计算公式如下:

m通用=m净/η斗

(1)

式中:m通用为灌溉用水定额通用值,m3/亩;m净为净用水定额,m3/亩;η斗为灌溉水利用系数,由大中型灌区现状斗口以下灌溉水利用系数、地表水小型灌区或井灌区斗口以下灌溉水利用系数综合确定,如果没有大中型灌区斗口以下灌溉水利用系数,可参照地表水小型灌区现状灌溉水利用系数综合确定[5]。

先进值一般由净用水定额和《节水灌溉工程技术标准》(GB/T 50363—2018)规定的相关节水灌溉技术的灌溉水利用系数最低值计算确定,本次计算使用的灌溉水利用系数主要按照《甘肃省农田灌溉水有效利用系数测算分析成果报告》中的各灌区灌溉水利用系数,以用水直报系统中调查的各灌区毛用水量为权重,加权平均后获得各分区的灌溉水利用系数[6]。不同节水灌溉方式下的灌溉水利用系数见表2。

表2 不同节水灌溉方式下的灌溉水利用系数

本次采用面积加权法和类比法分别研究确定甘肃省棉花灌溉定额通用值。甘肃省河西地区农业灌溉为完全灌溉,基本上不依靠降水,在保证率为75%的中等干旱年农业灌溉相对于保证率为50%的平水年只缩减了灌溉面积,灌溉定额并无变化,故本次只制定保证率为50%的平水年灌溉用水定额值。

3.2 面积加权法

由于甘肃省棉花种植地区农田灌溉试验站偏少,缺少灌溉试验数据,本次棉花灌溉用水定额的计算主要通过甘肃省棉花种植各分区现状实际灌溉用水量调查值与不同级别灌区灌溉水利用系数测算得出,每个片区的棉花单位面积灌溉用水量计算公式如下:

m=∑mijsij/∑sij

(2)

式中:m为灌溉定额,m3/亩;i为灌水方式编号,i=1,2,3,…,n1;j为灌区编号,j=1,2,3,…,n2;mij为j灌区的某作物采用第i种灌水方式时的灌溉水量,m3/亩;sij为j灌区的某作物采用第i种灌水方式时的灌溉面积,亩。

按照式(2)计算,本次调查分析计算的甘肃省棉花灌溉用水定额通用值(P=50%)统计见表3。

表3 甘肃省棉花灌溉用水定额计算统计

3.3 类比法

类比法是根据一类事物所具有的某种属性,推测出与其类似的事物也具有这种属性的推理方法,科学类比是建立在科学分析基础上的类比,类比对象之间的共有属性越多,类比分析的结论越可靠。甘肃省棉花灌溉用水定额依据邻近省份,也是我国棉花主要种植地新疆维吾尔自治区制定的棉花灌溉用水定额值进行类比分析。

新疆吐哈盆地东缘区(P=50%)棉花净灌溉净用水定额为430m3/亩,吐哈盆地低山区(P=50%)棉花净灌溉净用水定额为410m3/亩。吐哈盆地是吐鲁番盆地和哈密盆地的统称,位于新疆的东部,呈东西走向,南北分别与塔里木盆地、准噶尔盆地连接,其中吐哈盆地东缘区包括鄯善县、哈密市,吐哈盆地低山区主要指伊吾县。新疆东部和甘肃省河西片区气温、降水、霜期、日照数等气候条件对比[7]见表4。按照当地土壤条件、作物种植方式、作物品种、灌溉条件等,综合分析制定出甘肃省河西走廊荒漠区棉花净灌溉净用水通用值(P=50%)为430m3/亩,还原为斗口灌溉用水通用值(P=50%)为570m3/亩,甘肃省其他片区棉花种植灌溉用水定额值依次类比分析得出,疏勒河片为550m3/亩,讨赖河片为530m3/亩,黑河片为510m3/亩,石羊河片为500m3/亩。

表4 不同地区棉花种植气候条件对比统计

3.4 定额值分析

根据甘肃省棉花灌溉定额计算成果(见表5)可知,不同计算分析方法修订的不同分区的棉花灌溉用水定额值差距较大,类比法计算出的定额值明显偏小。分析认为新疆作为我国种植棉花最早的地区,地理环境对于植棉种植有得天独厚的优势,并且已经形成了稳定的种植模式,在棉花栽培、病虫害预防等方面都有重大技术突破[8],甘肃省棉花种植条件等都与新疆高标准农业种植还有一定差距。按照面积加权法对调查数据进行分析计算,结果相对合理准确,计算值符合甘肃省棉花灌溉用水实际。充分考虑国家节水政策,按照适度从紧原则,依据面积加权法计算值,对比类比分析法计算值,确定甘肃省2023版棉花灌溉用水定额值。2023版甘肃省棉花灌溉用水定额在制定上适度超前,对甘肃省棉花种植高效节水技术发展、提高用水效率能够很好地起到引导推动作用;先进值中渠道防渗用水定额>管道输水用水定额>喷灌用水定额>微灌用水定额,符合不同节水灌溉方式的用水特征;从气候条件等方面分析,河西走廊荒漠区定额值大于河西其他片区,石羊河片区定额值最小,符合各片区气候条件和流域特点,对当地管理和指导灌区用水具有实际意义,能够在较大程度上促进节水工作的开展。

表5 甘肃省棉花灌溉用水定额计算成果

4 定额值综合评估

甘肃省棉花灌溉定额值在分区上根据气候条件、地形地貌、流域特点、土壤特性、种植条件以及水资源开发利用等因素,结合甘肃省农业分区,合理划分了5个棉花灌溉分区,符合棉花种植实际灌溉情况;在棉花灌溉用水定额值的制定上,依据实际调查样本数据,通过多种计算方式分析对比计算,制定了保证率为50%平水年的棉花灌溉用水定额值,与邻近省份的定额值相比,略高于邻近省份,虽然甘肃省近几年在国家政策的大力扶持下,农业灌溉节水技术高速发展,调蓄、引水、配水、计量等灌溉工程体系日益完善,但是长期以来农业灌溉方式粗犷,部分地区还存在大水漫灌的现象,用水效率较低,和邻近省份的高效灌溉还有一定差距,本次制定的用水定额符合河西片实际灌溉用水情况;在用途上,甘肃省棉花灌溉用水定额主要应用于当地农业灌溉计划用水、相关建设项目水资源论证、取水许可、节水管理等方面的分解、核算和控制,对重点流域、地区的水量分配和开发利用工作起到技术支撑作用。综上所述,甘肃省棉花灌溉定额的合理性、先进性、实用性满足《用水定额评估技术要求》[9-10]。

5 结 语

通过对甘肃省棉花灌溉用水定额的分析研究,认为《甘肃省行业用水定额(2023版)》中修订的棉花灌溉用水定额值能够满足甘肃省棉花种植实际用水需求,具有一定的合理性、先进性、实用性,满足当地水资源综合利用、节水灌溉、农业高技术发展的需要,适应新环境和新发展理念下的水资源管理工作的需求。建议在以后的实际运用中加大农田灌溉试验站的建设力度,保证各农业分区均有条件进行农田灌溉实验研究,开展主要农作物需水规律和灌溉用水实验研究,积累收集各项资料,为用水定额制定提供充分的技术支撑;加大力度发展科学合理的节水型农业种植技术,防止大水漫灌,减少渠道渗漏,加强节水灌溉的研究和推广。