天津市里自沽灌区灌溉效率分析研究_原鹏飞.pdf

2023年3月收稿日期：20221020作者简介：原鹏飞（1983）,男,硕士，高级工程师,主要从事水生态治理工作。摘要：对天津市里自沽大型灌区净灌溉用水量、毛灌溉用水量以及灌溉效率进行测算分析，得出2021年该灌区灌溉水有效利用系数为0.609 5，低于全市平均水平0.721，对全市灌溉效率水平提升起负增长作用。同时，对大型灌区20162021年灌溉用水效率演变规律以及影响因素分析，表明里自沽灌区近年来灌溉用水效率变化基本趋于稳定。建议今后该灌区应逐步调整水稻种植面积，加快防渗渠道节水改造，加强田间管理，保持大型灌区灌溉效率稳定提升。关键词：大型灌区；灌溉效率；演变规律；影响因素；天津中图分类号：S274.4文献标识码：A文章编号：1004-7328（2023）03-0084-03DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2023.03.023天津市里自沽灌区灌溉效率分析研究原鹏飞（天津市水务规划勘测设计有限公司，天津300204）灌溉效率综合表征不同尺度灌溉技术水平、灌溉工程状况、用水管理制度等，是正确评估灌溉水有效利用情况及存在问题、衡量灌区节水技术改造成效的重要指标1-5。目前国内广泛采用灌溉水有效利用系数表征灌溉用水效率，准确客观量化地评价区域灌溉用水效率，科学评价节水灌溉发展成效与节水潜力。目前国家大力发展节水灌溉目的就是不断提高灌溉用水效率和效益。大型灌区灌溉用水效率分析研究特别是大型灌区灌溉水有效利用系数演变规律以及影响因素分析研究，关系到水资源高效利用与国民经济发展，是灌溉用水效率综合评价的首要任务和重中之重6，7。开展天津市唯一一个里自沽大型灌区灌溉效率分析研究，对评价天津市灌溉用水效率具有重要作用。1灌区概况天津市位于华北平原东北部、海河流域下游，北依燕山，东临渤海，总面积11 916.86 km2，其中平原占93.9%、山区和丘陵占6.1%。天津市多年平均降水量574.9 mm，2021年平均降水量达到984.1 mm，比多年平均增加71.2%，为特丰水年。2021年天津市共有灌区9 136处，灌区有效灌溉面积29.91万hm2，实际灌溉面积 24.52 万 hm2，农业毛灌溉用水量83 718.24万m3，节水工程面积26.34万hm2。全市农作物播种面积41.92万hm2，其中粮食面积35.02万hm2、棉花面积0.78万hm2、油料面积0.08万hm2、蔬菜面积5.29万hm2、其他面积0.75万hm2。里自沽灌区是天津市唯一一个大型灌区，位于宝坻区南部，涉及9个乡镇216个行政村，人口13.4万人，耕地面积3.12万hm2，有效灌溉面积2.79万hm2，2021年实际灌溉面积2.54万hm2。灌区内主要种植水稻、小麦、棉花、玉米和蔬菜。灌区粮食平均产量5 550 kg/hm2，经济作物平均产值1.2万元/hm2。灌区平均年降雨量771 mm，农业灌溉主要依赖地表水，来源于潮白河，2021年农业灌溉用水量为2.01亿m3。灌区内节水灌溉工程面积2.40万hm2，其中渠道防渗2.18万hm2、低压管灌0.21万hm2、微灌0.02万hm2，防渗渠道灌溉占里自沽灌区节水面积的 86.24%，故灌区主要为防渗渠道节水型式。2研究方法2021年112月，对里自沽大型灌区净灌溉用水量、毛灌溉用水量以及灌溉用水效率进行测算分析。2.1净灌溉用水量测算2.1.1选取测算田块田块要边界清楚、形状规则、面积适中；综合考虑作物种类、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；有固定的进水口和排水口；配备量水设施。对于播种面积超过灌区总播种面积10%以上的作物种类，须分别选择典型田块。按照上、中、下区域有代表性的斗渠控制范围，每种需观测的作物至少选择3个典型田块，选择要求详见表1。最终共选择24个典型田块，选择结果如下。（1）上游。冬小麦面积分别为0.09、0.09、0.03 hm2，位于郝各庄镇后五登村;夏玉米面积分别为 0.09、海河水利842023.No.30.09、0.03 hm2，位于郝各庄镇后五登村；水稻面积分别为1.32、1.88、2.11 hm2，位于郝各庄镇李台村。（2）中游。冬小麦面积分别为0.75、0.85、0.87 hm2，位于大唐庄镇董槐村；玉米面积分别为0.75、0.85、0.87 hm2，位于大唐庄镇董槐村；水稻面积分别为0.82、1、1 hm2，位于大唐庄镇董麻村；蔬菜面积分别为0.07、0.07、0.07 hm2，位于大白庄镇大白庄村。（3）下游。水稻面积分别为1.21、1.08、1.08 hm2，位于尔王庄镇李家河村。2.1.2年净灌溉用水量测定在典型田块作物灌水前后分别在 20、40、60、80 cm 土壤深度（蔬菜测定深度在 040 cm），采用TDR土壤剖面水分测量仪直接测定某次典型田块作物计划湿润层内土壤体积含水率，按照 灌溉试验规范（SL 13-2015）规定，通过公式计算得出典型田块作物某次亩均净灌溉用水量，进而累加各次用水量得出该典型田块不同作物年亩均净灌溉用水量，再根据灌区内不同作物种类实际灌溉面积，计算得出灌区年净灌溉用水总量。2.2毛灌溉用水量测算毛灌溉用水总量是指灌区全年从水源（一个或多个）取用的用于农田灌溉的总水量，该水量主要通过直接量测法或以电折水系数折算法确定。2.3灌溉水效率测算灌溉水效率直接采用灌区净灌溉用水量与毛灌溉用水量的比值。3结果与分析3.1研究结果经调研，里自沽灌区主要种植作物和面积为：冬小麦1.16万hm2，玉米0.65万hm2，水稻1.31万hm2，蔬菜0.08万hm2。由于2021年为特丰水年，玉米69月需水期正值降雨季，故玉米没有进行灌溉，其余作物播种面积全部进行灌溉。通过实测里自沽灌区不同作物净灌溉用水量，结合播种面积、实灌面积，计算得出灌区净灌溉用水量，再根据统计得出灌区毛灌溉水量，经计算得出灌区灌溉水有效利用系数成果为0.609 5，结果详见表2。样点灌区片区上游区域/中游区域/下游区域灌区主要作物种类作物1作物2作物m典型田块选取数量333典型田块总数量j=1ni=1mNij式中：m为某片区作物种类数量（种）；n取值1、2、3，分别指上游、中游、下游；Nij为第j个片区第i种作物典型田块数量（块）表22021年天津市里自沽大型灌区灌溉水有效利用系数测算成果作物冬小麦玉米水稻蔬菜合计灌溉模式非充分非充分非充分非充分平均净灌溉用水量/（m3hm-2）2 349.730.007 073.303 273.90播种面积/万hm21.160.651.310.08实灌面积/万hm21.160.001.310.08净灌溉用水量/万m32 720.6709 257.53248.8212 227.02毛灌溉用水量/万m320 059.87灌溉水有效利用系数0.609 53.2成果演变规律里自沽大型灌区20162021年灌溉水有效利用系数值变化幅度为0.584 90.609 5，表明灌溉用水效率整体呈波折式缓慢上升趋势，其中20172018年受节水工程建设等因素影响呈现小幅下跌趋势，但2019年上升后在20202021年实现基本趋于平稳，分别为0.609 4、0.609 4、0.609 5，如图1所示。2021年里自沽灌区整体灌溉效率为0.605 9，低于全市平均水平0.721。结果表明，大型灌区主要为防渗渠道灌溉，该灌水方式较低压管道灌溉效率相对较低，且灌区主要种植水稻高耗水作物，造成灌区整体灌溉用水效率对全市灌溉效率水平起负增长的影响作用。3.3影响因素分析2021年里自沽大型灌区灌溉用水效率影响因素与工程节水、投资、管理水平等方面均有关。3.3.1工程节水与投资灌区工程节水包括灌区大力发展节水工程、田间输水渠道整治工程。到2021年底，灌区节水灌溉工程面积2.40万hm2，占有效灌溉面积的86.22%，其图120062021年里自沽大型灌区灌溉水有效利用系数变化0.640.620.60.580.560.540.520.50.482005年份20062007200820092010201120122013201420152016201720182019202020212022农田灌溉水有效利用系数值表1典型田块范围与数量选取要求原鹏飞：天津市里自沽灌区灌溉效率分析研究852023年3月中渠道防渗2.18万hm2、低压管灌0.21万hm2、微灌0.02万 hm2。2021年，灌区利用高标准农田建设项目资金707万元，对灌区内的0.01万hm2节水工程进行了改造，提高了节水工程完好率，这对灌溉水有效利用系数稳定发展有一定的影响。3.3.2管理水平灌区管理节水包括实施农田灌溉用水计量管理和农业水价综合改革。从2018年开始，天津市结合农业用水实际，全面推行农业水价综合改革，逐年加大农业用水计量管理实施力度，实行“总量控制、定额管理、按方收费、精准补贴”政策，里自沽大型灌区实现农田用水计量管理全覆盖。截至2020年底，里自沽灌区实施农业水价综合改革面积达2.79万hm2，占有效灌溉面积的100%，灌区内各镇村通过在机井和泵站安装计量设施、实行以电折水计量、定额管理以及节水奖励等措施，促进农民节水意识逐步提高，由粗放用水稳步发展到精确计量管理用水，2020年田间灌溉管理水平基本稳定，故管理水平对大型灌区农田灌溉水有效利用系数提升影响不大。3.3.3单位面积灌溉用水量2021年大型灌区实灌面积2.54万hm2，单位面积毛灌溉用水量 7 889.30 m3/hm2，单位面积净灌溉用水量4 808.7 m3/hm2；2020年大型灌区单位面积毛灌溉用水量 8 589.75 m3/hm2，单位面积净灌溉用水量5 234.55 m3/hm2。与2020年比较，2021年大型灌区单位面积毛灌溉用水量下降了8.16%，单位面积净灌溉用水量下降了8.14%，单位面积净灌溉用水量利用率有所提高，有利于大型灌区灌溉水有效利用系数稳定提升。4结论（1）天津市里自沽灌区是天津市唯一一个大型灌区，2021 年有效灌溉面积占全市有效面积的9.32%，实际灌溉面积占全市的10.37%，毛灌溉用水量占全市的23.96%。可见，大型灌区是天津市灌水量较大的灌区，用水量达到7 889.30 m3/hm2，主要原因是水稻为主要种植作物，地表水源充沛，灌溉用水量相对较高。（2）2021年里自沽灌区节水面积2.4万hm2，占灌区有效灌溉面积的86.22%，防渗渠道占该灌区节水面积比重为90.59%，灌水方式以防渗渠道为主，灌区整体灌溉效率为 0.605 9，低于全市平均水平0.721。受水稻为主要种植作物影响，且防渗渠道灌水方式较低压管道灌溉效率低，目前灌区整体灌溉用水效率对全市灌溉水平起负增长的影响作用。（3）里自沽灌区20162021年灌溉效率演变呈缓慢上升趋势，20202021年基本趋于平稳。演变规律主要与灌区近年来农业节水稳步发展、管理水平也基本稳定在一定水平有关，故灌区灌溉用水效率近年来基本变化不大。（4）建议今后里自沽灌区应逐步缩减水稻种植面积，加大防渗渠道节水改造力度，提高防渗渠道灌溉效率，加强田间灌溉管理，保持灌区系数值稳定提升。参考文献1 滕鸿钰.农业灌溉用水效率及其影响因素分析J.农村实用技术，2021（12）：67-68.2 冯保清.我国不同尺度灌溉用水效率评价与管理研究D.北京：中国水利水电科学研究院，2013.3 侯波.提高农业灌溉用水效率研究J.水利科技与经济，2020，26（6）：55-584 李浩鑫，邵东国，尹希，等.基于主成分分析和 Copula 函数的灌溉用水效率评价方法J.农业工程学报，2015，31（11）：96-1025 杨晓慧，黄修桥，陈震，等.基于 DSSAT 模拟的灌溉用水效率评价指标比较J.农业工程学报，2015，31（24）：95-100.6 李远华.灌溉用水有效利用系数的影响因素及其提高策略J.水利水电技术，2009，40（8）：113-116.7 刘东，龚方华