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青海省农业灌溉耗水系数影响因素分析

2017-02-15周鸿文+郑晓梅+黎明哲+吕文星+刘东旭

湖北农业科学 2016年20期
关键词:影响因素分析青海省

周鸿文+郑晓梅+黎明哲+吕文星+刘东旭

摘要:灌溉耗水系数是灌区管理水平的重要参考指标。在青海省黄河干支流及西北内陆河流域典型农业灌区,研究了不同空间尺度上农业灌溉水循环规律,率定了青海省典型灌区耗水系数。在此基础上,将影响耗水系数的相关因素按影响性质分类,以层次分析法进行重要性排序,遴选出农业灌区耗水系数关键影响因素,并确定其影响方向和程度。结果表明,田间综合渗漏系数、非节水灌溉比率、地下水平均埋深调整系数、斗农渠退水率、提灌方式占比等因素对农业灌区耗水系数影响较为重要。根据分析结果为加强农业灌区水资源管理提出了相关建议。

关键词:耗水系数;农业灌溉;影响因素分析;青海省

中图分类号:S157.1 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2016)20-5238-03

DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.018

Abstract:Water consumption coefficient is an important reference index of irrigation area management level. Agricultural irrigation water cycle law of different spatial scales was researched and water consumption coefficient of agricultural irrigation in Qinghai province was calibrated in typical agricultural irrigation area of the main stream and tributary of the Yellow River and the continental river basin in the northwest in Qinghai province. On this basis, the influence factors of water consumption coefficient were classified according to the factors properties. The order of importance was based on analytic hierarchy process method(AHP). Key influence factors of agricultural irrigation water consumption coefficient were selected and its direction and degree of influence were determined. The results showed that such five Influence factors as comprehensive coefficient of seepage field, without water-saving irrigation ratio, average groundwater depth adjustment coefficient,bucket ditches depletion rate and lift irrigation rate were more sensitively influenced the agricultural irrigation water consumption coefficient. According to the analysis results,suggestions could be put forward for strengthening agricultural irrigation water management.

Key words: water consumption coefficient; agricultural irrigation; influence factor analysis; Qinghai province

本研究在青海省湟水流域、黃河干流河谷区和柴达木盆地等主要农业区,选择典型灌区,采用多种方法开展农业灌溉耗水量及耗水系数监测试验[1],分析了灌区耗水机理和水量平衡关系,揭示了灌区耗水量的变化过程及机制,率定了农业灌溉耗水系数。研究发现典型灌区水资源管理中存在诸多问题:一是农田水利基础设施薄弱,水量监控系统和渠系“最后1 km”问题严重;二是水资源合理配置和高效利用体系尚未建立,供用水计划、调度方案和灌溉定额执行不到位;三是水价形成机制不合理,按统计面积收费和计划外用水现象不利于提高用水水平;四是节水意识淡薄,节灌比例较低,斗门启闭管理不严格等。因此,在耗水系数研究基础上,根据用水管理需求,分析其影响因素,提出加强农业灌溉水资源管理的对策措施,为制定区域水利发展规划、挖掘农业节水潜力、提高用水效率、建立初始水权制度以及优化配置水资源提供技术支撑。

1 研究背景

1987年,国务院办公厅发布了《关于黄河可供水量分配方案的报告》(国办发[2987]61号),明确了沿黄省(自治区)用水指标,其中分配青海省黄河流域年耗水量14.1亿m3。《黄河流域综合规划》(2012~2030)(国函[2013]34号)和《黄河流域水资源调查评价》[2]表明,1956~2000年系列黄河利津站天然河川径流量由580亿m3减少到535亿m3,全河可供分配水量减少了约8%。根据黄委年度可供耗水量分配计划《黄河可供耗水量分配及非汛期水量调度计划》(2010~2013),2010~2015年,下达青海省计划分别为12.18、12.99、14.36、12.97、12.27、11.85亿m3。按照《黄河水资源公报》(2008~2013),2010~2013年青海省实际耗水量分别为12.07、12.15、10.09、10.56亿m3,期间实际耗水量占下达计划的比例平均为85.4%,其中,2010年达99.1%。从分配指标及实际耗水量对比可见,青海省耗水量已接近分配指标。

根据《青海省水資源综合规划》,对青海省黄河流域耗水量的分析和预测,2020年青海省地表水耗水量达19.3亿m3;2030年地表水耗水量达22.9亿m3,其中湟水流域达到14.5亿m3。随着经济社会的快速发展,青海省水资源配制形势极为严峻。但同时,根据2013年《青海省农田灌溉用水有效利用系数测算分析成果报告》,青海省现状灌溉水有效利用系数为0.47,低于全国平均水平0.53,更低于世界先进水平0.60~0.80。青海省现状农田灌溉用水量为937 5 m3/hm2,远高于黄河流域平均水平343 m3,以及全国平均水平402 m3。从用水结构来看,青海省黄河流域农田灌溉耗水量占总耗水量的70%左右,保障农业用水是促进青海省农业可持续发展的主要支撑条件,也是全省水资源优化配置的基本依托。

可以看出,青海省水资源形势严峻,农业用水问题突出。2012~2015年,通过多次现场查勘,选择青海省黄河干支流及西北内陆河流域典型农业灌区,采用多种水文学方法,在不同空间尺度上开展了农业灌溉水循环规律和耗水系数研究[3]。

2 耗水系数影响因素判定

从本项试验研究设计出发,全面收集研究区自然地理、社会经济、水文地质和水资源开发利用等基础性资料,典型灌区灌溉用水控制计划、灌溉定额、灌溉方式、作物结构、渠系工程状况、水费及计价方式、灌区运行管理等指标,典型灌区和典型地块引退水情况,土体尺度物理模型试验成果等。遴选出农业灌区耗水系数关键影响因素,确定影响方向和程度,为区域水资源管理可能存在的问题和改进措施提供依据。

从水资源管理和耗水系数两方面进行归类、合并、精简,选择综合性强、代表性高、影响大的要素集,剔除内涵接近的冗余和重复因素,建立符合研究区特点的评价体系,包括主要影响因素。水资源管理方面的因素包括灌溉用水管理、灌溉效率评价、渠系工程状况和灌区环境等4个方面。

从水资源管理角度分析,灌溉用水管理因素包括灌区管理体制及主要经营方式,用水计量方式、水费征收率和征收方式[4],灌区配用水制度制定及应变方案,灌溉期灌水定额细化、调整计划制定等内容,上述因素对灌溉用水效率和渠系工程管理产生间接影响;灌溉效率评价因素包括渠系工程设计、配套建设和维护情况,灌区种植结构及上下游差异,用水制度监督执行情况,灌区采用的农作措施,灌溉方式及节水灌溉情况,灌水定额执行情况等,用水计量方式和用水户节水意识也对灌溉耗水系数产生重要影响;渠系工程状况因素包括灌区管理机构性质、灌区管理体制及各级责权划分情况、渠系工程配套和维修养护、渠系输水方式及防渗措施、输用水计量设施建设情况、灌溉水价及改善工程设施投入等,上述因素对渠系水利用、渠床渠坡抗冲能力和输水能力、渠道渗漏、输水成本等有重要影响;灌区环境因素包括灌区地形地质地貌、气象和水文特征、土壤结构及性质、灌区种植结构及变化情况、灌区地下水埋深、赋存条件及补径排规律、灌溉水源及引水保证程度、灌区灌溉方式和灌水方法等[5]。

经综合分析选出10项重要因素,按其对耗水系数的影响程度和性质,分为3类:一是对计算影响较大(Ⅰ);二是可能发生较大变动(Ⅱ);三是分析中数据准确性较差(Ⅲ)。分类情况见表1。

3 影响因素重要性分析

层次分析法是基于专家对各指标的理解,通过将各指标两两比较,构造判断矩阵(公式1),再计算判断矩阵的特征值和特征向量(公式2),根据特征向量的各分量值可确定不同指标的相对重要性。层次分析法计算的各指标重要性权重值已为总和标准化形式,故对重要性权重值赋予正负号,以体现该指标对于灌溉耗水系数的影响方向,作出重要性标准化值龙卷风图,如图1所示。

式中,n为判断矩阵对应的最大特征值,W为判断矩阵对应于特征值n的特征向量。

结果(图1)表明,对耗水系数计算的重要性从大到小排序为田间综合渗漏系数、非节水灌溉比率、地下水平均埋深调整系数、斗农渠退水率、提灌方式占比、斗农渠防渗率、降水入渗补给地下水系数、干渠防渗率、干渠退水率和灌溉水源保证率。

可以看出,田间综合渗漏系数综合性较强,与灌区水资源管理和土壤理化性质等各方面具有密切关系,该因素重要性最高,并与其他因素高度相关,在典型地块和典型灌区尺度上与耗水系数变化趋势呈反比;斗农渠退水率反映灌溉效率,与灌溉管理水平和渠系工程状况高度相关,以斗渠为计算节点,在典型地块尺度上与耗水系数变化趋势呈反比;地下水平均埋深调整系数为综合反映区域水文地质、地下水利用以及灌溉水与地下水补排关系的重要因素,在灌区尺度上与耗水系数变化趋势呈正比;非节水灌溉比率综合反映灌区灌溉用水水平、种植结构、用水效率和灌区环境的重要因素,在灌区和研究区尺度上与耗水系数变化趋势呈正比;提灌方式占比反映灌区环境和用水效率,对耗水系数计算影响较大,但该因素相对稳定,在灌区和研究区尺度上与耗水系数变化趋势呈正比。

4 建议

根据耗水系数影响因素分析结果,在水资源管理和使用中,应从健全完善现行农业用水管理机制出发,采取如下措施:①加强农田水利工程建设管理和维护,重点解决“最后1 km”问题;②科学制定水量分配方案并监督实施,对由于城镇化建设等导致的实灌面积变化情况及管理漏洞产生的“黑地”进行专项核实;③完善用水计量方式和水费征收制度,建设斗门以下田间渠系用水计量设施,并建立科学的水价形成机制;④提升农业灌溉新技术新方法的研究和推广,开展灌溉制度和灌水定额相关研究;⑤推广节约用水技术并加强节水教育,将最严格水资源管理的措施贯穿于农业灌溉用水的审批、用水计划和监督管理的全过程,为实现提高用水效率的目标,保障国家粮食安全和生态安全、促进“三农”可待续发展以及解决水资源开发利用结构性矛盾等提供支撑。

5 小结

在青海省农业灌区耗水系数研究基础上,将影响耗水系数的相关因素按影响性质分类,经过重要性标准化分析,影响因素龙卷风图表明,田间综合渗漏系数、非节水灌溉比率、地下水平均埋深调整系数、斗农渠退水率、提灌方式占比等因素对耗水系数的影响最重要。据此提出了加强青海省农业灌区水资源管理的措施与建议。用典型农业灌区耗水系数监测试验数据进行耗水系数影响因素定量分析时,由于存在时空和分析要素等方面的差异,从具体的典型过渡到更为一般的规律,代表性会对各因素的重要性产生影响。

参考文献:

[1] 吕文星,周鸿文,王永峰,等.青海省大峡灌区典型地块作物耗水系数研究[J].湖北农业科学,2015,54(19):4692-4698.

[2] 张学成,潘启民.黄河流域水资源调查评价[M].郑州:黄河水利出版社,2006.

[3] 周鸿文,袁 华,吕文星,等.黄河流域耗水系数评价指标体系研究[J].人民黄河,2015,37(12):46-49,53.

[4] 中国灌溉排水发展中心.黄河流域大型灌区节水改造战略研究[M].郑州:黄河水利出版社,2002.

[5] 刘洪禄,丁跃元,郝仲勇,等.现代化农业高效用水技术研究[M].北京:中国水利水电出版社,2006.

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