滕 凯

(海城市水务事务服务中心，辽宁 海城 114200)

0 引 言

调查显示，我国总用水量的70%来源于农业用水，其中农业灌溉又占农业用水的90%以上，所以我国用水大户仍以农业为主。相关研究表明，我国农业用水效率低、用水比重大且存在巨大的节水潜力。目前，关于节水潜力学术界尚未给出普遍适用、统一完善的概念和定义。传统意义上的节水潜力是指相对于未实施节水措施，实施多种或一种节水措施后某地区、行业(或作物)、单个部门所需水量的减少量。通过节水潜力分析和有关实验研究，我国学者提出了适用于不同地区的节水潜力估算方法，如傅国斌等[1]综合考虑多种因素和作物需水量情况，提出了一种预测节水潜力的理论方法；裴源生等[2]从耗水节水、用水节水的角度提出了真实的节水潜力估算方法，并认为区域真正的节水潜力体现于耗水节水量；段爱旺等[3]从广义、狭义的层面上解释了真实节水潜力，即灌溉用水在一定技术和条件下的减少量等于狭义节水潜力值，而基础用水量以田间节水措施的减少数值等于广义节水潜力值；有学者系统阐述了灌溉节水量、取水量中不可和可回收水的概念，并对加州的节水灌溉潜力进行了预测分析；田玉青等[4]归纳总结了灌区节水潜力的内涵，即在可预见的技术条件下，与基准年相比同等规模的灌区采取一系列节水技术措施，其减少预期的灌溉用水量，定义理论的节水潜力等于最大可能节水量，并以大型自流灌区为例利用分项法和整体法估算其节水潜力。崔远来等[5]提出尺度效应能够在一定程度上决定节水潜力，将不同尺度下的节水潜力利用同一方法估算会存在一定差异；周振民[6]、周华[7]等以河南人民灌区和宁夏河套灌区为例，运用灰色理论预测分析了灌区水资源供需状态，在此基础上确定了灌区节水潜力；汤英等[8]对灌区农业节水潜力利用情景分析法，从田间系统和输水系统的角度进行预测；李英能等[9]借鉴相关研究资料，通过概化模型参数提出了一种简易计算灌溉节水潜力的公式。此外，为有效解决节水潜力估算时传统方法存在的问题，“真实节水”的概念被越来越多的用于农业节水研究；尹剑等[10]对流域大尺度和灌区或田间尺度的节水潜力利用效率型、资源型节水潜力衡量，并对渭河流域关中段典型灌区在四种水文频率年下(90%、75%、50%、25%)的节水潜力进行了计算；王海龙等[11]对资源型节水潜力进行了界定，并对农业水资源合理开发、渠道衬砌工程建设继续扩大、不改变作物种植面积情况下的节水潜力进行估算。

本研究以温香灌区为例，对刘坨子排灌站、高坨子排灌站、桑树排灌站、东高排灌站的主要作物灌溉需水量利用资源型节水潜力法进行计算，在此基础上估算出资源节约型的温香灌区节水潜力，这不仅有利于提高农业水资源利用率、优化作物种植结构和发展节水技术灌溉，而且对灌区节水灌溉规划以及促进区域农业生产的持续发展等都具有科学的指导意义。

1 温香灌区概况

温香灌区位于海城市西北方向，灌区灌溉以引太子河、浑河水为主要水源，属于多水源灌区，多年平均可利用量为1.4亿m3，75%年可利用量为1.05亿m3。温香灌区总灌溉面积4467hm2，包括刘坨子、高坨子、桑树和东高4个排灌站，其中高坨子和刘坨子排灌站共灌溉耕地2867hm2，占到整个灌区的64%。温香灌区此处辽河平原南部，为北温带季风半湿润半干旱气候区，四季分明，光照充足，雨热同季，非常适宜水稻等农作物的生长。灌区多年平均降雨量650mm，降水量在年际和时空上分布很不均匀，冬春少、夏秋多，年平均气温8.3℃，相对湿度81%，日照时数2663h，无霜期为166d。根据多年观测资料，土壤开始结冻最早为11月下旬，最晚解冻日期为3月下旬，稳定解冻日期为3月中旬，标准冻深1.2m。

温香灌区渠道运行时间长、加之年久失修，整个干渠渗漏及渠系建筑物老化严重，干渠普遍存在渗水量大、局部冲刷、淤积现象，灌区工程的现状已严重制约了当地农业和农村经济的发展。此外，随着农村产业结构的调整，农作物种植结构根据农业综合开发的需要也做了重大调整，经济作物面积不断扩大，所有这些都对灌区工程提出了更高的要求，通过渠道防渗衬砌及渠系建筑物改造对于提高水资源使用效率、节约水资源有着重要的意义，温香灌区节水配套改造是大势所趋，势在必行[12,13]。

现阶段，干渠的衬砌工程是灌区节水灌溉的重要保障措施，有效解决了现状干渠渗漏造成的灌溉水源利用率低、水源浪费问题；衬砌后的渠道抗冲刷能力提高，过流断面经过优化后输水能力得到改善，将提高灌区灌溉管理效率、灌溉保证率以及确保灌区渠系供水能力。此外，渠道防渗有利于解决长期灌溉导致的地下水下降问题，渠系改造逐渐转变了用水、排水不合理的情况，改善了农业生态环境[14]。

2 灌区节水潜力预测

参考相关文献资料，按照以下流程估算及分析温香灌区的节水潜力：在满足作物需水量的条件下实施渠道衬砌等改造工程，通过节水灌溉技术改造、田间基础工程建设和作物种植结构优化，以提高灌溉水利用系数和减少灌溉用水量，在此基础上对温香灌区引太子河、浑河水量的减少量进行准确估算。所以，应先确定温香灌区耗用灌溉水以外的水量及其主要农作物需水量，然后考虑用水系数求解净灌溉和毛灌溉需水量，资源型节水潜力就等于现状水平年灌溉需水量与毛灌溉需水量的差值。

2.1 作物需水量ET

目前，研究农业节水与灌溉的关键指标为作物需水量，一般利用P-M公式测定和估算其数值，表达式为：

ET=kcET0

(1)

式中：ET0为参考作物腾发量；kc为作物系数。

2.2 净灌溉需水量In

为满足作物的正常生长需要用灌溉方式提供的部分水量就等于净灌溉需水量，估算净灌溉需水量时假定土壤水分条件在作物生育期起始阶段只是发生微量变化或不发生变化，则其计算式为：

In=ET-αP-G

(2)

式中：P、G为作物生育期内的实际降水量及其直接耗用的地下水量；α为降水有效利用系数。

有效降水通常是指作物根层土壤实际储存的自然降水，一般利用降水有效利用系数与实际降水量的乘积来确定。考虑到温香灌区降水较少的实际情况，结合相关文献资料，可认为有效降水与所有降水相等，这与实际情况也基本相符。灌溉水入渗为地下水补给水源，由于温香灌区灌溉水与地下水存在较为复杂的关系，为便于计算假定温香灌区地下水被作物直接耗用的量为零，并在此条件下估算灌区节水潜力。

2.3 毛灌溉需水量Ig

从水源地输送到被作物吸收利用灌溉水不可避免的存在着渗漏、蒸发损失，所以净灌溉需水量要远低于从水源处的实际引水量，输水过程中的损失量与净灌溉需水量之和等于毛灌溉需水量，对此可以利用灌溉水利用系数η水和净灌溉需水量确定，表达式为：

Ig=In/η水

(3)

在数值上，渠系水与田间水利用系数的乘积一般等于灌溉水利用系数。

2.4 农业灌溉节水潜力△W

根据以上计算结果，采用下述公式求解△W，即：

△W=W0-W1

(4)

(5)

式中：Ai、kci为第i种作物的种植面积以及作物系数；W0、W1现状年和规划年的灌溉需水量；其他字母同上。

2.5 温香灌区节水潜力估算

设温香灌区现状、近期和远期规划水平年为2020年、2025年和2030年，灌区现状年引太子河、浑河灌溉水量1.4亿m3，相关数据参考温香中型灌区节水配套改造项目初步设计报告。

1)规划年温香灌区灌溉水、渠系水和田间水利用系数。结合温香中型灌区节水配套改造项目初步设计报告明确规划年灌溉水、渠系水和田间水利用系数，如表1。

表1 水资源利用系数

2)作物种植结构。近些年，随着农村产业结构的调整，农作物种植结构根据农业综合开发的需要也做了重大调整，经济作物面积不断扩大，所以作物种植结构在规划年应做适当调整。

3)作物需水量。采用文中所述公式(1)计算温香灌区主要作物需水量，如表1。

表2 温香灌区的作物需水量 mm

4)有效降水量。温香灌区多年平均降雨量为650mm，在年际和时空上降水量分布极不均匀，冬春少、夏秋多，其中夏秋季降水占全年的80%左右。依据文中所述，合理确定生育期内主要作物的有效降雨量，如表3。

表3 生育期内主要作物有效降雨量 mm

5)规划水平年灌溉需水量。根据计算公式(5)和表1-3中的数据，经数学计算估算出不考虑灌溉面积扩大条件下温香灌区的灌溉需水量，如表4。

6)规划年温香灌区的节水潜力值。设定基准年为2020年，结合温香灌区刘坨子、高坨子、桑树、东高4个灌排站的引水量资料，可以确定基准年温香灌区引太子河、浑河水量10500万m3，利用公式(4)可以求解出基于资源节约型的温香灌区2025年、3030年的节水潜力值为696.92万m3和1266.72万m3。

此外，通过对不同环节的农业灌溉节水潜力分析可知，节水潜力最大的为输水渠道衬砌，其次为作物结构的优化调整。

3 结 论

根据温香灌区实际调研资料和序列统计数据，并借鉴相关文献资料，系统估算和分析了该灌区规划年的节水潜力，主要结论如下：

1)设定基准年为2020年，基于资源节约型的温香灌区2025年、3030年规划年的节水潜力值为696.92万m3和1266.72万m3，该灌区具有较大的节水潜力。

2)温香灌区节水潜力最大的为输水渠道衬砌，其次为作物结构的优化调整，因此可以将配套改造农业灌溉输水系统作为灌区节水改造的重点，从而提高农业灌溉水和渠系水的利用效率。

3)因农业灌溉水入渗为补给温香灌区浅层地下水的主要水源，所以在灌溉水利用系数提高的同时也使得地下水的补给量有所减少，并使得地下水位不断下降。此外，仍需进一步深入研究温香灌区复杂的水文过程及其变化特征。

表5 规划年温香灌区主要作物灌溉需水量 万m3