董艳青

(盘山县农业水利事务服务中心，辽宁 盘锦 124010)

辽宁作为全国农业大省，农业灌溉用水量较大，同时位于东北地区，其水资源量较为短缺，人均水资源占有量远低于全国平均值，因此如何提高农田灌溉效率，节约农业用水量，是辽宁地区农业灌溉生产研究的重要课题[1]。而要提高农业灌溉水的利用效率，首先需要科学、准确的对其灌溉水有效利用系数进行测定，通过对其灌溉水有效利用系数变化规律进行研究，有助于提高区域农业灌溉节水能力，保障农业用水的可持续发展，促进区域农业经济的快速发展[2]。农田灌溉水有效利用系数由于数据采集工作量较大，测算精度不高，一直是国内农业用水研究的重点和热点[3]。近些年来，对于农田灌溉水有效系数研究取得了一定研究成果[4- 13]，但研究均存在以点代面，尤其在辽宁地区，对于区域不同尺度下的研究成果还较少。为此从时空尺度出发，本文首次采用首尾测算分析方法，在辽宁省选取典型大、中、小型灌区进行农田灌溉水有效利用系数的测算，并基于测算结果对全省农田灌溉水有效利用系数时空变化特征进行分析，研究成果对于辽宁省乃至东北其他省份农田灌溉水有效利用系数的测算方法均具有参考价值。

1 农田灌溉水有效利用系数测算方法

本文基于毛灌和净灌2种用水量指标来建立首尾测算方法，净灌溉水量通过直接和间接的观测方法进行观测；毛灌溉水量主要结合灌区计量设施进行观测[14]。农作物被利用的水量为净灌溉水量，由于灌区面积较大因此很难进行观测，需要选用典型田块进行农作物被利用水量的观测，再结合灌溉调查的实际面积，对净灌溉水量进行计算，典型田块农作物被利用水量的观测方法如图1所示。净灌溉水量计算主要为直接量测和观测分析方法。

图1 典型田块净灌溉水量观测方法

(1)直接量测方法分别针对旱作物和水稻进行2种类型的量测，其中旱作物量测方法主要基于典型田块土壤含水率的变化进行测算，测算方程为：

(1)

式中,w田净i—净灌溉年亩均水量，m3/亩;H—湿润层土壤厚度，mm;θg2—灌溉前后土壤体积含水率，%。而对于水稻作物而言，其灌溉方式分为淹水和湿润概况两种方式，淹水灌溉方式下针对灌溉前后水面深度的变化，进行灌溉水量的测算，测算方程为：

w田净i=0.667(h2-h1)

(2)

式中，h1、h2—灌溉前后的水面深度，mm。而采用湿润灌溉方式下水稻净灌溉水量主要通过灌溉前后的土壤体积含水率变化得到，其测算方程为：

(3)

式中，w田净—净灌溉水量年亩均量，m3/亩；n—年内农业灌溉的次数，次。

(2)采用观测方法下作物净灌溉水量则对作物蓄水量ET0进行测算，水稻秧田净灌溉定额的计算方程为：

M水稻1=0.667[ETc1+H1(θνb1-θν1)+F1-P1]

(4)

式中，M水稻1—育秧期水稻净灌溉定额，m3/亩；ETc1—育秧期水稻蒸发量，mm；H1—秧田期间水稻犁地的深度，m；θνb1—育秧期间水稻田间土壤含水率观测值，%；θν1—育秧期初始水稻田间土壤含水率观测值，%；P1—育秧期水稻降水量有效值，mm；F1—育秧期田间渗漏量，mm。泡田期水稻净灌溉定额计算方程为：

M水稻2=0.667[ETc2+H2(θνb2-θν2)+h0+F2-P2]

(5)

式中，M水稻2—泡田期期水稻净灌溉定额，m3/亩；H2—泡田期间水稻犁地的深度，m；θνb2—泡田期间水稻田间土壤含水率观测值，%；θν2—泡田期间初始水稻田间土壤含水率观测值，%;h0—水稻在移栽秧苗时候需水深度，mm;F2—泡田期间田间渗漏量，mm；P2—育秧期水稻降水量有效值，mm。生育期水稻净灌溉定额计算方程为：

M水稻3=0.667[ETc3+F3-P3+(hc-hs)]

(6)

式中，M水稻3—生育期期水稻净灌溉定额，m3/亩；F3—生育期间田间渗漏量，mm；P3—生育期水稻降水量有效值，mm；hc—水稻在生育期需水深度，mm;hs—水稻在收割时候田间水深，mm。淹水灌溉方式下水稻净灌溉定额计算方程为：

M水稻=M水稻1+M水稻2+M水稻3

(7)

在毛灌溉水量和净灌溉水量计算的基础上，本文首次采用首尾分析测算方法对灌区农业灌溉水有效系数进行测算，其测算步骤如图2所示，其测算方程为：

图2 灌区农业灌溉水有效系数测算步骤

(8)

式中，W净、W毛—净灌溉水量和毛灌溉水量，m3/亩。

2 辽宁省农田灌溉水有效利用系数测算

2.1 典型灌区选取

本文综合考虑辽宁省农作物结构及区域农业灌溉水源特点选取大型灌区11个、中型灌区13个，小型灌区13个，选取的灌区基本情况见表1。

表1 选取的典型灌区基本情况

2.2 观测内容及方法

2.2.1典型田块选取

典型田块主要按照农作物在灌区种植措施进行选取，畦田作为最小种植单元的典型田块，面积控制区间为8～60m2；方便观测设施安装和观测的紧邻道路的田块可作为典型田块；灌区管理或者水管员作为田块的责任方一般可降低试验观测所产生的纠纷，从而保证连续观测数据。

2.2.2净灌溉水量观测

对于旱地作物类采用钻土烘干方法进行净灌溉水量的观测，主要观测步骤为：按照“米”字型布设5个典型田块，如图3所示，各观测点按纵向分4层进行土样的钻取。土壤湿计划润深度按照农作物的钻土深度进行确定，田间土壤体积含水率取5个观测点的均值，每次灌水结束后的24h后进行土壤含水率的观测。玉米计划湿润深度一般为40cm、牧草计划湿润深度一般在30～40cm之间、果树计划湿润深度一般在30～40cm之间，其他旱作物计划湿润深度通过其根系深度进行确定。

图3 典型田块部署方式

水稻主要种植在辽宁省的中型灌区，其淹灌期净灌溉水量通过水尺进行观测，其主要观测步骤为：同样按照“米”字型布设5个典型田块，观测水面为各典型田块的田间水层，固定桩安装在水尺的底部，稳定水尺使其较难下沉，木桩埋深应不低于0.6m。铁钉作为木桩在水平位置的标记，可将铁钉卡在水尺的0刻度处后读取水尺的读数，扒地结束后在固定木桩的位置进行水尺的安装，水尺安装及读数方式如图4所示。每次灌水前后进行一次水尺观测，灌水结束后的24h为灌水后水面稳定的时间。

图4 水尺安装及读数方式

2.3 样点灌区农田灌溉水有效利用系数测算

按照首尾测算分析方法对选取的典型样点灌区的农田灌溉有效利用系数进行了测算，各尺度灌区测算结果见表2—4。

表2 选取的典型大型样点灌区农田灌溉有效利用系数测算结果

从测算结果可看出，选取的11个典型大型灌区其农田灌溉有效利用系数总体在0.4425～0.5340之间；13个典型中型灌区的农田灌溉有效利用系数总体在0.5070～0.5559之间；13个典型小型灌区的农田灌溉有效利用系数总体在0.5833～0.7130之间。从变化规律可看出，小型灌区的农田灌溉有效利用系数最高，其次为中型灌区，大型灌区的农田灌溉有效利用系最低，这主要是因为大型灌区的渗漏损失以及作物蒸发损失都要高于中型和小型灌区，使得其农田灌溉有效利用系数较低。

表3 选取的典型中型样点灌区农田灌溉有效利用系数测算结果

表4 选取的典型小型样点灌区农田灌溉有效利用系数测算结果

2.4 辽宁省农田灌溉水有效利用系数变化分析

典型样本灌区农田灌溉水有效利用系数测算结果符合辽宁省农田灌溉水利用实际情况。辽宁省从2007年开始对大型、中型、小型灌区的农田灌溉有效利用系数进行测算，且每年组织测算成果的整编，本文基于该成果对各尺度灌区农田灌溉有效利用系数变化进行分析，结果见表5。

表5 辽宁省不同尺度灌区2007—2019年农田灌溉有效利用系数变化分析

从大型灌区2007—2019年农田灌溉有效利用系数变化可看出，其呈现较为明显的线性递增变化趋势，从2007年的0.5431增加到2019年的0.6275，其增幅达到15.5%，这主要因为从2006年开始辽宁省对大中型灌区进行节改造，灌区渠系衬砌率都得显著增加，尤其是辽宁11座大型灌区，灌溉有效面积得到相应增加，使得大型灌区农田灌溉有效利用系数呈现线性递增变化。中型灌区从2007年开始通过节水改造，其农田灌溉有效利用系数也增加明显，但从2013年以后其递增幅度有所减小，主要受中型灌区农田灌溉用水量增加所致。小型灌区总体变化较为稳定，这主要是因为小型灌区由于没有固定的节水改造资金投入，其渠系衬砌率没有明显变化，使得其农田灌溉有效利用系数变化稳定。从全省灌区2007—2019年农田灌溉有效利用系数均值可看出，全省均值从0.5082增加到0.5605，农田灌溉有效面积得到增加。

3 结论及建议

(1)辽宁省农业灌溉用水主要用于大型和中型灌区，但各灌区末级渠系衬砌率均不高，因此在大中型灌区改造时，应重点对末级渠系进行衬砌率的改造，有条件的区域可适当采用输水管道进行灌溉，继续重点加强对高耗水、高产出的蔬菜及设施农业的节水灌溉技术的推广应用力度。

(2)提高灌溉水利用率对于辽宁省降水量偏少的旱作区尤为重要，建议在旱作区采用地膜覆盖或者秸秆覆盖方式保持土壤湿度，降低蒸发无效量，对于水田应尽量增加田间蓄水能力。

(3)灌溉水量可按照作物种植面积进行相应匹配，按量计费，也可根据农户实际需求进行水权下放，并允许剩余水量进行水权转让，从而一定程度提高农业用水效率。