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滇中受水区农业节水潜力估算与分析_顾世祥

     来源:      发表时间:2021-07-17     浏览次数:     字号:    

38 卷 第 7

长 江 科 学 院 院 报

Vol 38 No 7

2021 7

Journal of Yangtze iver Scientific esearch Institute

Jul 2021

doi: 1011988 / ckyyb20210017 202138( 7) : 150154

滇中受水区农业节水潜力估算与分析

顾世1 2,3 李亚2 刘凤2 熊玉2

( 1云南省水利水电勘测设计研究院昆明 650021; 2长江科学院 农业水利研究所武汉 430010; 3太原理工大学 水利科学与工程学院太原 030024 )

摘 要: 为了最大力度地发挥滇中受水区农业节水潜力实现农业可持续发展拟对滇中受水区农业节水潜力进行估算分析 2017 年为现状基准年2030 年为规划水平年基于滇中地区气象站实地调研等数据资料拟定 5 节水发展情景利用水利部推荐的农业节水潜力计算方法计算各情景下的农业节水潜力并进行区域粮食安全与节水投资效益分析结果表明: 滇中受水区在规划水平年 2030 年灌溉水利用系数平均水平达到069节水灌溉率达 80%高效节水灌溉率达 30%; 在现状年基础上根据各受水小区实际种植结构将水稻种植面积在10% 3%范围内调整时在保障区域粮食安全的基础上可实现 18 782 m3 的农业节水目标

关键词: 农业节水潜力; 节水发展情景; 种植结构; 灌溉水利用系数; 滇中受水区

中图分类: S274 文献标志: A 文章编: 10015485( 2021) 07015005

Estimation and Analysis of Agricultural Water-saving Potential in Central Yunnan Water eceiving Area

GU Shi-xiang1 ZHU Yun23 LI Ya-long2 LIU Feng-li2 XIONG Yu-jiang2

( 1Yunnan Survey and Design Institute of Water Conservancy and HydropowerKunming 650021China; 2Agricultural Water Conservancy DepartmentYangtze iver Scientific esearch InstituteWuhan 430010China; 3College of Water esources Science and EngineeringTaiyuan University of TechnologyTaiyuan              030024China)

Abstract: To maximize the agricultural water saving potential and achieve a sustainable growthwe estimated and analyzed the water saving potential in the water receiving area of central Yunnan Province Based on meteorological and field survey datawe designed five scenarios of water saving and calculated the water saving potentials in each scenario using the calculation method recommended by the Ministry of Water esources with 2017 as the current benchmark year and 2030 as the planning level year We also analyzed the regional food security and the benefits of water saving investment esults demonstrate that in the planning level year 2030the average irrigation water use coefficient in the study area will reach 069water saving irrigation rate will amount to 80%and highly-efficient water saving irrigation rate 30% By adjusting the rice planting area within the range of 10%3% according to the actual planting structure based on the current benchmark yearwe can save 18782 million m3 of agricultural water on the prerequisite of ensuring regional good security

Key words: agricultural water saving potential; water saving development scenario; planting structure; irrigation water use coefficient; water receiving area in central Yunnan Province


收稿日期: 20210105; 修回日期: 20210513

基金项目: 云南省创新团队建设专项( 2018HC024) ; 长江科学院中央级公益性科研院所基本科研业务费项目( CKSF2019174 / NY)

作者简介: 顾世祥( 1972) 云南镇雄人教授级高级工程师博士主要从事农业节水灌溉和水资源高效利用与优化配置研究E-mail: gushxang@ qqcom

通信作者: 熊玉江( 1987) 湖北当阳人高级工程师博士主要从事节水灌溉理论与新技术研究E-mail: yujiangxiong@ 126com



1 研究背景

大力发展农业节水是目前方向性战略性的大事农业节水潜力计算在当下社会发展中具有极重要的理论与实践意义[1-2]农业节水潜力主要是指农田灌溉节水潜力主要体现在农田灌溉水利用系数的提高和灌溉用水定额的下降两方面[3-5]现时期节水潜力分析是以各部门各种作物通过综合节水措施所达到的节水条件下的定额水利用系数节水器具普及率等为参照标准分析现状用水水平与节水条件下的上述指标的差值并根据现状的实物指标( 如灌溉面积等) 计算最大的可能节水量[68]

目前我国农业节水潜力研究多通过构建多指 标多目标综合评价体系从区域农业节水灌溉综合 评价角度进行节水潜力评价刘小燕等[9] 采用定额比较法分析了通辽市科尔沁区现状年和规划水平 年的农业节水潜力马素英等[10]以河北省石家庄 2006—2007 年为例采用水利部公式海委公式推求了石家庄市 2006—2007 年各行业节水潜力并将两种结果与实际节水潜力进行了分析比较为水利部节水潜力计算公式是目前计算节水潜力的 较好方法王应武等[11]基于当前已有的灌溉节水 潜力计算理论提出了农业灌区毛节水量与净节水 量的区分与计算并以灌区实际为例分别估算了 节水灌溉率提高 30% 50% 两种工况下的毛节水量与净节水量王林威等[12]在对宁蒙引黄灌区节 水潜力概念辨析灌溉水量与地下水位变化关系分 灌区合理灌溉定额计算的基础上采用传统的 节水潜力计算公式分析了青铜峡灌区的节水潜 琼月等[13]针对西北干旱地区石羊河流域下游 民勤县自然条件和水资源配置不合理的矛盾提出 了一种基于优化的多尺度农业节水潜力计算方法通过计算分析多尺度农业节水潜力为当地提高了用 水效率刘柏君等[14]在分析青海西宁海东地区节 水现状解析区域现状用水水平的基础上评价了 该地区的节水潜力其中农业节水部分采用传统节 水潜力计算方法提出了具有针对性与适应性的农 工业城镇生活用水优化对策崔永正等[15]于超效率 SBM 模型在全国视角下测度分析2008—2018 年黄河流域 9 省的农业用水效率及其分解并深入分析流域各省的农业节水潜力

滇中地区是云南省的经济核心区和农业优先发展区域但受自然条件约束也是云南省缺水最严


重的地区水资源短缺已成为其经济发展的突出瓶颈本文根据有限的水土资源数据资料参考各学者节水潜力计算案例研究最终选取水利部推荐的农业节水潜力计算方法计算分析滇中受水区的农业节水潜力旨在为该区域农业节水发展提供一定参考

2 研究区概况

本文研究区为滇中引水工程受水区涉及大理丽江楚雄玉溪昆明和红河 6 个受水片区共包含 34 个受水小区涉及 6 个州( ) 36 个县( ) 国土面积369 km2 约占全省国土面积的 9% ( 1) 现状耕地面积6425 hm2 占全省总耕地面积的 10%人均耕地面积01 hm2 低于全省平均水平滇中受水区是云南省耕地最为连片种植水 平高的粮食主产区主要种植水稻玉米豆类和薯 在云南省农业发展中具有举足轻重的地位和作 。2017 年底滇中受水区所涉及的 6 个受水片区共发展节水灌溉面积约28556 hm2 其中高效节水灌溉面积约696 hm2 平均灌溉水利用系数为 059高于全国平均水平0542低于国内先进水平

0735平均节水灌溉率达到4801%略高于全国平均水平366%低于国内先进水平 76%受水区现状农业节水技术较国内先进水平还有一定距离业节水潜力还有发展空间

1 滇中受水区

Fig1 Water receiving area in central Yunnan



3 数据与研究方法

3.1 数据来源


的农业节水潜力计算方法( 公式( 1) ) 分析计算各情景的节水潜力具体如表 1所示

1 滇中受水区节水发展情景

Table 1 Water saving scenarios in the water receiving area of central Yunnan Province


从中国象科学数据共享服务网站收集 22


个相应区域县级典型气象站点 2012—2017 年逐日


节水发展情景


灌溉水利用系数


节水灌溉率/%


高效节水灌溉


种植结构


气象数据包括最高( ) 气温空气相对湿度日照

时间降雨量和风速等用以了解研究区年径流量特


平均水 / %

1 059 60 20 维持现状年种植结构

现状种植结构基础上在


; 从云南省 1949—2017 年统计年鉴[16]云南省水资源公报农业统计年报等收集了滇中受水区各州 ( ) 水资源农业用水农业灌溉粮食产量等数

; 参考了云南省土地利用总体规划》《云南省水


2 059 60 20

3 069 80 30


10% 3% 的范围内调整水稻种植面积

现状种植结构基础上在

10% 3% 的范围内调整水稻种植面积


利发展十三五规划》《大型灌区续建配套与节水改造方案编制技术指南》《中型灌区续建配套与节


4 069 80 30 2 的基础上进一步压

10%的水稻种植面积

现状种植结构基础上在


水改造方案编制技术指南以及云南省十三五高效节水灌溉实施方案》、《云南省用水定额( 2019 ) 等项目成果资料


5 075 90 60

4.2 结果分析

4.2.1 农业节水潜力分析


10% 3% 的范围内调整

水稻种植面积


32 计算方法

滇中受水区农业节水潜力的计算采用水利部推荐的农业节水潜力计算方法( ( 1) ) [15-16]该公式综合考虑了农作物种植结构调整大中型灌区改节水灌溉面积扩大渠系水利用系数提高灌溉制度改进等措施涵盖了工程节水农艺节水管理节水 3 个方面

Wn = A0( Q0 / u0 Qt / ut ) ( 1): Wn 农田灌溉节水潜; A0 为现状灌溉面( hm2) ; Q 为现状作物加权净灌溉需水定( m3 / hm2) ; Q 为考虑物布局调整后的远期水平年作物

加权净灌溉需水定额( m3 / hm2 ) ; u 为现状水平年灌溉水利用系数; ut 为远期水平年灌溉水利用系数

4 研究区农业节水潜力估算与分析

4.1 情景设置

根据基于 LMDI 的滇中受水区农业用水量变化影响因素分析[17]一文中对滇中受水区农业用水量影响因素的分析认为促进其农业用水量有增加 趋势的正向效应即主要因素是高耗水作物种植比例 与综合灌溉定额因此在节水情景设置时2017 ( 平水年) 为现状基准年2030 年为规划水平年根据滇中受水区 34 个受水小区农业用水农业节水现状选定灌溉水利用系数节水灌溉率高效节水 灌溉率以及高耗水作物( 水稻) 种植比例为指标行组合拟定 5 个节水发展情景用上述水利部推荐


根据提高灌溉水利用系数平均水平调整种植结构后得到的 5 种节水发展情景通过式( 1) 进行农业节水潜力计算得到滇中 34 个受水小区在各情景下的农业节水潜力结果( 2) 及滇中受水区总体农业节水潜力情况( 2) 情景 1 时各受水小区维持基准年灌溉水利用系数平均水平及种植结构原状不具有农业节水潜力; 情景 2 时除大理市受水小区农业节水潜力为 394 m3 其余 33 个受水小区的农业节水潜力均为负值其中元谋元马受水小区农业节水潜力达到2 598 m3各受水小区所在片区农业节水潜力合计值均为负; 在情景 3 的灌溉水利用系数平均水平和种植结构下仅南华龙川富民永定昆明四城区易门龙泉通海秀山农业节水潜力为负值其它受水小区农业节水潜力均为正各受水小区所在片区农业节水潜力合计值均为正; 在情景 4 的灌溉水利用系数平均水平和种植结构下仅富民永定和昆明四城区 2 个受水小区农业节水潜力为负其它受水小区农业节水潜力均为正其所在受水片区农业节水潜力合计值均为正; 情景 5 各受水小区农业节水潜力及其所在受水片区农业节水潜力合计值均为正

从滇中受水区总体农业节水潜力情况( 2) 情景 1 维持节水现状未作改变无节水潜力; 2 农业节水潜力为21 211 m3情景 345 业节水潜力均为正且依次增加分别为 18 782 、20 09441 649 m3综合分析各受水小区及所在受水片区农业节水潜力情况在节水发展情 12 情况下滇中受水区不具备农业节水潜力



2 各受水小区农业节水潜力

Table 2 Agricultural water-saving potential of water-receiving communities m3

受水 2 3 4 5


4.2.2 区域粮食安全分析

根据现状人口与城镇化水平按照云南省新型城镇化发展的要求采用人口综合增长率法预测参考国民经济与社会发展的相关规划成果确定各受水区的人口增长率和总人口规模如表 3 所示大理 6 个受水小区现状总人口21031 万人城镇人口 10213万人城镇化率486%预测滇中受水区 2030年总人口为22864万人年均增长率为76‰,其中城镇人口12231万人城镇化率535%; 预测滇中受水区 2040 年总人口为24871万人年均增长率为80‰,

中城镇人口13971万人城镇化率562% 2030—

2040 年人口预测为增长的趋势下过度压缩粮食作物

( 水稻) 种植面积会造成区域粮食产量一定程度降低

3 受水区总人口与年均增长率预测

Table 3 Total population and predicted average annual population growth rate in the water receiving area


富民永定


808


129


100 257


2019

总人口/ ( 万人)


2020—

2030

人口增长


2030

总人口/ ( 万人)


2031—

2040

人口增长


2040

总人口/ ( 万人)


2020—

2040

人口增长



红河片 3 135 1 822 2 092 6 196

滇中受水区合 21 211 18 782 20 094 41 649


4.2.3 节水投资分析

依据大型灌区续建配套与节水改造方案编制技术指南》《中型灌区续建配套与节水改造方案编制技术指南以及云南省十三五高效节水灌溉实施方案》,节水灌溉投资高效节水灌溉投资分别15万元/ hm2 525万元/ hm2 计算单方水纯效益130元计算( 因节水情景 12 不具备节水潜力处不做节水投资效益分析) 可得出滇中受水区在节水情景345 下的节水效益情况( 4) 。由表4 可以看出节水发展情景 34 在农业节水潜力与单方节水能力投资方面相差并不大与情景 3 相较而言情景4 农业节水潜力增加 7%但单方节水能力投资却较情景 3 降低65%; 情景 5 农业节水潜力最大若拟定其为节水方案可节水 41 649 m3但在该情景下单方节水能力投资较情景 34 分别高出303%394%

4 滇中受水区各情景节水效益分析

Table 4 Analysis of wate-saving benefits of different scenarios in the receiving area of central Yunnan Province


节水发 农业节水潜展情景 /( m3 )


农业节水投资/( 亿元)


农业节水收益/( 万元)


单方节水能力投/( ·m3 )


2 滇中受水区各情景农业节水潜力

Fig2 Water saving potential of different scenarios


3 18 782 16911 24 4166 2614

4 20 094 16911 26 1222 2443

5 41 649 26184 54 1437 3405

综上分析可知由于节水发展情景 1 灌溉水利用系数平均水平与种植结构都在现状的基础上没有作出调整不具节水潜力而情景 2 的农业节水潜力

值为负不满足节水指标因此不能将这 2 种节水情



景作为节水方案; 节水发展情景 4 虽然通过压缩高耗水作物种植面积在情景 3 的基础上增加了 7%节水潜力但由于过度压缩水稻种植面积容易造成 不利于滇中受水区粮食安全的问题故而不可取; 5 通过大力推进节水灌溉工程建设提高了灌溉水利用系数大幅增加了滇中受水区农业节水潜力但建设资金投入过大单方节水投资较高根据滇中 受水区实际发展情况不应作为规划水平年节水方 因此在规划水平年 2030 推荐将节水发展情景 3 作为滇中受水区节水方案

5

农业节水与灌溉水利用系数节水灌溉面积植结构水分生产效率和粮食安全等密切相关滇中受水区现状节水水平总体上虽处于全国中等水平与国内先进地区仍有较大差距农业节水技术水平也较低通过对 5 个节水发展情景的农业节水潜力域粮食安全及节水投资效益进行比对分析最终认在规划水平年 2030 滇中受水区灌溉水利用系数平均水平达到069节水灌溉率和高效节水灌溉率分别达到 80% 30%种植结构在现状年水平基础上根据各受水小区实际情况10% 3% 的范围内调整水稻种植面积时农业节水潜力可达18 782 m3

参考文献:

[1] 孙晓东节水农业和国家安全问题研究: 东北半干旱抗旱灌溉区节水农业理论与实践J 灌溉排水学201938( 12) : 135

[2] 何振嘉杜宜春邱宇洁灌溉农田高效用水研究进展与发展趋势J灌溉排水学报201938( 增刊 2) : 8790


[3] 赵 令雷 波苏 涛我国粮食主产区农业灌溉水潜力估算研究J节水灌溉2019( 8) : 130133

4 崔宁博张振平楼豫红 基于 TOPSIS 的区域农业节水发展水平综合评价模型J应用基础与工程科学学报201624( 5) : 978994

[5] 李 俊区域高效节水灌溉发展水平综合评价研究: 内蒙古自治区为例J 水利技术监督2018 ( 5 ) : 7072134

6 王应武华春莉农业灌溉节水潜力估算研究J河南水利与南水北调201746( 10) : 2223

[7] 纪晓玲王小林张 静榆林市黄土丘陵沟壑区农节水潜力分析J 中国农业资源与区划201940( 3) : 130135

[8] 贾冬梅魏 洪涛肖 素君鄂尔多斯市农业节水研J人民黄河201436( 9) : 646569

[9] 刘小燕王 伟宋庆玉通辽市科尔沁区农业节水力分析J人民黄河201234( 5) : 9698

[10] 马素英李月霞白振江节水潜力计算方法分析与比J河北水利2008( 增刊 1) : 4143

11 王应武华春莉农业灌溉节水潜力估算研究J 河南水利与南水北调201746( 10) : 2223

[12] 王林威武 见贾正茂生态视域下宁蒙引黄灌区水潜力分析J节水灌溉2017( 11) : 848692

13 YUE QZHANG FGUO P Optimization-based Agricul- tural Water-saving Potential Analysis in Minqin CountyGansu Province ChinaJ Water201810( 9) : 1125

[14] 刘柏君侯保俭王林威青海省西宁海东地区节水力与节水对策研究J 灌溉排水学报202039( 增刊 1) : 6570

[15] 崔永正刘 涛黄河流域农业用水效率测度及其节水力分析J节水灌溉2021( 1) : 100103

16 云南统计局云南统计年鉴 2018M 北京: 中国统计出版社2008: 257264

17 顾世祥苏沛兰 基于 LMDI 的滇中受水区农业用水量变化影响因素分析J 节水灌溉2020( 12) : 6873

( 编辑: 罗玉兰)


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( 上接第 149 )

[33] 徐 军郝立波赵新运松花江上游表层沉积物中重金属元素时空分布特征J 吉林大学学报( 地球科学版) 201848( 3) : 854862

[34] 陈鹏飞李潮流康世昌雅鲁藏布江表层沉积物地球化学元素研究J 地球化学201241( 4) : 387

392

[35] 杨思林珠江上游沉积物与土壤金属元素地球化学特征研究D 昆明: 昆明理工大学,2014

[36] 孙春叶河南省淮河上游平原区土壤地球化学特征研


重金属来源空间分布及污染评价J 环境科学

201738( 3) : 10181027

38 KEZHUN L Z Background Values of Trace Elements in the Source Area of the Yangtze iverJ Science of the Total Environment1992125: 391404

39 WU JDUAN D PLU Jet al Inorganic Pollution a- round the Qinghai-Tibet Plateau: An Overview of the Cur- rent ObservationsJ Science of the Total Environment2016550: 628636


D : 长江大2013


[37] 李春芳王 菲曹文涛龙口市污水灌溉区农田


( 编辑: 罗 娟)


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