新疆灌区农业节水潜力浅析_徐明金

我国是用水大户，调查显示，农业用水占我国 总用水量的 70% 。相关研究表明，我国农业用水效率较低、用水比重大，存在巨大节水潜力［1-3］。目前，关于节水潜力尚无普遍适用、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［4-6］。通过节水潜力分析研究，我国学者提出了适用于不 同灌区的节水潜力计算方法，如秦长海［7］提出从取 用节水和资源节水两方面计算农业极限节水潜力; 刘秋丽［8］通过面积定额法计算出山西省农业节水潜 力; 汤英［9］等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节水预测; 崔秋利［10］基于 FAO 推荐的 Penman-Monteith 公式及 有效降水计算公式估算了 1957—2017 年京津冀地区冬小麦、夏玉米的耗水量及水分利用效率以及冬 小麦、夏玉米的节水潜力，提出可通过改善土壤条 件，优化灌溉管理以及秸秆覆盖等措施提高冬小麦 及夏玉米的水分利用效率。

新疆灌区农业节水潜力计算及研究较少，本文

以新疆库山河灌区为例，充分考虑种植业结构调整、节水工程措施、水资源管理等因素，利用面积

1 研究区概况

1. 1 灌区范围及现状用水情况

库山河灌区位于新疆西南部，地处塔里木盆地 西缘、帕米尔高原之东，库山河自西南流向东北， 流经克孜勒苏柯尔克孜自治州的阿克陶县、喀什地 区的英吉沙县和疏勒县，最后消失于疏勒县境内的 布谷里沙漠，库山河全长 156. 9km，多年平均年径流量 6. 52 亿 m3 。流域涉及新疆喀什地区和克州两地三县 20 个乡镇，分为克州阿克陶县灌区、喀什地区英吉沙县灌区和疏勒县灌区。灌区经济以农业 为主，作物以棉花、小麦、玉米、果树为主，由于 农业生产灌溉水平整体较低，灌区人民长期处于低 收入的贫困水平。2016 年灌区 GDP 为 71. 5 亿元， 人均 15541 元，仅为新疆平均水平的 38. 3% 。

现状年库山河灌区用水总量 89270 万 m3 ，其中农业用水量 86182 万 m3 ，占比 96. 5% ; 工业用水量 891 万 m3 ， 占比 1. 0% ; 生活用水量 2197 万 m3 ，占比 2. 5% ，灌区现状年用水量结构如图 1 所示。由此可见，库山河灌区用水对象主要为农业，对灌区农业节水潜力展开分析对该区域的水资源管理和社会经济发展具有重要意义。

定额法计算灌区范围内主要作物需水量，确定灌溉

水利用系数及田间水利用系数。这不仅有利于提高 水资源利用率，而且对认识新疆所采取节水效果、水资源开发潜力有重要作用。

收稿日期: 2021-03-22

作者简介: 徐明金( 1985 年—) ，男，高级工程师。

E-mail: 381725810@ qq. com

水文水资源 水利规划与设计 2021 年第 7 期

表 1 库山河灌区现状年农业用水指标和效率表

图 1 库山河灌区现状年用水结构示意图

线”基础上，通过采取一系列的工程和非工程措施， 根据地方近期可达的节水水平，从影响农业节水潜 力的种植结构优化、田间管理技术措施以及工程措 施等方面进行分析，提高灌溉水利用系数和减少灌 溉用水量，据此估算农业节水潜力。

农业节水潜力分析应先确定库山河灌区灌溉面积、农业种植业结构、灌溉水利用系数，计算现状年与设计水平年农业需水量，节水潜力为设计水平年灌溉用水的直接减少量。

2. 1 农业需水量

1. 2 受水区现状用水水平

n

W农 = Σ

i

Wi / η ( 1)

根据库山河灌区现状年农业灌溉用水量和作物

种植结构的调查统计，对农业灌溉综合毛( 净) 定额、灌溉水利用系数、渠系水利用系数、高效节水灌溉面积等用水指标和效率进行分析。

2016 年灌区农业综合净灌溉定额 333m3 / 亩， 农业灌溉水利用系数 0. 44，渠系水利用系数 0. 52， 节水灌溉面积 18. 33 万亩，高效节灌率为 16. 3% 。库山河灌区现状年农业用水指标和效率见表 1。

2016 年全疆农业综合亩均用水量 593m3 / 亩， 灌溉水利用系数 0. 53，库山河灌区农业用水水平在全疆处于较低水平。但与邻近水土条件、气候条

件、经济发展水平等基本相当的南疆四地州对比，

Wi = Ai × Ni ( 2)

式中，W农— 农业需水量，万 m ; W —各作物净需水量，万 m3 ; η—灌溉水利用系数; A —作物灌溉面积，万亩; N —作物灌溉净定额，m3 / 亩。

2. 2 农业节水潜力

通过工程节水措施分析预期可达的灌溉水有效利用系数; 结合种植结构优化调整、田间管理技术进步，分析预期可达的灌溉定额; 计算对应规划年灌溉用水直接减少量，计算公式为:

ΔW农 = ΔW渠系 + ΔW田间 ( 3)

ΔW渠系 = W田规 / ( η渠系规－ η渠系现 ) ( 4)

农业综合灌溉定额属中等偏上水平; 灌溉水利用系

W规 W现

ΔW = A － / η

( 5)

数相对较低，有待于进一步提高; 高效节水发展水平属中等水平。库山河灌区与南疆四地州对比见

式中， ΔW农

田间 规 A规 A现 田规

—农 业 节 水 潜 力， 万 m3 ; ΔW 、

表 2。

ΔW田间

—渠系和田间节水潜力，万 m3 ; W

—规划

年田间净需水量，万 m3 ; η

渠系规

—规划年渠系水利

表 2 库山河灌区与南疆四地州农业用水水平对比表

用系数; A规

、A现

—规划和现状年灌溉面积，万亩;

2 农业节水潜力评价方法

本文在《新疆用水总量控制方案》和“三条红

η田规—规划年田间水利用系数; W规、W现—规划年和现状年农业净需水量，万 m3 。

3 库山河灌区农业节水潜力分析

3. 1 灌区灌溉面积

库山河灌区现状灌溉面积 112. 5 万亩，为落实自治区退地减水方案，根据自治区人民政府批复的

《新疆用水总量控制方案》逐年退减灌溉面积计划， 库山河灌区面积由现状年 112. 5 万亩退减至规划年

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2021 年第 7 期 水利规划与设计 水文水资源

98. 06 万亩。

3. 2 农业种植业结构

现状库山河灌区人均灌溉面积 2. 4 亩，低于南疆四地州人均灌溉面积 3. 4 亩，灌区人民在有限的水土资源条件下，通过推广特色林果、蔬菜、瓜类 等经济作物，提高经济作物比例，保障农民收入。库山河灌区不同年份种植结构见表 3。

表 3 库山河灌区不同年份种植结构

3. 3 渠系水利用系数

现状灌区渠系水 利 用 系 数 为 0. 52， 与GB 50288—2018《灌溉与排水工程设计标准》不低于 0. 55 要求还有一定差距，说明灌区渠系水利用系数有提高潜力。规划年根据灌区改造工程实施情况，按照各县用水效率控制指标，提高渠系水利用系数，使渠系水利用系数达到 0. 64，减少渠道输水损失，达到农田灌溉过程中节水效果，实现农业灌溉节水。库山河灌区各级渠系水利用系数见表 4。

表 5 库山河灌区高效节灌率和田间水利用系数表

3. 5 现状年灌区农业需水量

利用式( 1) —( 2 ) 计算灌区农业需水量，结果见表 6。

表 6 库山河灌区现状年农业需水量统计表

单位: 万 m3

3. 6 农业节水潜力估算。

规划年库山河灌区灌溉面积 98. 06 万亩，利用上节计算结果及公式( 1) —( 5) 计算可知: 与现状用水量相比， 可实现农业灌溉节水量 11814. 1 万 m3 。库山河灌区规划年农业节水潜力详见表 7。

表 7 库山河灌区规划年农业节水量统计表

单位: 万 m3

表 4 库山河灌区各级渠系水利用系数表

3. 4 田间水利用系数

库山河灌区现状年高效节水灌溉面积 18. 33 万亩，高效节灌率为 16. 3% 。规划年灌区大力发展高效节水面积至 65. 43 万亩， 高效节灌率达到

66. 7% 。通过提高节灌率，打通农业节水最后一公里，田间水利用系数由现状 0. 84 提高到 0. 90。库山河灌区高效节灌率和田间水利用系数见表 5。

4 结论

本文从渠系节水和田间节水两方面分析库山河 灌区农业节水潜力，充分考虑灌区农业种植业结构 调整、渠系防渗改造和高效节水面积推广等因素， 得出以下结论: 库山河灌区农业有一定节水潜力， 与现状年相比节水潜力为 11814. 1 万 m3 ，占现状灌区总用水的 13. 2% ，由此可见，农业节水是库山河灌区未来节水工作中的重点。渠系节水潜力为7452. 3 万 m3 ，占农业总节水潜力的 63% ，因此可以将渠系防渗改造仍然是灌区农业节水的方向; 田间节水潜力为 4361. 8 万 m3 ，占灌区农业节水潜力的37%，主要以发展高效节水为主。( 下转第 78 页)

2021 年第 7 期 水利规划与设计 科研与管理

压阀配置方案分别进行数值模拟计算，通过对计算结果进行比选，选择出降压效果最好的调压阀配置方案。

4 结论

本文基于供水管网的基本理论，通过 EPANET 软件分别建立了单独设置减压池和减压池、调压阀同时设置的供水管网的数学模型，模拟了某实际工程有压管网输水工程的运行过程，计算了供水管网不同管段压力变化。通过将池阀联调方案与单独设置减压池方案的仿真计算结果进行对比，可知该供水管网中单设减压池无法满足调保需求，管道仍存在爆管的危险; 池阀联调方案的布设，不仅可以保证负压的有效排除，也可使管网所有管段压力均满足承压标准，进而保障了供水管网的运行通畅与安全，则池阀联调方案可作为实际工程的推荐方案。

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( 上接第9 页) 一盘棋、区域一盘棋、兵地融合团结治水兴水的思想，旨在对阿勒泰地区“十四五”以及未来一个时期内护水、谋水、治水、管水等工作进行系统谋划、科学规划、顶层设计，解决新老水问题，着力为边疆地区社会稳定和长治久安、推动经济高质量发展提供坚强的水利支撑和保障。

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( 上接第 42 页)

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