灌溉用水量的介绍

需从水源引入的灌溉水量，包括作物正常生长所需灌溉的水量、渠系输水损失水量和田间灌水损失水量。灌区作物所需的灌溉用水量。以万m3计。可分一个时段的及整个生育期的灌溉用水量。前者常按月、旬划分时段统计，可得灌溉用水过程，即按作物的灌溉制度；在各时段内作物的灌水定额乘以种植面积即得各时段的净灌溉用水量，其和就是整个生育期的净灌溉用水量。如计入灌溉系统的输水损失，即得毛灌溉用水量。有了各年的灌溉用水量，就可与各年来水配合进行调节计算，据此确定可灌面积和水库库容。

规划模型数据与参数的检验和调试

我国人口占世界人口的22%,耕地面积只占世界耕地的10%,但灌溉面积却占全球灌溉面积的21%,人均灌溉面积与世界平均水平相当.我国灌溉面积约8亿亩,占总耕地的41%,其生产了70%的棉花、90%以上的蔬菜和2/3以上的粮食.在这些灌溉面积中,万亩以上大中型灌区5600处,灌溉面积3.3亿亩,占灌溉总面积的43%,其中超过30万亩的大型灌区220处,灌溉面积1.7亿亩,占灌溉总面积的22%.大中型灌区水土资源条件好,设施相对完好,经营管理水平较高,是我国粮食生产的骨干基地,生产的粮食占全国总产量的20％以上,它们对满足我国21世纪16亿人口粮食需求,保证粮食安全具有举足轻重的作用.

然而,当前我国的农业用水效率却很低,灌溉用水的利用率只有0.3－0.4,与发达国家0.7－0.9相比,相差0.4－0.5；农作物水分生产率平均1kg/m3左右,与发达国家2.0kg/m3相比,相差一倍.从用水效率上来看,我国GDP1995年的用水效率只有美国的1990年1/8,日本1989年的1/25.提高灌溉面积占全国总灌溉面积的1/5以上的大型灌区的用水效率,对于缓解我国农业水资源危机具有举足轻重的地位.

为此,国家准备投入大量资金,开展以节水为中心的大中型灌区改造.这项工程的顺利实施,必将显著地提高我国农业用水的效率,具有极其重要的现实意义.目前,有关各灌区积极行动起来,热情十分高涨,纷纷制订相应的改造规划.然而,综观目前已经出台或者即将出台的有关规划,由于时间短促等多方面原因,还存在许多问题,主要表现在有些规划是“要钱”规划,灌溉水源集中于引水,工程主要集中在骨干工程,较少考虑与非工程措施结合和生态环境用水,这对于灌区的可持续发展是极为不利的,不仅可能造成巨大水资源的浪费,而且与提高水资源利用效率的初衷相违背.针对这些问题,笔者就灌区改造规划提出一些意见,供有关部门、学者参考指正.

1、灌区水资源综合利用和统一管理

水资源的综合利用和统一管理是提高农业水资源利用效率的重要基础.从灌区的水源来看,包括降水、地表水、地下水、土壤水、回归水和处理的劣质水（包括污废水和微咸水）等,在制定灌区改造规划中,必须将他们作为一个整体进行统筹考虑,纳入规划之中,并且深入认识他们之间的复杂转换关系,充分利用这种自然规律,提高水资源的利用率.目前,我们的灌区改造规划的水源偏重于“引水”,忽视或者淡化了其他水源,需要得到纠正.

1.1 充分利用当地水资源

现有的灌区改造,在水源的设计上,应该在充分利用当地水资源的基础上考虑引水.充分利用当地水资源在灌区改造中占有重要地位.水资源总源于降水,通过对地表水、土壤水、地下水的合理调控,最大限度地把天然降水转化为农业可用的水源,是我们的目标.此外,经过适当处理的工业和城镇生活排出的污废水以及具有一定矿化度的地下咸水,也都是灌溉水源,在规划中都要加以认真考虑.

充分利用降雨和土壤水,是充分利用当地水资源的重要途径.根据研究,除新、甘、宁、蒙及陕北外,我国占全国总播种面积91%地区的降雨量都大于农田需水量,如果充分利用当地降水,特别是华北、西北、东北旱作区,亩均仅需补充灌溉水量50－150立方米,就可以满足作物生长需要,从中我们可以透视充分利用降水对灌区改造规划可能带来的冲击.

在生态环境允许的范围之内,适当且充分利用浅层地下水是解决农业水源短缺的有效途径.开发利用浅层地下水,适当降低地下水位,有利于增加降雨入渗量,减少径流流失和潜水蒸发,不仅能充分利用当地水资源,有利于旱涝盐碱综合治理,而且能充分地发挥地下水库的多年调节作用（干旱年适当多开采,多雨年得到补偿）,提高农业用水的保证率.我国北方6流域片平原区地下水平均年可开采量合计为1022.72亿立方米,接近2条黄河的年径流量,可见,地下水的开发利用,大大增加当地农业水源,对灌区改造规划会产生一定影响.

劣质水处理利用是增加灌溉水源和保护、改善环境的战略措施.劣质水包括工业和城镇生活污废水,地下咸水.我国1998年城市和农村工业和生活污水排放量593亿m3,预计2010年为885亿m3,2050年达到2648亿m3.污废水经过处理使之达到灌溉标准,不仅可以增加农业灌溉水源又可防止污染环境,其充分利用还有一定的潜力可挖.我国还有可开采利用的矿化度为2－3克/升的地下微碱水资源130亿m3,其中华北地区为23亿m3,但1996年微咸水利用量仅有6.6亿m3,尚有很大潜力.这些资源的开发利用无疑对现有灌区改造规划产生影响.

1.2 井渠结合是综合利用水资源的有效方式

井渠结合是地上水地下水联合运用有效途径,其机理是调控地下水埋深在适宜的状态,通过降雨入渗地下形成土壤水和地下水.井渠并用优化调度水资源,能大力提高水资源的利用效率.如陕西泾惠渠灌区开灌前地下水埋深在15－30m,1932年引泾河水灌溉后,到1954年地下水位上升幅度达10－24m,土地发生次生盐渍化.60年代初发展井灌,到70年代井渠双灌面积达100万亩,地表水地下水联合运用的方式：春灌,地下水位回升到最高,返盐盛期,采用群井汇流,井渠间灌,防止返盐；夏灌以井为主,降低地下水位,预防渍涝；冬灌,河水充足,渠灌洗盐补淡.年均开采地下水1.1－1.3亿m3.遏制了地下水位上升,次生盐渍化得到控制,促进了农业增产,灌溉水的利用率达到0.505.根据泾惠渠灌区1980至1990年资料,在采用井渠结合的条件下毛灌溉用水量仅有135－220mm,粮食产量达到530kg/亩,远低于河南、山东等地设计毛灌溉用水量460－630mm.

1.3 灌区水资源统一管理是灌区改造规划的重要组成部分

水资源按流域形成自然体系,灌区是流域组成一部分,只有按流域统一管理,才能优化配置水资源.目前,我国水资源管理地方上各自为政和多部门争权的现象十分普遍,在上游地区,大引大排,大水漫灌,不仅造成水资源大量浪费,还引起渍涝灾害加重和土壤盐碱化蔓延；而地处下游地区则由于河道来水供不应求或枯竭,不得不掠夺性地开发利用地下水,以致引起地下水位持续下降,诱发一系列生态环境问题.

灌区的水资源必须统一管理,包括地表水、地下水等多种水源的统一开发利用和治理保护,在制订灌区改造规划时决不能忽略.灌区水管理机构给各地区和各部门分配的水资源,要以这些地区和部门合理开发利用当地水资源为前提.灌区机构分配江河水资源给各地方和各部门,只是补充其当地水源的不足.农田灌溉,必须克服单纯依赖引用河水灌溉的传统观念和习惯作法.

目前,我国有些灌区如泾惠渠灌区和石津灌区等在灌区内打井,井渠结合,地上水和地下水联合运用,取得了节水增产防治土壤盐碱化的显著效果,但当前存在的问题是地上水、地下水没有统一管理和统一收费,灌区管理局很难维持,需要下决心,解决好灌区统一管理问题.

水资源规划模型所给数据与参数是否合理、可靠，以及规划模型能否从宏观尺度去刻画水资源系统的结构与功能等，都需要通过模型的运转加以检验和调试，这种检验和调试也可称之为规划模型数据与参数的模拟过程。

7. 3. 1 检验和调试方法

利用水资源规划模型检验和调试模型数据与参数，再现水资源系统各组成部分的联系与相互作用，模拟各种水资源量的变化过程等，还未见有成熟的方法。

表 7. 7 各区段、各时段地下水溢出量 ( T) 表

注: 区段编号对应名称与距离见图 7. 2，表 4. 40; 表中数据单位 104m3。

本次水资源规划模型数据与参数的检验和调试方法是: 以建立的水资源规划模型为工具，以人工绿洲 ( 灌区) 灌溉面积最大和正义峡下泄水量最大为目标，以现状水平年 ( 1999 年) 的人工绿洲 ( 灌区) 灌溉面积、干渠引水量、机井开采量、正义峡下泄水量为约束量，根据现状水平年的莺落峡来水量和梨园堡来水量，调试并检验参数 ( 或数据) ，拟合灌溉面积、引水量、开采量、河道下泄量、地下水溢出量等系列资料，分析模型数据与参数的合理性和可靠性，以及规划模型结构与功能对水资源系统结构和功能的仿真程度。

7. 3. 2 检验和调试结果分析

将表 7. 2～表 7. 7 中有关数据与参数代入水资源规划模型，模型中正义峡下泄量的约束值取现状水平年正义峡下泄量; 模型主要调试对水资源量影响大的渠系有效利用系数 X 和净灌溉定额 G，考虑到渠系有效利用系数是依据地县水利部门多年资料确定，其精度较高，且渠系有效利用系数和灌溉定额有较强的关联性，故本次重点对净灌溉定额调试，并综合确定毛灌溉定额与渠井水利用率。

7. 3. 2. 1 人工绿洲 ( 灌区) 净灌溉定额调试结果与分析

调试时将表 7. 2 的渠系有效利用系数 X、井水有效利用系数 Y 和净灌溉定额 G 作为初值代入水资源规划模型，计算人工绿洲 ( 灌区) 的灌溉面积、引水量、开采量以及河道下泄量、地下水溢出量等的规划值，与给定的现状值对比分析，找出产生误差的原因，调整净灌溉定额重新计算，如此反复调试，直至灌溉面积、引水量、开采量、河道下泄量、地下水溢出量等计算值与给定的现状值比较接近，且所有数据与参数都比较合理时结束。黑河干流中游水资源规划模型调试的人工绿洲 ( 灌区) 净灌溉定额、毛灌溉定额与渠井水利用率见表7. 8、图 7. 5。

净灌溉定额调试值总体上大于初值，张临高三县市平均上调约 5% ( 表 7. 8) 。净灌溉定额初值较调试值有一定波动，可能是初值计算时计入的灌溉水量不同造成的; 净灌溉定额调试值，计入了渠道水和井水的全部灌溉水量，因渠系有效利用系数为干支斗渠的利用系数，所以调试值应为包含农渠与毛渠的灌溉定额，这可能是调试值总体上调的原因之一。

表 7. 8 黑河干流中游人工绿洲 ( 灌区) 灌溉定额的调试成果表

注: 毛灌溉定额计算见表 7. 9，渠井水利用率为净灌溉定额与毛灌溉定额之比。

中游地区调试的人工绿洲 ( 灌区) 净灌溉定额与毛灌溉定额变化基本一致 ( 图 7. 5) ，净灌溉定额变化在 400～680m3/ 亩之间，全区平均 551m3/ 亩，定额最高的在乌江、西干灌区，最低的在倪家营、新华、小屯灌区; 毛灌溉定额变化在 519～1070m3/ 亩之间，全区平均 815m3/ 亩，定额最高的在张掖市和高台县灌区，最低的在临泽县灌区。这种灌溉定额的变化是与灌区水源充足与否直接关联的，反映了水丰多灌、水缺少灌的用水现状，也为节约用水提供了降低定额的空间。

图 7. 5 人工绿洲 ( 灌区) 毛灌溉定额与净灌溉定额的调试成果图

渠井水综合利用率平均为 0. 68，与渠系利用系数平均值 0. 66 比较接近。

调试使模型数据与参数得以协调统一，可见进行数据与参数的检验和调试是非常重要也是非常必要的。

7. 3. 2. 2 规划模型数据拟合结果与分析

水资源规划模型对净灌溉定额的调试过程，实质是对灌区灌溉面积、渠道引水量、地下水开采量、河道下泄量、地下水溢出量等水土资源数据的拟合过程。

水资源规划模型计算的各项水土资源数据列入表 7. 9 ～ 表 7. 12，依此绘制规划值 ( 即调试值) 与现状值的数据拟合图详见图 7. 6～ 图 7. 10。由表、图资料可见，人工绿洲 ( 灌区) 灌溉面积和地下水开采量均完全拟合。引水量规划值与灌区现状引水量、干渠现状引水量拟合的均比较好，各绿灌区引水量拟合相对误差 0. 2% ～29. 6%，各干渠引水量拟合相对误差一般在 0～28. 6%之间，仅黑泉、红山、老仁坝、东泉干渠达 42. 1% ～ 142. 9%，中游灌区与干渠总引水量拟合的相对误差为 0. 2%; 拟合相对误差大的主要为引水量小的灌区或干渠，这与水资源结构的复杂性而模型规划的宏观性使其对结构细部刻画弱有关。黑河莺落峡—大桥段河水入渗量拟合效果较好，相对误差 9. 1%; 梨园河水入渗量拟合效果较差，相对误差达 62. 5%，这与入渗量小及入渗率平均取值有关。黑河大桥—正义峡段 ( 含九眼泉) 地下水溢出量完全拟合，山丹河地下水溢出量拟合效果也比较好，相对误差 24. 3%。河道下泄量仅有高崖和正义峡两个拟合点，春夏灌期 ( A) 、夏冬灌期 ( B) 、非灌溉期 ( C) 、全年的河道下泄量拟合相对误差，高崖分别为 1. 9%、5. 7%、20. 2%、3. 2%，正义峡分别为 0%、0%、9. 9%、4. 4%，可见拟合效果是比较好的。

图 7. 6 灌区现状灌溉面积与规划灌溉面积拟合图

图 7. 7 灌区现状地下水开采量与规划地下水开采量拟合图

图 7. 8 灌区现状引水量与规划引水量拟合图

图 7. 9 干渠现状引水量与规划引水量拟合图

图 7. 10 河流节点现状溢出量与规划溢出量拟合图

总体来看，规划模型数据拟合效果是比较好的，仅个别点和个别量拟合较差。从宏观尺度衡量，规划模型中确定的水土资源数据与参数是合理的、可靠的，可用于水资源规划。

表 7. 9 中游人工绿洲 ( 灌区) 灌溉面积、开采量、引水量数据拟合表

注: 用水量为规划引水量与开采量之和，毛灌溉定额为用水量与灌溉面积之比; 规划值即调试值 ( 下同) 。

表 7. 10 中游干渠引水量数据拟合表

注: ZU 为引水限量扩大系数 ( ∞为无约束) ; 西总干渠分配系数 R10= 0. 13，R17= 0. 08。

表 7. 11 中游河段入渗量与溢出量数据拟合表

表 7. 12 中游河流节点径流量数据拟合表

7. 3. 2. 3 规划模型对水资源系统的仿真性分析

利用规划模型数据拟合形成的各种水资源量，可绘制从莺落峡到正义峡河流节点的径流量及节点间的渠道引水量、地下水溢出量 ( 负值为河水入渗量) 等过程线 ( 图 7. 11～图 7. 13) ，以分析水资源系统输入—输出特征及其影响因素。

图 7. 11 莺落峡—正义峡河流节点规划的年与各期径流量曲线

图 7. 12 莺落峡—正义峡河流节点规划的径流量及区间引水量与溢出量曲线

图 7. 13 莺落峡—正义峡河流节点规划的径流量及累积引水量与溢出量曲线

黑河干流引水量以莺落峡—草滩庄间最大、马尾湖—正义峡间最小，大桥—高崖—唐湾—芦湾墩—马尾湖间河段干渠引水量变化不大。地下水溢出量在大桥—高崖间最大，高崖以下河段地下水溢出量逐渐变小。

黑河干流全年及春夏灌期 ( A) 和夏冬灌期 ( B) 的河道下泄量变化可分为三段: 莺落峡—大桥为快速减少段，主要受草滩庄之上渠道引水控制，也受河水渗失影响; 大桥—塘湾为增长较快—平缓段，受地下水溢出和渠道引水双重因素控制; 塘湾—正义峡为慢速减少段，主要受渠道引水控制，也受地下水溢出影响。

黑河干流非灌溉期 ( C) 的河道下泄量变化可分为两段: 莺落峡—大桥为极缓慢减少段，仅受河水渗失影响; 大桥—正义峡为先较快增长、后极缓慢增长的增加段，仅受地下水溢出影响。

模型规划的结论是: 河道下泄量变化的主要控制因素是莺落峡来水量、河道引水量及大桥—塘湾段的地下水溢出量，这与第 4 章的分析结论是一致的。

这充分证明规划模型对水资源系统的宏观把握是正确的，对系统结构与功能的刻画从宏观尺度是有较高仿真性的，可作为中游地区水资源规划的数学模型。