内蒙古河套灌区节水潜力的估算
- 格式：pdf
- 大小：195.59 KB
- 文档页数：5
第19卷第1期2003年1月农业工程学报TransactionsoftheCSAEVol.19 No.1Jan. 2003
内蒙古河套灌区节水潜力的估算
傅国斌,李丽娟,于静洁,刘昌明
(中国科学院地理科学与资源研究所)
摘 要:从作物需水量出发,考虑经济需水量、有效降水补给、生育期作物地下水利用量、输水损失、田间损失、无效蒸腾、非充分灌溉系数等因素后,建立了一个节水潜力的理论计算公式,继而利用一个调节因子,求得实际节水潜力。利用此方法对内蒙古河套灌区近、中、远期的节水潜力进行了估算,结果表明,河套灌区远期的节水潜力(灌溉面积100%达到目前的节水灌溉标准,这在今后25～30年时间里完全可以实现),在不考虑压盐用水的情况下,可达20.02亿m3,约为现状用水量的40%左右。关键词:农作物需水量;节水潜力;内蒙古河套灌区中图分类号:S271;S274.4 文献标识码:A 文章编号:100226819(2003)0120054205
收稿日期:2001211226 修订日期:2002211225基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G1999043601和G1999043602);国家“九五”重点科技攻关项目子专题(982928201201205)作者简介:傅国斌,男,副研究员,在职博士生,主要从事水文水资源的研究。北京安外大屯路 中国科学院地理科学与资源研究所,1001011 引 言
农业灌溉是我国的用水大户,因此,大力发展节水灌溉是缓解我国水资源供需矛盾的主要途径之一。而灌区
节水潜力的准确估算,不仅对灌区节水灌溉规划有科学的指导意义,而且对区域水资源的优化配置、大型水利枢
纽工程的规划和设计、乃至区域经济发展等都有着十分重要的现实意义。
2 灌区节水潜力估算的方法
到目前为止,国内外对节水潜力的内涵还没有一个公认的标准,相应地对节水潜力的计算也就没有一致的方法。大多数涉及节水潜力的估算,都是从单一的节水灌溉技术出发[1～3]。Kromm等人[4]对美国堪萨斯、内布拉斯加、俄克拉何马、得克萨斯等州709个灌溉用户39种节水措施的调查表明,节水措施于地点、水源、水深、年龄、受教育程度等诸多因素有关。本文从作物需水量出
发,提出了一种计算灌区节水潜力的方法。该方法首先以作物需水量为起点,考虑经济需水量、有效降水补给、生育期作物地下水利用量、输水损失、田间损失、无效蒸腾、非充分灌溉系数等因素后,构造了一个在此种条件下的
理论节水潜力的计算公式,继而利用水资源利用管理水
平、大众的节水意识、水的价格、有关水的法规的制定和执行情况、水利投资等限制因子,求得现实节水潜力。其基本的计算流程框图如图1所示。
2.1 农作物需水量农作物需水量是农业节水的核心问题,因为节水必须有个基本标准,这个标准的基本依据就是农作物需水量。虽然对于农作物需水量,国内外还没有一个技术权威
的定义,但对作物需水量的估算和测定,多数学者有着较为一致的方法,其一般的计算公式为[5,6]
ET=KcET0(1)
式中 ET——作物需水量;Kc——作物系数;
ET0——参考作物腾发量(referencecrop
evapotranspiration),代表气象条件对作物需水量的影响。作物系数是计算作物需水量的重要参数,它反映了作
物本身的生物学特征、产量水平、土壤耕作等条件对作物
需水量的影响。
图1 灌区节水潜力的计算流程框图Fig.1 Flowchartofcalculationofwater2savingpotentialintheirrigationdistrict
2.2 农作物经济需水量现代作物水分生产函数表明,作物产量与水分之间
的曲线可大致划分为3个不同的阶段:在第一阶段,作物
产量随水分增加而明显增加,这就是灌区和雨养农业区
产量相异的主要原因;在第二阶段,作物产量虽然仍随水
分的增加而增加,但增加的幅度明显降低,其一阶导数呈
减小趋势,二阶导数成为负值;在第三阶段,作物产量会
随着水分的增加而减少,这正是我国南方渍害的理论解
释。利用式(1)所获得的农作物需水量实际上是曲线上的
第二个拐点,即单位面积产量最大的作物需水量。但如果45
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.我们从水分生产效率的角度出发,则第一个拐点才是真
正意义上的农作物需水量,此时水分生产效率最高,一阶
导数达到极大值[7,8],本文将此时的农作物需水量称之为“经济需水量”。
2.3 净灌溉需水量净灌溉需水量(In)是指需要用灌溉等方式来满足
作物正常生长的那部分水量,在数量上等于作物需水量
减去有效降水量及作物直接耗用的地下水,即
In=ETc-Pe-G-(Wf-Wo)(2)式中 Pe——有效降水量,通常用ΑP求得;G——作物
直接耗用的地下水量;Wf、Wo——作物生长期结束和
开始时的土壤含水量。
2.4 毛灌溉定额因为在输水过程中存在着不可避免的损失,因此作
物需要灌溉的水量较净灌溉需水量要高。毛灌溉定额
(Ig),就是净灌溉定额加上不可避免的最小水损失。在数量上,毛灌溉定额可以利用净灌溉需水量和各个环节
水的水分利用率求得,即
Ig=In(b1×b2)(3)式中 b1——渠系水利用系数,一般是末级固定渠道放
出的总水量与渠道引进的总水量的比值;b2——田间水
利用系数。
2.5 非充分灌溉条件下灌溉定额在很多情况下,作物灌溉由于受灌溉水源、灌溉设
施、灌溉技术、监测设施等因素的制约,很难做到适时适
量灌溉,所以作物灌溉一般都是非充分的。但在实际应用
中,这个定额非常难以确定。在本研究中,我们利用灌区
实际灌溉量和农作物需水量之间的关系,大致概化一个
非充分灌溉系数(b3),这样作物在非充分灌溉条件下的
灌溉定额Im就可由下式简单求得
Im=Ig×b3(4)
2.6 非充分灌溉条件下灌溉需水量非充分灌溉条件下灌溉需水量(Wi)等于各种作物
非充分灌溉条件下灌溉定额与该种作物灌溉面积乘积之
和,即
Wi=∑(K×Imj×Aj) j=1,2,…,N(5)
式中 K——折算系数,因为理论灌溉定额在这里是毫
米深的概念,灌溉面积通常是公顷等,而理论灌溉用水应
该是万(或亿)立方米;Imj——第j种作物在非充分灌溉条件下的灌溉定额;Aj——第j种作物的灌溉面积;
N——区域(灌区)的作物种类。
2.7 理论节水潜力本研究节水潜力的估算是将某一基准年的实际灌溉
用水量和灌区在非充分灌溉条件下灌溉需水量的差值作
为理论上的节水潜力,其通用的方程式为
Wp=Wb×Wi(6)
式中 Wp——理论节水潜力;Wb——某一基准年实
际灌溉用水量。
2.8 现实节水潜力理论节水潜力是理想情景下,可以节约出来的最大
水量。在社会发展的特定阶段,现实节水潜力主要取决于
管理水平、大众的节水意识、水的价格、有关水的法规、水
利投资等几个因素,即
Wa=Β×Wp式中 Wa——实际的节水潜力;Wp——理论节水潜
力;Β——实际节水潜力占理论节水潜力的比例,它取决
于水资源利用管理水平、大众的节水意识、水的价格、有
关水的法规的制定和执行情况、水利投资等诸多因素。
2.9 不同阶段节水潜力估算社会不同发展阶段的节水潜力,主要取决于科学技
术、社会经济的发展水平和灌区需水程度,依据上面对实
际节水潜力估算的公式,不同阶段的节水潜力主要受以
下几组参数的影响:提高水分生产效率,使农作物经济需
水量降低;充分利用雨水和地下水,降低净灌溉需水量;提高水的利用率,包括提高渠系水利用系数和田间水利
用系数;适度提高非充分灌溉系数,使作物取得稳产和高
产;调整作物种植结构,降低灌区需水量;提高现实节水
潜力占理论节水潜力的比例Β,最大限度的挖掘节水潜
力。
3 内蒙古河套灌区节水潜力的估算
内蒙古河套灌区位于内蒙古自治区的西部,是全国
三大特大型灌区之一,也是内蒙古自治区和黄河流域重
要的粮、油、糖基地。
3.1 近、中、远期河套灌区发展预测
1)内蒙古河套灌区农作物种植结构。1997年内蒙古河套引黄灌区各种农作物的种植面积见表1。
表1 1997年内蒙古河套灌区各种主要作物的种植面积Table1 CropplantingareasintheHetaoIrrigationDistrict(1997)1000hm2
区 域粮豆作物
小麦玉米夏杂秋杂(套种
)经济作物
葵花油料甜菜林果牧草
一 干19.933.246.145.053.423.692.282.1510.515.53解 放85.779.281.313.7168.9410.166.306.115.5114.60永 济52.4014.358.7110.7847.9913.194.568.872.233.27义 长60.5115.855.1315.4235.2533.6224.9412.631.393.79乌拉特34.296.982.258.8520.3510.528.936.850.372.38小 计252.9149.7123.5343.80175.9571.1847.0136.6120.0529.5755 第1期傅国斌斌等:内蒙古河套灌区节水潜力的估算
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 2)内蒙古河套灌区主要农作物需水量。依据文献[5,6]等参考资料,河套灌区主要作物需水量如表2。
表2 内蒙古河套灌区主要作物需水量Table2 CropwaterrequirementintheHetaoIrrigationDistrictmm
区 域小麦玉米夏杂3秋杂33套种333葵花油料甜菜林果3333牧草33333
计算采用
值一 干510549390.7488.5703.5521555604.5414.3559.5解 放492526.5390.7488.5651521532.5591414.3555永 济487.5526.5390.7488.5648521532.5588414.3552义 长505.5546390.7488.5672521553.5600414.3570乌拉特495534390.7488.5657521540588414.3555试验值498.3420～490.5435～565.5594～784.5550.5注:3大豆资料;33谷子资料;333小麦、玉米套种的资料;3333苹果资料;33333苜蓿资料。
3)河套灌区主要农作物经济需水量。虽然理论上在
作物水分生产函数中存在拐点。但在实际中很难确定,这
不仅与试验的地点、周边的环境、作物的品种等有关,而
且受人类的灌溉水平、工程措施、科技水平、管理水平等
的影响。河套引黄灌区,农作物经济需水量在近、中、远期
如果分别取农作物需水量的0.9、0.85和0.8,则可简单
求得主要作物在近、中、远期的经济需水量。
4)河套灌区主要农作物生育期的有效降雨和直接耗用地下水
内蒙古河套灌区属于温带大陆性干旱半干旱气候,降水稀少,区内多年平均降水量139.8～222.2mm,且
具有明显的东西分带性,降水量有自东向西、由南向北递
减的规律。尽管年降雨量十分有限,但还是存在着明显的
干湿季。夏秋两季(6～11月)降水量在144.4mm,占全
