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基于分區(qū)的海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力評估工作的若干思考

文檔作者：宋秋波1 丁志宏1 楊朝瀚2 文檔來源： 1.天津市中水科技咨詢有限責任公司 2.水利部海河水利委員會		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年03月04日
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收稿日期：2016—05—25
基金項目：水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目（201101016）
作者簡介：宋秋波（1980—），男，高級工程師，主要從事水資源咨詢工作。
海河流域水資源貧乏，多年平均水資源總量
370億m3，人均水資源量270 m3，僅為全國人均水資
源量的12.8 %，是全國七大江河流域中人均水資源
量最少的流域。2012年海河流域現(xiàn)狀共有大型灌
區(qū)48個、中型灌區(qū)306個，農(nóng)業(yè)總用水量252億m3，
占總用水量的67.77%。其中，農(nóng)田灌溉用水量
221.85億m3，占農(nóng)業(yè)用水量的88.03％；林牧漁業(yè)用
水量30.15億m3，占農(nóng)業(yè)用水量的11.97％。海河流
域現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)灌溉呈現(xiàn)出用水量大、效率較低、保障率
不高、節(jié)水潛力巨大等特點。
為了實現(xiàn)以水資源的可持續(xù)利用支撐流域社
會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展的目的，規(guī)模化發(fā)展節(jié)水灌
溉、全面提高農(nóng)業(yè)用水效率是海河流域農(nóng)業(yè)灌溉事
業(yè)發(fā)展的必由之路，是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一項重大戰(zhàn)
略和根本性措施。
為了按照自然和經(jīng)濟規(guī)律以及水資源開發(fā)利用
條件來擬定各區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源高效利用的方向、措
施以及管理意見，便于指導海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉
的分區(qū)管理工作，2015年，海委組織開展了海河流
域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究工作，編制完成《海河流域農(nóng)業(yè)
節(jié)水分區(qū)研究》成果報告，以海河流域水資源三級區(qū)
套地市單元為分區(qū)基本評價單元，采用模糊聚類方
法將海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)構(gòu)建為由山前平原區(qū)
（含冀東平原區(qū)、北京平原區(qū)、天津平原區(qū)、冀中南平
原區(qū)4個二級區(qū)）、中部及東部濱海平原區(qū)（含邯鄲
平原區(qū)、邢臺衡水平原區(qū)、滄州平原區(qū)3個二級區(qū)）、
南部引黃平原區(qū)（含漳衛(wèi)河平原區(qū)、徒駭馬頰河區(qū)2
個二級區(qū)）、北部燕山區(qū)（含北部山區(qū)、北京山區(qū)、天
津山區(qū)、中東部山區(qū)4個二級區(qū)）、西北部太行山區(qū)
（含大同朔州山區(qū)、烏蘭察布山區(qū)、張家口山區(qū)3個
二級區(qū)）、西部太行山區(qū)（含北京山區(qū)、邯鄲山區(qū)、一
般山區(qū)等3個二級區(qū)）6個一級區(qū)、19個二級區(qū)組成
的層次化分區(qū)體系。
1 評估目的和意義
基于分區(qū)的海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力評估工作的
目的是在所劃分得到的農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)體系的基礎(chǔ)
上，實現(xiàn)不同條件、不同層次分區(qū)層面上的農(nóng)業(yè)節(jié)水
潛力評估，為流域機構(gòu)實施農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉管理工作
提供引導性、參考性指標。
評估工作應(yīng)通過調(diào)查研究海河流域不同分區(qū)節(jié)
水農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展態(tài)勢，分析現(xiàn)有各類節(jié)水措施的
特點和適用性，結(jié)合流域的自然地理條件、水資源特
點、農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)水平和耕作土地資源的狀況，按照
最嚴格水資源管理制度確定的水資源開發(fā)利用的總
量與效率控制指標，提出不同層次、不同頻率、不同
水平年等評價因素組合情形下的各個分區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)
水潛力，為海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水工作的宏觀決策、分類
指導、規(guī)劃編制、項目審查、工程建設(shè)等提供科學基
礎(chǔ)和參考依據(jù)。
DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2016.05.001
基于分區(qū)的海河流域
農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力評估工作的若干思考
宋秋波1，丁志宏1，楊朝瀚2
（1.天津市中水科技咨詢有限責任公司，天津300170；2.水利部海河水利委員會，天津300170）
摘要：總結(jié)了在流域?qū)用嫔祥_展基于分區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力評估工作的目的和意義，提出了分區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力的
評估原則和技術(shù)路線，概括了了農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力的3 個層次，剖析了3 個層次節(jié)水潛力的計算流程，以期為有關(guān)方
面開展農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力評估工作提供技術(shù)參考。
關(guān)鍵詞：海河流域；節(jié)水區(qū)劃；節(jié)水潛力；評估原則；技術(shù)路線；潛力層次；技術(shù)參考
中圖分類號：TV213.4；S274 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7328（2016）05-0001-04
·水資源· 海河水利2016.No.5
萬方數(shù)據(jù)
2016年10月
評估工作可以在摸清流域水資源家底、掌握現(xiàn)
狀農(nóng)田灌溉發(fā)展情況的同時，進一步增強流域機構(gòu)
對各個分區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉管理工作的指導性，是貫徹落
實“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”新時
期治水思路的重要基礎(chǔ)工作，是推進實施《國家農(nóng)業(yè)
節(jié)水綱要（2012—2020年）》的必要技術(shù)工作，是流
域機構(gòu)履行對流域農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工作進行宏觀指導
和組織工作職責的重要抓手，是合理開發(fā)與高效利
用農(nóng)業(yè)水資源的引導性指標之一，是確定節(jié)水工程
建設(shè)規(guī)模和采取節(jié)水灌溉措施的科學參考。
2 評估原則與技術(shù)路線
2.1 評估原則
基于分區(qū)的海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力評估工作是
在分析海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)的自然地理、社會經(jīng)
濟等節(jié)水灌溉保障和約束條件的基礎(chǔ)上，深入剖析
各種節(jié)水措施的優(yōu)缺點和適用性，實現(xiàn)發(fā)展需求與
技術(shù)可能之間的有效對接，結(jié)合最嚴格水資源管理
制度確定的水資源開發(fā)利用的總量控制和效率控制
紅線，提出不同層次和不同目標相互結(jié)合形成的開
發(fā)利用框架下的分區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力，為流域機構(gòu)履
行節(jié)水灌溉工作的管理和指導職能服務(wù)。
為此，評估工作的原則可確定如下：
（1）突出水資源條件的約束與保障作用。海河
流域水資源貧乏，發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉要把水資源條件作
為首要影響因素予以考慮，明確“以水定需、以水定
地”，將水資源開發(fā)利用紅線擺在發(fā)展灌溉（節(jié)水灌
溉）面積的前面；同時，針對流域水資源開發(fā)利用和
配置的相關(guān)規(guī)劃，充分考慮南水北調(diào)、引黃等流域外
調(diào)水以及地下水壓采等形成的流域水資源配置新格
局對發(fā)展灌溉與節(jié)水灌溉的影響。
（2）體現(xiàn)自然社會經(jīng)濟條件對于節(jié)水灌溉發(fā)展
的約束性。在考慮不同分區(qū)發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的條
件不同、途徑不同、需求不同的同時，也要關(guān)注同一
節(jié)水分區(qū)內(nèi)的不同行政區(qū)域（經(jīng)濟區(qū)）因為經(jīng)濟基
礎(chǔ)、社會需求以及節(jié)水灌溉工程基礎(chǔ)等的差異而對
節(jié)水灌溉措施的不同需求，實現(xiàn)幾者之間的協(xié)調(diào)是
開展節(jié)水潛力評估工作的基礎(chǔ)。
（3）體現(xiàn)不同層次目標對節(jié)水潛力評估工作的
引領(lǐng)作用。農(nóng)業(yè)節(jié)水的概念和內(nèi)涵非常豐富，實現(xiàn)
手段各異，影響因素不同，對于不同概念定義下的節(jié)
水潛力應(yīng)該體現(xiàn)概念和內(nèi)涵所展現(xiàn)的層次，實現(xiàn)節(jié)
水潛力的層次化的評價。
（4）體現(xiàn)主要影響因素對節(jié)水潛力量值的綜合
影響。影響農(nóng)作物理論需水量和實際需水量的主要
因素有降水量和參考作物騰發(fā)量，這兩個因素是具
有天然相關(guān)性的隨機變量，在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力
評價工作的基礎(chǔ)上，有必要統(tǒng)籌考慮二者的耦合作
用，將農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力評估工作的標準由單一考慮降
水量的不同頻率推廣到同時考慮降水量和參考作物
騰發(fā)量的不同頻率組合這一新的評價基準[1]。
2.2 技術(shù)路線
所謂潛力，即是現(xiàn)狀值與期望值的差值。經(jīng)綜
合分析，筆者認為，農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力可以定義為：在保證
糧食安全和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益不降低的前提下，通過各
類節(jié)水措施的實施而得以從現(xiàn)有農(nóng)田灌溉水量中減
少的水量。據(jù)此定義，農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力由三部分組成，
分別為水量輸配過程中的節(jié)水量、作物吸收利用過
程中的節(jié)水量、作物種植結(jié)構(gòu)中的節(jié)水量，可分別稱
之為第一層次、第二層次和第三層次上的節(jié)水潛力。
評估工作采用實證研究與理論分析相結(jié)合的工
作思路，通過資料收集、文獻調(diào)研、數(shù)據(jù)分析和指標
計算，在取水總量控制和用水效率指標約束下，將節(jié)
水潛力評估與節(jié)水措施可能這二者緊密結(jié)合，在分
析現(xiàn)狀實際農(nóng)業(yè)灌溉用水量的基礎(chǔ)上，從節(jié)水潛力
的定義出發(fā)，分析作物需水量、作物水分利用效率，
分別計算作物需水量和降水量的不同頻率組合框架
下的第一層次、第二層次和第三層次上的不同階段
的節(jié)水量，提出科學、合理、實用的的分區(qū)節(jié)水量值
體系。基于分區(qū)的海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力評估技術(shù)
路線，如圖1所示。
3 技術(shù)要點
（1）根據(jù)對農(nóng)作物耗用水量過程的深入分析，可
圖1 基于分區(qū)的海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力評估技術(shù)路線
· 2 · 宋秋波，丁志宏，楊朝瀚：基于分區(qū)的海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力評估工作的若干思考
萬方數(shù)據(jù)
2016.No.5
將海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力劃分為以下3 個層次：
①通過一定的節(jié)水技術(shù)工程措施，直接減少農(nóng)業(yè)用
水過程中的水量損失，從而減少對水資源的直接消
耗量，稱之為節(jié)水的第一層次；②在第一層次節(jié)水的
基礎(chǔ)上，通過施加其他的節(jié)水措施，提高作物將環(huán)境
要素轉(zhuǎn)化為糧食干物質(zhì)的轉(zhuǎn)化效率，使得單位用水
量所產(chǎn)出的干物質(zhì)數(shù)量有明顯增加，即通過提高水
分生產(chǎn)效率來減少對水資源的總需求量，稱之為節(jié)
水的第二層次；③在第一層次節(jié)水的基礎(chǔ)上，在確保
糧食安全和農(nóng)民收入不降低的前提下，改變作物種
植結(jié)構(gòu)，通過需水側(cè)的需水作物種類的結(jié)構(gòu)性變化
來減少灌溉水量，稱之為節(jié)水的第三層次。
第一層次的節(jié)水主要是減少灌溉用水，節(jié)水潛
力也主要或完全來自于灌溉用水，作物生產(chǎn)過程中
所需要通過灌溉予以補充的水量即為灌溉需水量。
為了討論節(jié)水潛力問題方便，同時也為了將第
一、第二和第三層次的節(jié)水量相聯(lián)接，引入基礎(chǔ)用水
量的概念[2]。基礎(chǔ)用水量可以表達為“在沒有地下
水補給、沒有鹽堿危害、沒有病蟲危害、供肥充足的
條件下，滿足作物產(chǎn)量和正常生長需求所需要實際
消耗的水量”。基礎(chǔ)用水量是從滿足生產(chǎn)目標的角
度出發(fā)，立足點在區(qū)域農(nóng)業(yè)供需水量平衡分析。
一般而言，灌溉需水量和基礎(chǔ)用水量具有如
下關(guān)系：
WRI =WRB -PE （1）
式中：WRI 為灌溉需水量（mm）；WRB 為基礎(chǔ)用水量
（mm）；PE 為有效降水量（mm）。
則第一層次節(jié)水潛力可以表達為：
WSP1 = TQI -WRI （2）
式中：WSP1 為第一層次節(jié)水潛力（mm）；TQI 為現(xiàn)狀
灌溉用水量（mm）；其他符號含義同上。
現(xiàn)狀灌溉用水量可以通過文獻調(diào)研和實地調(diào)查
等方法來確定，可以看作是一個已知數(shù)。因此，確定
第一層次節(jié)水潛力的問題就轉(zhuǎn)化為確定農(nóng)田基礎(chǔ)用
水量和灌溉需水量的問題。基于農(nóng)田灌溉的目的考
慮，可認為在采取各類工程措施挖掘第一層次節(jié)水潛
力時，不應(yīng)使農(nóng)業(yè)總用水量低于農(nóng)田基礎(chǔ)用水量，即
灌溉需水量應(yīng)該采取工程措施予以充分滿足。決定
農(nóng)田基礎(chǔ)用水量的主導因子是具有確定種植結(jié)構(gòu)的
作物的需水特性和生產(chǎn)目標，而需要通過灌溉來進行
補充的水量主要受作物基礎(chǔ)用水量和有效降水量的
影響。因此，第一層次的節(jié)水潛力就是在滿足作物基
礎(chǔ)用水量的條件下，通過實施各類節(jié)水技術(shù)措施而可
以從現(xiàn)有灌溉用水總量中予以直接減少的水量。
第二層次節(jié)水潛力主要是通過提高作物水分利
用效率來實現(xiàn)的。作物水分利用效率可以表示為單
位用水量所產(chǎn)出的干物質(zhì)數(shù)量，即：
WUE = YD/WU
（3）
則有：
WU = YD/WUE （4）
式中：WUE 為作物水分利用效率；YD 為作物干物質(zhì)
數(shù)量（kg）；WU 為用水量（m3）。
從式（4）中可知，用水量與產(chǎn)量成正比，與水分
利用效率成反比，因此提高作物水分利用效率具有
明顯的減少用水量的作用。鑒于不同措施的實踐效
果，在開展第二層次節(jié)水潛力評價時，YD 取為現(xiàn)狀
作物產(chǎn)量數(shù)值。在這個意義上來看，第二層次節(jié)水
潛力就是在保證現(xiàn)有灌溉面積上的干物質(zhì)總量不變
的基礎(chǔ)上，依靠田間農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)措施而可以使基
礎(chǔ)用水量減少的數(shù)值。
第三層次的節(jié)水潛力是在第一層次和第二層次
節(jié)水潛力分析的基礎(chǔ)上，在保證糧食安全和農(nóng)民收
入不降低的前提下，按照市場經(jīng)濟原則所確定的需
水量最小的作物種植結(jié)構(gòu)，其實質(zhì)是通過不同作物
類型組合的調(diào)整來實現(xiàn)的第一層次節(jié)水潛力，是第
一層次節(jié)水潛力的優(yōu)化組合。
綜上所述，第一層次節(jié)水潛力計算公式為：
WSP1 = TQT -Σ
i = 1
n
(WRBi -PEi)? Ai /1 000 （5）
其中，各分區(qū)第i 種作物的基礎(chǔ)需水量WRBi
（mm）可以通過參考作物騰發(fā)量ET0法來確定，現(xiàn)狀
灌溉用水量TQT（m3）、分區(qū)現(xiàn)狀種植結(jié)構(gòu)數(shù)量n、分
區(qū)有效降水量PEi（mm）及其種植面積Ai（m2）通過
調(diào)查資料來分析確定。
第二層次節(jié)水潛力計算公式為：
WSP2 =Σ
i = 1
n
WRBi[1 -YDPi ] ? YDTi ?(1 -p) ? Ai （6）
式中：WRBi 為第i 種作物的基礎(chǔ)用水量（m3）；YDPi 為
第i 種作物的現(xiàn)狀平均產(chǎn)量（kg/m2），可通過現(xiàn)狀調(diào)
查資料來獲取；YDTi 為第i種作物的潛在產(chǎn)量值（kg/m2），
可通過調(diào)查農(nóng)業(yè)部門研究資料來獲取或者通過光溫
潛力生產(chǎn)值公式來計算確定；p 為基礎(chǔ)用水量中可
以通過薄膜覆蓋、秸稈覆蓋等措施得以減少的植物
株間蒸發(fā)損失所占的最大比例；Ai 為現(xiàn)狀第i 種作
物的種植面積（m2），可以通過現(xiàn)狀調(diào)查資料確定。
第三層次節(jié)水潛力的計算可以通過改變式（5）
中的作物種類和種植面積來實現(xiàn)，具體
海河水利
（下轉(zhuǎn)第7頁）
· 3 ·
萬方數(shù)據(jù)
2016.No.5
棉花生育期內(nèi)降水較豐富，除5、9 月降水低于
同期耗水外，其他月份降水都遠大于同期耗水；棉花
全生育期耗水為391 mm，而同期有效降水為409 mm，
表明全生育期降水滿足率達100%，所以棉花生育期
內(nèi)缺水不明顯。
5 結(jié)語
（1）館陶縣主要農(nóng)作物生育期耗水量與氣溫、降
水有關(guān)，年際間存在一定變化。
（2）根據(jù)冬小麥、夏玉米、棉花生育時段的耗水
規(guī)律，館陶縣主要農(nóng)作物耗水峰值一般都出現(xiàn)在發(fā)
育期和生育中期，而在苗期和生育末期耗水較小。
冬小麥耗水峰值為4—5月，2個月的耗水總量占整
個生育期耗水總量的66%；夏玉米與棉花耗水峰值
都在7—8月，分別占整個生育期耗水總量的69%、
54%。
（3）作物耗水來源主要是有效降雨和灌溉用水。
從有效降雨分析結(jié)果來看，夏玉米、棉花生育期降水
滿足率較高，在生育期這兩種作物基本都不缺水；冬
小麥生育期降水滿足率較夏玉米和棉花低，全生育
期內(nèi)冬小麥降水滿足率僅為40%，為保證小麥高產(chǎn)
穩(wěn)產(chǎn)，必須依賴灌溉補充冬小麥生育期內(nèi)需水。
（4）館陶縣要發(fā)展“兩高一優(yōu)農(nóng)業(yè)”，必須實行科
學的灌溉管理，改善和加強田間水管理。為保證冬
小麥的生長，必須通過灌溉或其他水源進行補充。
4—5月是冬小麥需水關(guān)鍵期，必須對其進行合理灌
溉。為優(yōu)化館陶縣種植結(jié)構(gòu)、節(jié)約農(nóng)業(yè)灌溉用水量，
館陶縣可適度減少冬小麥等作物的播種面積，充分
挖掘棉花等雨熱同期秋糧作物的增產(chǎn)潛力。
參考文獻
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通過調(diào)整WRBi 、n、和Ai 值來進行。
（2）不同的降水頻率條件下，同種作物可以利
用的有效降水量是不同的。因而，在不同的降水頻
率條件下，同種作物的灌溉水需求量也是不同的，
與之相對應(yīng)的節(jié)水潛力也不相同。作為同一問題
的另一個方面，在相同的降水頻率下，作為作物需
水量計算基礎(chǔ)參考值的參考作物騰發(fā)量也是不同
的，即同樣的降水頻率下，在有效降水量利用值相
同的假設(shè)下，同種作物的需水量也是不同的。因
此，有必要同時考慮降水量和參考作物騰發(fā)量之間
的隨機變化，為農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力的定量評估提供一個
綜合考慮降水量和參考作物騰發(fā)量耦合變異情況
下的新的描述基準，此即本次評估所提出的不同頻
率組合的內(nèi)涵所在。
（3）最嚴格水資源管理制度所確定的2020年的
水資源開發(fā)利用的總量控制指標和用水效率控制指
標對于各分區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的發(fā)展具有約束性和引
導性，分區(qū)節(jié)水潛力評價應(yīng)該核算在總量和效率指
標約束下的潛力值。
綜上所述，評估工作的內(nèi)容主要是在明確規(guī)劃
水平年的總量控制和灌溉水利用系數(shù)控制指標的
基礎(chǔ)上，計算第一、第二和第三層次的節(jié)水潛力，進
而提出各個分區(qū)在不同頻率組合、不同節(jié)水潛力層
次等評價因素組合框架下的的規(guī)劃水平年節(jié)水量
值體系。
4 結(jié)語
在劃分得到海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)的基礎(chǔ)上，
繼續(xù)以分區(qū)為研究范圍，按照節(jié)水潛力的3個層次
概念框架，統(tǒng)籌考慮降水量和參考作物騰發(fā)量對節(jié)
水潛力的影響，開展基于分區(qū)的海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水
潛力評估工作。這是為流域?qū)用嫔系霓r(nóng)業(yè)灌溉規(guī)劃
與管理工作提供技術(shù)參考和基礎(chǔ)支撐的一項重要技
術(shù)工作，有利于流域管理機構(gòu)更好地實施農(nóng)業(yè)節(jié)水
灌溉方面的水行政管理工作。
參考文獻
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姚玉梅，付貴增，付曉亮，等：基于遙感監(jiān)測ET的館陶縣主要農(nóng)作物耗水規(guī)律研究
珍惜水保護水讓水造福人類
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