水分生产率计算方法及其应用

水分生产率计算方法及其应用

李远华赵金河张思菊杨道明刘明忠

摘要水分生产率反映水量的投入产出效率，是节水灌溉与高效农业发展的重要指标之一。本文讨论了水分生产率的概念、计算方法、影响因素，指出了水分生产率在我国应用中应注意的问题。

关键词水分生产率作物水分生产率灌溉水分生产率

水分生产率

近年来，国内外越来越多地采用“水分生产率”来衡量水资源利用状况或灌区的用水管理水平。但由于问题不同，出发点不同，采用的分析计算方法不同，结论也不同，甚至还会产生一些误解。所以，我们有必要把水分生产率的概念、计算方法、影响因素和用途搞清楚。

一、水分生产率概念

1.水分生产率

水分生产率指单位水资源量在一定的作物品种和耕作栽培条件下所获得的产量或产值，单位为kg/m3或元/m3。它是衡量农业生产水平和农业用水科学性与合理性的综合指标。狭义的水分生产率还有作物水分生产率和灌溉水分生产率。作物水分生产率指作物消耗单位水量的产出，其值等于作物产量（一般指经济产量）与作物净耗水量或蒸发蒸腾量之比值。灌溉水分生产率指单位灌溉水量所能生产的农产品的数量。

2.水量平衡描述

水量平衡是指一定时段内测算区域上各项收支水量相等。

（1）入流量：指流入计算区域内的所有水量，包括降水、灌溉水、地表水和地下水流入量，其值为毛入流量。净入流量为毛入流量加上计算区域内地下水、土壤水等储水量变化量，如果在某一计算期内，计算区域内储水量减少，则净入流量大于毛入流量，反之，则净入流量小于毛入流量。

（2）可利用水量：在净入流量中，扣除下游计划用水量，均为本区域可利用水量。由于总有部分水量不可利用或

调配，区域内消耗水量只占可利用水量的一定比例。

（3）消耗水量：消耗水量指区域内的水使用后或排出后不可再利用。它是水分计算中的一个重要的概念，一般人们所关注的水分生产率正是指每单位消耗水量所获得的利益。水分消耗的途径包括作物蒸腾、水分蒸发，流入海洋、沼泽、咸水体或其他无法利用或不易利用的区域，被污染后不能再利用，合成植物体等。显然，水分消耗有符合人类目的生产性消耗和与人类特定目的不一致的非生产性消耗。高效用水也就是要减少这种非生产性消耗。

（4）出流量：指区域内没有用于消耗的那部分水量，包括调配水量与非调配水量。调配水量指根据政府部门或水管理单位的水权、水法等法规规定的必须分配出来用于下游各部门以及本区域非灌溉的那部分水量，如养殖、环保等；而非调配水量是指出流量中扣除调配水后所剩余的水量，主要是由于区域内蓄水、保水设施不足及管理运行措施不当而没有被利用。由于非调配水量可以被本区域再利用或被其他区域利用，所以提高非调配水的重复利用率就成为节水灌溉的重要途径之一。

3.评价指标

表征水分利用情况主要用水分消耗利用百分比例和水分生产效率有关参数来表示。虽可用消耗水的利用率或生产性耗水比例反映水分利用情况，但这类指标不能反映出水分消耗的有益程度。因此，引入水分生产率，以反映水的利用效率及产生的经济效益。它不仅反映出水分消耗与作物产量的关系，而且还反映出作物甚至是非农业方面水分的利用情况。总的目的是明确水分消耗和转化的途径，使我们对水分的利用朝高效节水方向发展。

二、水分生产率计算方法

1.作物水分生产率：WPc=Y/M+P+d1或WPc=Y/ET2式中，WPc——作物水分生产率kg/m3；Y——作物产量kg/hm2；ｍ为净灌溉水量（m3/hm2）；p——有效降水量（m3/hm2）；d——地下水补给量（m3/hm2）；ET——作物蒸发蒸腾量m3/hm2。用式（1）计算时，也叫农田水分生产率。

2.灌溉水分生产率：灌溉水分生产率能综合反映灌区的农业生产水平、灌溉工程状况和灌溉管理水平，直接地显示出在灌区投入的单位灌溉水量的农作物产出效果。灌溉水分生产率有效地把节约灌溉用水与农业生产结合起来，既可以

避免片面地追求节约灌溉用水量而忽视农业产量的倾向，又可防止片面地追求农业增产而不惜大量增加灌溉用水量的倾向。但单位面积灌溉水量不仅受灌溉工程条件和灌溉管理水平的影响，而且受年降水量和作物种植结构的影响，灌溉水分生产率在年际间、地区间不具备可比性。实践中，往往采用灌溉水分生产率的多年平均值（包含不同水文年份）作为宏观评价指标。

WPi=Y/Wi3

式中，WPi——灌溉水分生产率kg/m3；Y——全灌区作物总产量kg或平均产量kg/hm2；Wi——全灌区总的灌溉用水量m3或单位面积灌溉用水量（毛灌溉定额）m3/hm2。

3.水分生产率：广义的水分生产率是评价区域水分利用效率最客观的指标之一。在“资源型缺水”时，水分生产率也是评价区域水分利用效率的最重要指标。

WP=Y/W+P+U-D±Δ4式中，WP——某一区域的水分生产率kg/m3；Y——某一区域内作物总产量kg；W——从地面进入该区域内的总水量m3；P——进入该区域内的总降水量m3；U——地下水补给量以及通过侧渗进入该区域内的总水

量m3；D——流出该区域的总水量m3；Δ——该区域内的储水量变化，储水量减少为正，反之为负m3。

广义的水分生产率包含了总降水量（不是有效降水量），降水利用率越高，水分生产率越高；同时，区域内水的重复利用率越高，水分生产率越高。因此，追求水分生产率与我国的节水灌溉目标是一致的。

由于作物蒸发蒸腾消耗只占区域水分总消耗的一部分，因此对于封闭区域，按式（4）所计算的结果始终小于按式（2）计算的结果。

值得指出的是，无论采用何种计算方法，各因素应采用实测值或通过水量平衡计算；否则，评价失去意义。

国内外部分作物水分生产率成果如表１和表2。其中，表1中数值按式（1）计算，表2中数据系根据灌区历年实测灌溉用水量和当地政府作物产量、种植面积年报表，按式（3）计算。

三、讨论

1.由于水分生产率体现水量投入的产出效率，与我国推行的节水灌溉根本目标一致，可以促进降水利用率的提高和水的重复利用率提高。如果仅以提高灌溉水利用系数作为惟一或最重要目标与导向，则各灌区必然将渠道衬砌防渗漏作为节水的最主要措施，甚至是惟一的措施，这样将不利于我国节水灌溉事业的健康发展。因此，在我国将水分生产率作为灌溉工程评价指标之一是十分必要和迫切的。

2.虽然广义的水分生产率 按式（4）计算 是评价区域水分利用效率最客观的指标之一，概念也很明确，但它在我国还很难在短期内作为统一评价指标的计算方法。即便在计算方法统一后，资料的积累也还需要有一个过程。事实上，在1997年由国际水管理研究院（IWMI）D.Molden等人系统地提出水分生产率计算方法后，由于资料达不到该计算方法的要求，按式（4）计算水分生产率在国外也不普遍，而简便的计算方法又不统一，这也是各地计算出的水分生产率还不具备可比性的原因之一。

3.我国目前有条件、有必要采用的指标为狭义的水分生产率，即作物（或农田）水分生产率和灌溉水分生产率。灌溉水分生产率的多年平均值（包含不同水文年份）可作为宏观评价指标，亦可评价同一灌区不同阶段（如实施节水灌溉