农田水利对粮食增产贡献最大的是发展灌溉农业，同时也包括建设防洪抗旱减灾防灾体系、开展水土保持工作和推广重大农业节水技术等措施，减少农业灾害损失。定量分析农田水利对粮食生产的贡献考虑的因素主要包括：全国及分省耕地面积、结构和分布，全国及分省有效灌溉面积、实灌面积、灌溉用水量、灌溉用水定额，全国及分省农作物总播种面积及分品种构成、分省农作物复种指数，全国及分省灌溉耕地粮食作物（水稻、小麦和玉米）面积及单产、全国及分省旱地粮食作物（小麦和玉米）面积及单产、防汛抗旱、水土保持等减灾防灾减少损失等。
测算水利贡献的总体思路为有无对比原则，分别测算灌溉对粮食总产的贡献率和防灾减灾对粮食总产的贡献率，总的贡献率为二者之和。考虑到不同年度之间可能存在差异以及相关统计和试验数据的可获得性和可比性，这里选取2010年进行测算。
因水稻、小麦、玉米三大品种产量约占全国粮食总产的90%左右，分析灌溉对粮食生产的贡献，就重点分析灌溉对水稻、小麦、玉米三大品种的影响。测算灌溉对粮食总产的贡献率的具体方法是，分别按水稻、小麦和玉米三大品种，分省计算由于灌溉带来的增产数量，各品种增产数量等于该品种灌溉播种面积与单位灌溉面积的增产数量相乘之积，然后对各品种各省增产数量进行汇总，计算三大品种全国增产总量及其占当年全国粮食总产量的比例，这一比例就是灌溉贡献率。
由于水稻基本上都种植在灌溉面积上，水稻的灌溉增产与小麦和玉米的灌溉增产有所不同，是一种相对增产，计算原理是：假定某一地块没有农田水利设施，只能种植小麦或玉米且属雨养农业，有了水利以后，就可以种植水稻，而且水稻与小麦或玉米有个产量差（这些产量为分析时点的数值），该差值理解为农田水利措施影响，视为水利的贡献。这样，水稻的单位灌溉面积增产数量是水稻单产与当地旱地小麦和玉米（加权）平均单产之差，而小麦的单位灌溉面积增产数量是灌溉耕地小麦单产与旱地小麦单产之差，玉米的单位灌溉面积增产数量是灌溉耕地玉米单产与旱地玉米单产之差。灌溉耕地小麦单产与旱地小麦单产之差，是参考中国工程院相关报告的灌溉耕地小麦单产与旱地小麦单产之比并进行年度调整，以当年当地小麦实际单产、灌溉耕地小麦面积与旱地小麦面积的构成为依据计算形成的。灌溉耕地玉米单产与旱地玉米单产之差的计算方法，与灌溉耕地小麦单产与旱地小麦单产之差的计算方法相同。
各地各品种灌溉面积根据各地实际农田灌溉面积统计数据计算，按照水稻、棉花、蔬菜、小麦、玉米的顺序和全国农作物耕作制度分区特点，结合各地有效灌溉面积和耕地面积统计数据进行分配，各种作物灌溉面积之和等于农田灌溉总面积，灌溉耕地小麦面积与旱地小麦面积之和为小麦总播种面积，灌溉耕地玉米面积和旱地玉米面积之和为玉米总播种面积。
按照耕作制度和区域生产特点，将全国农作物生产结构特点进行分区（全国耕作制度12个一级分区）。为了方便计算，水稻播种面积均视为灌溉面积，其播种面积和产量从统计年鉴获取；小麦、玉米等作物播种面积应根据种植制度合理确定。同时，棉花、蔬菜对灌溉有较强的依赖性，对重点产棉区、蔬菜种植区，除三大品种外，还要考虑这些品种的影响。
一年一熟地区，以灌溉面积为控制，扣除水稻面积后，分别确定小麦、玉米等作物播种面积；一年多熟地区，应合理分析与水稻（早稻、晚稻、中稻、单季稻）同一季生长的其他作物情况，确定播种面积。在灌溉面积上同期播种的作物面积不应超过灌溉面积，间种、套种地区除外。
一季种植区应同时满足：
多季种植区应满足：
式中：
a稻——水稻播种面积，一季种植区由统计年鉴获取；
a中稻、a早稻max、a晚稻max——分别为中稻、早稻、晚稻播种面积；
a麦、a玉米、a其他——有效灌面上各作物播种面积；
a麦max∪a玉米max——有效灌面上小麦或玉米播种面积的最大值；
a早稻max∪a晚稻max——有效灌面上早稻或晚稻播种面积的最大值；
m稻、m麦、m玉米、m其他——分别为各种作物的灌溉用水定额；
ai——有效灌面上各种作物播种面积；
mi——各种作物灌溉用水定额；
η干——斗口以上干渠的渠系水利用系数；
V灌溉——灌溉用水量。
图4-2 农田水利对粮食生产贡献模型考虑的因素和过程
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