जल उपयोग दक्षता (WUE) और सूचकांक (WATER USE EFFICIENCY (WUE) & INDICES)

एक कुशल सिंचाई प्रणाली (efficient irrigation system) का तात्पर्य न्यूनतम संभावित हानि (minimum possible loss) के साथ स्रोत (source) से खेत (filed) में पानी का प्रभावी हस्तांतरण (effective transfer of water) है। दक्षता अवधारणा (efficiency concept) का उद्देश्य पानी के नुकसान की प्रकृति (nature of water loss) की पहचान करना और सिस्टम में सुधार के प्रकार (type of improvements) को तय करना है। सिंचाई के पानी (irrigation water) के उचित उपयोग (proper use) के लिए दक्षता (efficiency) के संदर्भ में प्रदर्शन का मूल्यांकन (Evaluation of performance) पूर्वापेक्षा (prerequisite) है।

1. सिंचाई दक्षता (Irrigation Efficiency)

इसे जल उत्पादन और जल इनपुट के अनुपात (ratio of water output to the water input) के रूप में परिभाषित किया गया है, अर्थात, सिंचित खेत, मैदान या परियोजना (irrigated farm, field or project) की फसल द्वारा उपभोग किए गए सिंचाई जल (irrigation water consumed) का स्रोत से वितरित पानी (water delivered from the source) का अनुपात या प्रतिशत (ratio or percentage)।

$$E_i = rac{W_c}{W_r} imes 100$$

जहाँ (where),

• \(E_i\) = सिंचाई दक्षता (%) (irrigation efficiency - %)
• \(W_c\) = सिंचाई परियोजना में अपनी वृद्धि अवधि के दौरान फसल द्वारा उपयोग किया गया सिंचाई का पानी (irrigation water consumed by crop during its growth period in an irrigation project)
• \(W_r\) = फसलों की वृद्धि अवधि के दौरान नहरों से पहुंचाया गया पानी (water delivered from canals during the growth period of crops)

अधिकांश सिंचाई परियोजनाओं (irrigation projects) में, सिंचाई दक्षता 12 से 34% के बीच होती है।

2. जल वाहन दक्षता (Water Conveyance Efficiency)

यह नहर नेटवर्क (canal network) से जलमार्ग (watercourses) और क्षेत्रीय चैनलों (field channels) तक जल संप्रेषण प्रणाली (water conveyance system) की दक्षता का एक उपाय है। यह आउटलेट हेड (outlet head) पर इनफील्ड (infields) में दिए गए पानी का नदी या जलाशय (river or reservoir) से नहर प्रणाली (canal system) में मोड़े गए पानी का अनुपात (ratio) है। मोड़ के बिंदु (point of diversion) से किसान के खेतों (farmer's fields) तक पहुंचने तक वाहन (conveyance) में पानी का नुकसान (Water losses) होता है, जिसका मूल्यांकन जल वाहन दक्षता (water conveyance efficiency) द्वारा निम्नानुसार (as under) किया जा सकता है:

$$E_c = rac{W_t}{W_f} imes 100$$

जहाँ (where),

• \(E_c\) = जल वाहन दक्षता, प्रतिशत (water conveyance efficiency, per cent)
• \(W_f\) = संप्रेषण प्रणाली द्वारा खेत में पहुंचाया गया पानी (क्षेत्र आपूर्ति चैनल पर) (water delivered to the farm by conveyance system - at field supply channel)
• \(W_t\) = मोड़ के बिंदु से संदेश प्रणाली में प्रवेश किया गया पानी (water introduced into the conveyance system from the point of diversion)

जल वाहन दक्षता (Water conveyance efficiency) आम तौर पर कम (low) होती है; केवल मिट्टी के जलमार्गों (earthen watercourses) में लगभग 21% नुकसान (losses) होता है।

3. जल अनुप्रयोग दक्षता (Water Application Efficiency)

यह खेत में जल अनुप्रयोग की दक्षता (efficiency of water application) का एक उपाय है। यह पानी की मात्रा का अनुपात (ratio of volume of water) है जो फसलों के जड़ क्षेत्र (root zone of crops) में जमा होता है और अंततः वाष्पोत्सर्जन या वाष्पीकरण (transpiration or evaporation) द्वारा या खेत में वास्तव में वितरित पानी की मात्रा (volume of water actually delivered) से दोनों द्वारा उपभोग किया जाता है। वैकल्पिक रूप से (Alternatively), इसे लागू किए गए पानी के प्रतिशत (percentage of water applied) के रूप में परिभाषित (defined) किया जा सकता है जिसे फसल के प्रमुख जड़ प्रणाली (principal rooting system) द्वारा कब्जा कर ली गई मिट्टी में मिट्टी की नमी में वृद्धि (increase in soil moisture) के रूप में देखा जा सकता है। इसे कृषि दक्षता (farm efficiency) भी कहा जाता है क्योंकि यह खेत (farm) में आवेदन में खोए गए पानी (water lost in application) को ध्यान में रखता है। हमारे पास है:

$$E_a = rac{W_s}{W_f} imes 100$$

जहाँ (where),

• \(E_a\) = जल अनुप्रयोग दक्षता, प्रतिशत (water application efficiency, per cent)
• \(W_s\) = कृषि मिट्टी के जड़ क्षेत्र में संग्रहीत सिंचाई जल (irrigation water stored in the root zone of farm soil)
• \(W_f\) = खेत में पहुंचाया गया सिंचाई का पानी (क्षेत्र आपूर्ति चैनल पर) (irrigation water delivered to the farm - at field supply channel)

सामान्य तौर पर, जल अनुप्रयोग दक्षता (water application efficiency) कम हो जाती है क्योंकि प्रत्येक सिंचाई के दौरान पानी की मात्रा (amount of water) बढ़ जाती है। खेत में पानी के अक्षम उपयोग (inefficient application of water) के कारण पानी का नुकसान (Water losses) 28 से 50% तक भिन्न (vary) होता है।

अनुप्रयोग के दौरान सिंचाई के पानी के नुकसान के सामान्य स्रोत (Common sources of loss of irrigation water) इस प्रकार प्रस्तुत किए गए हैं:

• \(R_f\) = खेत से सतही अपवाह (surface runoff from the farm)
• \(D_f\) = खेत के जड़ क्षेत्र की मिट्टी के नीचे गहरा रिसाव (deep percolation below the farm root zone soil)

अनुप्रयोग के दौरान वाष्पीकरण हानियों (evaporation losses) की उपेक्षा (Neglecting) करते हुए, हमारे पास है:

\(W_f = W_s + D_f + R_f\)

$$E_c = rac{W_f - (D_f + R_f)}{W_f} imes 100$$

4. जल उपयोग दक्षता (Water Use Efficiency)

उपयोग के बिंदु (point of use) तक पानी पहुंचाने और इसे लागू करने (having applied it) के बाद, चिंता की अगली दक्षता अवधारणा (next efficiency concept of concern) पानी के उपयोग की दक्षता (efficiency of water use) है। इसे किग्रा/हेक्टेयर सेमी (kg/ha cm) में व्यक्त (expressed) किया जाता है। परियोजना पर वितरित और लाभकारी रूप से उपयोग (beneficially used) किए गए पानी के अनुपात (proportion) की गणना निम्नलिखित सूत्र (following formula) का उपयोग करके की जा सकती है:

$$E_u = rac{W_u}{W_d} imes 100$$

जहाँ (where),

• \(E_u\) = जल उपयोग दक्षता, प्रतिशत (water use efficiency, per cent)
• \(W_u\) = लाभकारी रूप से उपयोग किया गया पानी (water beneficially used)
• \(W_d\) = वितरित पानी (water delivered)

जल उपयोग दक्षता (Water use efficiency) को (i) फसल जल उपयोग दक्षता (crop water use efficiency) और (ii) क्षेत्रीय जल दक्षता (field water efficiency) के रूप में भी परिभाषित (defined) किया गया है।

यह फसल की उपज (Y) (yield of crop) का वाष्पोत्सर्जन (ET) (evapotranspiration) में फसल द्वारा कम किए गए पानी (water depleted) की मात्रा का अनुपात (ratio) है।

$$CWUE = rac{Y}{ET}$$

जहाँ (where),

• \(CWUE\) = फसल जल उपयोग दक्षता (Crop water use efficiency)
• \(Y\) = फसल की उपज (Crop yield)
• \(ET\) = वाष्पोत्सर्जन (Evapotranspiration)

CWUE को उपभोग्य जल उपयोग दक्षता (consumptive water use efficiency) भी कहा जाता है। यह फसल की उपज (Y) (crop yield) और फसल की वृद्धि (G) (crop growth) के लिए उपयोग किए जाने वाले पानी की मात्रा के योग (sum), सीधे मिट्टी की सतह (E) (soil surface) से वाष्पित (evaporated) और पर्ण (T) (foliage) के माध्यम से वाष्पित (transpired) या उपभोग्य उपयोग (consumptive use - Cu) का अनुपात (ratio) है:

$$CWUE = rac{Y}{G + E + T}$$

जहाँ (where),

\(G + E + T = Cu\)

दूसरे शब्दों में (In other words) ET Cu है क्योंकि फसल के विकास (crop growth) के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला पानी नगण्य (negligible) है।

$$CWUE = rac{Y}{CU}$$

इसे kg/ha/mm या kg/ha/cm में व्यक्त (expressed) किया जाता है।

यह फसल की उपज (Y) (yield of crop) और खेत में उपयोग किए गए पानी (water used in the field) की कुल मात्रा का अनुपात (ratio) है।

$$FWUE = rac{Y}{WR}$$

जहाँ (where),

• \(FWUE\) = क्षेत्रीय जल उपयोग दक्षता (field water use efficiency)
• \(WR\) = पानी की आवश्यकता (water requirement)

यह फसल की उपज (crop yield) का खेत में उपयोग किए जाने वाले पानी (WR) (water used in the field) का अनुपात (ratio) है जिसमें वृद्धि (G) (growth), मिट्टी की सतह से सीधा वाष्पीकरण (E) (direct evaporation from the soil surface), वाष्पोत्सर्जन (T) (transpiration) और गहरे रिसाव की हानि (D) (deep percolation loss) शामिल है।

$$FWUE = rac{Y}{G + E + T + D}$$

\(G + E + T + D = WR\)

इसे kg/ha/mm (या - or) kg/ha/cm में व्यक्त (expressed) किया जाता है।

चावल की फसल (rice crop) के लिए गहरा रिसाव (Deep percolation) महत्वपूर्ण है। अन्य फसलों के लिए रिसाव (seepage) महत्वपूर्ण है।

परिभाषित दो सूचकांकों (indices defined) में से, फसल के पानी के उपयोग की दक्षता (crop water use efficiency) अधिक अनुसंधान मूल्य (research value) की है, जबकि क्षेत्र के पानी के उपयोग की दक्षता (field water use efficiency) योजनाकारों और किसानों (planners and farmers) के लिए अधिक व्यावहारिक महत्व (practical importance) रखती है।

5. जल भंडारण दक्षता (Water Storage Efficiency):

इसे सिंचाई द्वारा जड़ की गहराई (root depth) में जमा पानी (water stored) का क्षेत्र क्षमता (field capacity) तक लाने के लिए जड़ की गहराई में आवश्यक पानी (water needed) के अनुपात (ratio) के रूप में परिभाषित (defined) किया गया है। जल भंडारण कारक (water storage factor) भी कहा जाता है।

$$E_s = rac{W_s}{W_w} imes 100$$

जहाँ (where),

• \(E_s\) = जल भंडारण दक्षता, प्रतिशत (water storage efficiency, per cent)
• \(W_s\) = सिंचाई के दौरान जड़ क्षेत्र में जमा पानी (water stored in the root zone during the irrigation)
• \(W_w\) = सिंचाई से पहले जड़ क्षेत्र में आवश्यक पानी, अर्थात्, उपलब्ध क्षेत्र क्षमता (water needed in the root zone prior to irrigation, i.e., field capacity available) नमी (moisture)।

6. जल वितरण दक्षता (Water Distribution Efficiency)

पानी समान रूप से वितरित (uniformly distributed) होने की सीमा (extent) का मूल्यांकन (evaluate) करने के लिए वितरण दक्षता (distribution efficiency) की अभिव्यक्ति (Expression) इस प्रकार है:

$$E_d = rac{1 - d}{D} imes 100$$

$$E_d = rac{1 - ext{औसत विचलन (Average deviation)}}{ ext{लागू की गई औसत गहराई (Average depth applied)}} imes 100$$

जहाँ (where),

• \(E_d\) = जल वितरण दक्षता, प्रतिशत (water distribution efficiency, per cent)
• \(d\) = सिंचाई के दौरान संग्रहीत औसत गहराई से संग्रहीत पानी की गहराई में औसत संख्यात्मक विचलन (average numerical deviation in depth of water stored from average depth stored during irrigation)
• \(D\) = सिंचाई के दौरान दौड़ के साथ संग्रहीत पानी की औसत गहराई (average depth of water stored along the run during irrigation)

80% की जल वितरण दक्षता (water distribution efficiency) का मतलब है कि 10% पानी अधिक मात्रा में लगाया (applied in excess) गया था और इसके परिणामस्वरूप 10% आवेदन की औसत गहराई (average depth of application) की तुलना में कमी (deficient) थी।

7. उपभोग्य उपयोग दक्षता (Consumptive Use Efficiency)

इसे सिंचित खेत या परियोजना (irrigated farm or project) की फसल द्वारा उपभोग्य पानी के उपयोग (consumptive water use) और खेत या परियोजना क्षेत्र में मिट्टी के जड़ क्षेत्र (root zone of the soil) में जमा सिंचाई के पानी (irrigation water stored) के अनुपात (ratio) के रूप में परिभाषित (defined) किया गया है। मिट्टी में सिंचाई का पानी (irrigation water) जमा होने के बाद, यह फसल के उपयोग के लिए उपलब्ध नहीं हो सकता है क्योंकि पानी जमीन की सतह (ground surface) से वाष्पित (evaporate) हो सकता है या लगातार जड़ क्षेत्र (root zone) से नीचे की ओर (downward) जा सकता है क्योंकि यह चौड़े फरो स्पेसिंग (wide furrow spacing) में हो सकता है। सिंचाई के बाद (following irrigation) गहरे प्रवेश (deep penetration) और सतह वाष्पीकरण (surface evaporation) द्वारा पानी के नुकसान (loss of water) का मूल्यांकन (evaluated) निम्नलिखित अभिव्यक्ति (following expression) से किया जाता है:

$$E_{cu} = rac{W_{cu}}{W_d} imes 100$$

जहाँ (where),

• \(E_{cu}\) = उपभोग्य उपयोग दक्षता, प्रतिशत (consumptive use efficiency, per cent)
• \(W_{cu}\) = पानी का सामान्य उपभोग्य उपयोग (normal consumptive use of water)
• \(W_d\) = जड़ क्षेत्र की मिट्टी से निकाले गए पानी की शुद्ध मात्रा (net amount of water depleted from root zone soil)

सिंचाई के विभिन्न तरीकों (different methods of irrigation) से फसल की प्रतिक्रिया (crop response) में अंतर (difference) को समझाने में उपभोग्य उपयोग दक्षता (Consumptive use efficiency) उपयोगी (useful) है।

व्यायाम (Exercise)

• जल संप्रेषण एवं वितरण हानि (Water conveyance and delivery loss) = 40%
• खेतों में गहरा रिसाव और सतही अपवाह (Deep percolation and surface runoff in farms) = 30%
• वाष्पीकरण द्वारा नष्ट मिट्टी में संग्रहित पानी (Water stored in soil lost by evaporation) = 20%