秘魯水資源規(guī)劃中農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展目標(biāo)確定方法

許 凱，何子杰(長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，武漢 430010)

農(nóng)業(yè)是民生之本，糧食安全是社會(huì)安定的基本保障，農(nóng)業(yè)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位舉足輕重。灌溉是保障和提高作物產(chǎn)量的重要手段，尤其在干旱少雨的年份。在以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主的地區(qū)，灌溉用水是總用水量的最重要組成部分，有些地區(qū)甚至高達(dá)90%及以上。因此，農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展規(guī)劃和灌區(qū)工程規(guī)劃是水資源綜合規(guī)劃中的重中之重。水資源合理配置和水利基礎(chǔ)設(shè)施的合理布局是灌溉保證率的保障。

在我國(guó)的水資源綜合規(guī)劃中，農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展目標(biāo)是在國(guó)家和區(qū)域發(fā)展規(guī)劃的要求和框架下，結(jié)合當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和未來需求確定的。而許多國(guó)家，受制于社會(huì)體制和技術(shù)水平，往往缺少明確具體的整體或區(qū)域性的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃。因此，國(guó)外的水資源綜合規(guī)劃中，確定一個(gè)合理的農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展目標(biāo)是整個(gè)規(guī)劃的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

在秘魯水資源綜合規(guī)劃中，根據(jù)過去十年人口和作物產(chǎn)量的變化趨勢(shì)，預(yù)估規(guī)劃水平年需要達(dá)到的產(chǎn)量發(fā)展目標(biāo)。然后，根據(jù)雨養(yǎng)種植和灌溉種植面積歷史數(shù)據(jù)，剔除農(nóng)業(yè)科技發(fā)展對(duì)產(chǎn)量的促進(jìn)因素，確定雨養(yǎng)種植和灌溉種植發(fā)展對(duì)產(chǎn)量的促進(jìn)作用。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)產(chǎn)量發(fā)展目標(biāo)，推求出規(guī)劃水平年雨養(yǎng)種植面和灌溉種植面積的發(fā)展目標(biāo)。

1 研究區(qū)域簡(jiǎn)介

秘魯(PERU)位于南美洲西部，是南美洲第三大國(guó)家，國(guó)土面積128.52 萬km2, 僅次于巴西和阿根廷，2012年人口3 014 萬人, GDP 1 926 億美元[1]，地理位置如圖1所示。根據(jù)河流水系，秘魯可以分為太平洋水系、Titicaca湖水系和亞馬遜水系三部分。太平洋水系為一些獨(dú)流如海的河流組成，一般流域面積較小，河流比降大，河川徑流量較小，主要來源于上游山區(qū)的降水和冰川融水，下游幾乎不產(chǎn)流。Titicaca湖水系為匯入Titicaca湖的河流組成。Titicaca湖位于研究區(qū)南部安第斯高原，共屬秘魯和玻利維亞，湖面海拔3 800 m，是世界上海拔最高的可以通航的湖泊。亞馬遜水系主要為亞馬遜流域上游的Mantaro、Urubamba和Madre de Dios 3條支流，最終匯入亞馬遜河，注入大西洋。根據(jù)地形地貌，秘魯可以分為西部太平洋沿岸地區(qū)，中部安第斯山區(qū)和東部亞馬遜叢林區(qū)三部分。太平洋沿岸地區(qū)受副熱帶高氣壓控制，終年盛行下沉氣流，降水稀少，多年平均降水量少于100 mm，沙漠和戈壁廣布。安第斯山區(qū)，地形崎嶇，海拔較高，降水量較為豐富，多年平均降水量500～1 000 mm，沿海拔由低到高依次分布森林、草地、高山草甸、常年積雪和冰川。亞馬遜叢林區(qū)，降水量十分豐富，多年平均降水量超過2 000 mm[2]，分布廣袤的原始森林。

圖1 秘魯?shù)乩砦恢?/p>

受地形、地貌、植被、氣候等自然地理?xiàng)l件的限制，安第斯山區(qū)和亞馬遜叢林區(qū)居住條件惡劣。太平洋沿岸地區(qū)溫度適宜、陽(yáng)光充分，秘魯主要的人口聚居區(qū)和灌區(qū)都集中于此，導(dǎo)致水資源空間分布與社會(huì)經(jīng)濟(jì)空間布局嚴(yán)重不匹配。太平洋地區(qū)水資源短缺現(xiàn)象十分嚴(yán)重，大型城市和灌區(qū)多靠跨流域調(diào)水供給。秘魯汛期為12月至次年3月，短短4個(gè)月的降水量占全年總降水量的60%～70%，水資源時(shí)間分布不均。秘魯作物播種時(shí)間多為9-10月，生長(zhǎng)期為3～5個(gè)月，農(nóng)業(yè)需水過程與來水過程不匹配。

為解決秘魯水資源時(shí)空分布不均所導(dǎo)致的資源型缺水問題，水利基礎(chǔ)設(shè)施薄弱所導(dǎo)致的工程性缺水問題，以及由于水資源管理手段落后所導(dǎo)致的水資源浪費(fèi)和水污染問題。秘魯水資源綜合規(guī)劃進(jìn)行了水資源現(xiàn)狀調(diào)查和問題分析、水資源優(yōu)化配置模型建立、水資源開發(fā)利用工程規(guī)劃等多方面的工作。規(guī)劃的現(xiàn)狀年為2012，規(guī)劃水平年為2035年。其中農(nóng)業(yè)灌溉需水占總需水量的85%以上。灌溉發(fā)展規(guī)劃和灌溉工程規(guī)劃是整個(gè)水資源綜合規(guī)劃的重點(diǎn)。

2 秘魯農(nóng)業(yè)灌溉現(xiàn)狀和發(fā)展分析

(1) 農(nóng)業(yè)種植面積和灌溉面積。秘魯在1994和2012年進(jìn)行過全國(guó)農(nóng)業(yè)普查，是分析秘魯農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展的重要資料。農(nóng)業(yè)種植面積可分為灌溉和雨養(yǎng)種植面積兩部分，兩次農(nóng)業(yè)普查的結(jié)果如表1所示。1994年秘魯全國(guó)種植面積547.70 萬hm2，人均種植面積0.23 hm2，其中灌溉種植面積172.91 萬hm2，人均灌溉面積0.07 hm2，雨養(yǎng)種植面積374.79 萬hm2，人均雨養(yǎng)面積0.15 hm2。2012年秘魯全國(guó)種植面積712.50 萬hm2，人均種植面積0.24 hm2，其中灌溉種植面積257.99 萬hm2，人均灌溉面積0.09 hm2，雨養(yǎng)種植面積454.51 萬hm2，人均雨養(yǎng)種植面積0.15 hm2。2012年較1994年種植面積增加164.80 萬hm2，灌溉面積增加85.08 萬hm2，雨養(yǎng)面積增加79.72 萬hm2，就人均而言，人均灌溉面積增加0.02 hm2，人均雨養(yǎng)面積幾乎沒有增加。

表1 1994和2012年秘魯農(nóng)業(yè)種植、雨養(yǎng)、灌溉面積

注：來源于1994和2012年秘魯全部農(nóng)業(yè)普查, 秘魯農(nóng)業(yè)部&信息統(tǒng)計(jì)部[3]。

(2)作物結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量。秘魯?shù)匦蔚孛捕喾N多樣，自然地理形態(tài)各異，128.52 km2國(guó)土面積上囊括太平洋沿岸干旱荒漠、安第斯高原山區(qū)、亞馬遜熱帶雨林3種自然地理分區(qū)。這造就了多樣的物候條件，作物多種多樣，物產(chǎn)豐富。秘魯是馬鈴薯的發(fā)源地，目前有馬鈴薯種類超過100種，是世界上馬鈴薯種類最多的地區(qū)。馬鈴薯、玉米、豆類是秘魯主要的糧食作物?？Х榷购涂煽傻姆N植面積廣，出產(chǎn)優(yōu)質(zhì)咖啡。沿海地區(qū)常年少雨，日照時(shí)間長(zhǎng)，非常利于棉花的生長(zhǎng)，秘魯棉花品質(zhì)聞名于世。秘魯是鱷梨、蘆筍、藜麥等經(jīng)濟(jì)作物的最主要出口國(guó)。

秘魯農(nóng)業(yè)部將作物分為谷物、蔬菜、水果和堅(jiān)果、油料作物、根和塊莖作物、香料作物、干的豆類蔬菜、糖料作物、草料和鮮花(包括草料、鮮花、綠植、生煙葉、天然橡膠等)、非木材林產(chǎn)品共十類。根據(jù)2006-2013年秘魯農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒，各類作物的產(chǎn)量如表2所示。2006-2013年期間，秘魯作物產(chǎn)量2 828.39 萬t增長(zhǎng)到3 809.95 萬t，人均產(chǎn)量1.00 t/人增長(zhǎng)到1.25 t/人。人均產(chǎn)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)分析如圖2所示，結(jié)果顯示，秘魯人均作物產(chǎn)量呈線性增加趨勢(shì)，確定系數(shù)R2達(dá)0.95。

y=0.032 2x- 63.525

(1)

式中：y為人均產(chǎn)量，t/人；x為年份。

表2 2006-2013年秘魯作物產(chǎn)量和人口

注：來源于2006-2013年秘魯農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒，秘魯農(nóng)業(yè)部[4]。

圖2 2006-2013年秘魯作物人均產(chǎn)量變化趨勢(shì)

3 秘魯農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展目標(biāo)確定

農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展目標(biāo)的重點(diǎn)在于確定到規(guī)劃水平年應(yīng)該增加的灌溉和雨養(yǎng)的面積，以保證人口增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要。灌溉和雨養(yǎng)面積的增加最終都會(huì)體現(xiàn)為糧食產(chǎn)量的增加。而糧食產(chǎn)量的增加原因不僅僅是灌溉和雨養(yǎng)面積的增加，科技提高(種子質(zhì)量及育種技術(shù)、種植技術(shù)、灌溉技術(shù)等的提高，以及土壤改良等)也是引起產(chǎn)量增加的重要因素。因此，在分析灌溉和雨養(yǎng)面積增加對(duì)產(chǎn)量的促進(jìn)作用的時(shí)候，需要將這些因素剔除。記人均灌溉面積和人均雨養(yǎng)面積分別為Ai和Ar(hm2/人)，灌溉作物和雨養(yǎng)作物的單位面積產(chǎn)量分別為yi和yr(t/hm2)，人均產(chǎn)量為Y(t/人)，那么1994人均產(chǎn)量Y1994可表示為：

yiAi_1994+yrAr_1994=Y1994

(2)

記1994-2012年，因?yàn)榭萍继岣邔?dǎo)致的人均產(chǎn)量增加為ΔY1994-2012，那么：

yiAi_2012+yrAr_2012+ΔY1994-2012=Y2012

(3)

根據(jù)Spatial Production Allocation Model (SPAM, http:∥mapspam.info/)的數(shù)據(jù)，秘魯境內(nèi)灌溉作物的單位面積產(chǎn)量是雨養(yǎng)的2.22倍，即：

yi=2.22yr

(4)

Ai和Ar可從表1中獲得，Y1994和Y2012可從表2中獲得，綜合公式(2)～(4)可得yi=4.84，yr=2.18，ΔY1004-2012=0.46。若記1994-2035年因?yàn)榭萍继岣邔?dǎo)致的人均產(chǎn)量增加為ΔY1994-2025，那么：

yiAi_2035+yrAr_2035+ΔY1994-2035=Y2035

(5)

式(5)減式(3)可得：

yiΔAi2012-2035+yrΔAr2012-2035+ΔY2012-2035=Y2035-Y2012

(6)

ΔAi2012-2035和ΔAr2012-2035為規(guī)劃水平年(2035年)較現(xiàn)狀年(2012年)的人均灌溉面積和雨養(yǎng)面積增加量。通過式(1)計(jì)算得到Y(jié)2035=2.00(t/人)。假設(shè)科技提高對(duì)產(chǎn)量的促進(jìn)作用是線性的，那么ΔY2012-2035=(2035-2012)/(2012-1994)ΔP2012-1994=0.59(t/人)。代入式(6)可得：

4.83ΔAi2012-2035+2.18ΔAr2012-2035=0.20

(7)

上式即為農(nóng)業(yè)灌溉的發(fā)展目標(biāo)，也就是到規(guī)劃水平年(2035年)為了滿足人口增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人均灌溉面積和人均雨養(yǎng)面積應(yīng)該滿足的關(guān)系式。1994-2012年間人均雨養(yǎng)面積的增加量微乎其微，同樣若2012-2035年期間ΔAr2012-2035=0，那么ΔAi2012-2035=0.04。根據(jù)秘魯經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)部的預(yù)測(cè)，2035年人口約為3 700 萬人[5]，計(jì)算得到2012-2035年期間秘魯全國(guó)需要新增灌溉面積150 萬hm2。具體到每個(gè)流域和地區(qū)，則需要根據(jù)具體的水土資源稟賦，氣候地形條件，已有研究情況，以及人力資源分布等確定自己的規(guī)劃發(fā)展目標(biāo)和工程布局。太平洋水系水資源比較匱乏的流域，應(yīng)以改善灌溉為主。亞馬遜流域降水豐沛，應(yīng)以發(fā)展雨養(yǎng)種植為主。安第斯山區(qū)，水資源相對(duì)較為豐富，應(yīng)新增灌溉面積和新增雨養(yǎng)種植面積相結(jié)合。最后，所有流域的規(guī)劃的新增灌溉面積和新增雨養(yǎng)種植面積應(yīng)該滿足式(7)。

4 結(jié) 語

基于歷史農(nóng)業(yè)灌溉統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和趨勢(shì)分析，本文提出了一個(gè)確定水資源綜合規(guī)劃中農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展目標(biāo)的 分析方法，并將其應(yīng)用于秘魯水資源規(guī)劃中，主要取得以下結(jié)論。

(1)1994-2012年期間秘魯全國(guó)人均灌溉面積增加0.02 hm2，人均雨養(yǎng)面積幾乎沒有增加。

(2)2006-2013年期間秘魯作物產(chǎn)量呈線性增加趨勢(shì)，由1.00 t/人增長(zhǎng)為1.25 t/人，這其中科技提高的貢獻(xiàn)為0.46 t/人。

(3)為了滿足人口增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，從現(xiàn)狀水平年(2012年)到規(guī)劃水平年(2035年)，秘魯全國(guó)范圍內(nèi)需要新增灌溉面積約150 萬hm2。

本文所提出的農(nóng)業(yè)灌溉目標(biāo)的確定方法，適用于從宏觀尺度分析，確定一個(gè)區(qū)域的總體發(fā)展目標(biāo)。具體到每個(gè)流域或者地區(qū)，則需要根據(jù)具體的水土資源稟賦，氣候地形條件，已有研究情況，以及人力資源分布等確定具體的規(guī)劃發(fā)展目標(biāo)和工程布局。

[1] INEI. Compendio Estadístico PER2006-2015[R]. Lima: Instituto Nacional de Estadística e Informtica, 2015.

[2] ANA. Plan Nacional de Recursos Hídricos[R]. Lima: Autoridad Nacional del Agua, 2014.

[3] MINAGRI, INEI. IV CensoNacional Agropecuario Resultados Definitivos[R]. Lima: Ministerio de Agricultura y Riego y Instituto Nacional de Estadística e Informtica, 2012.

[4] MINAGRI. Anuario Produccion De Principales Productos Agricolas[R]. Lima: Ministerio de Agricultura y Riego, 2014.