山西省農(nóng)業(yè)用水對(duì)水資源可持續(xù)利用的影響分析

(山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002)

水資源是生命資源，它是人類生存發(fā)展的基礎(chǔ)性物質(zhì)資源，同時(shí)也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。目前，在許多水資源相對(duì)缺乏的地區(qū)尤其是北方地區(qū)，水資源開(kāi)發(fā)利用程度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其水資源的可持續(xù)利用能力，使其資源與環(huán)境都面臨著極大的挑戰(zhàn)。山西省作為缺水大省，水資源總量位居全國(guó)倒數(shù)第二，根據(jù)山西省第二次水資源評(píng)價(jià)結(jié)果，山西省多年平均水資源總量為123.8億m3，全國(guó)排名第27位；人均水資源占有量為381m3，約為全國(guó)人均水平2200m3的1/6，排名全國(guó)第25位；畝均水資源占有量?jī)H為180m3，約為同期全國(guó)畝均水平1700m3的1/10，排名全國(guó)第29位。山西省是農(nóng)業(yè)用水大戶，2018年全省農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的55%左右。農(nóng)業(yè)水資源的利用效率以及各種節(jié)水設(shè)施的綜合應(yīng)用對(duì)于改善農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)狀是十分重要的，也可有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉水資源的可持續(xù)利用。

本文在分析山西省水資源利用現(xiàn)狀及農(nóng)業(yè)灌溉現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)全省2006—2018年間農(nóng)業(yè)用水資源壓力指數(shù)進(jìn)行測(cè)算，分析山西省農(nóng)業(yè)用水對(duì)水資源可持續(xù)利用的影響，為全面提升全省水資源利用效率和效益提供有力的技術(shù)支撐，也為水資源的可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 基本情況

山西地處黃土高原東翼，華北地區(qū)西部，東經(jīng)110°14′～114°33′，北緯34°34′～40°43′。地勢(shì)基本為東北高西南低。全省面積15.63萬(wàn)km2，約占全國(guó)總面積的1.63%。境內(nèi)地形較為復(fù)雜，其中山區(qū)占全省總面積的40.00%，丘陵區(qū)占40.30%，平川盆地僅占19.70%，總體上呈現(xiàn)山地高原型地貌特征。在河流水系上分屬黃河與海河兩大流域，其中黃河流域面積9.71萬(wàn)km2,占全省總面積的62.00%，海河流域面積5.91萬(wàn)km2，占全省總面積的38.00%。山西省絕大部分地區(qū)年平均氣溫為4～13℃，無(wú)霜期一般為80～205天，大部分地區(qū)的降水量介于400～650mm之間。

2018年，全省降水量為817.18億m3，平均雨深522.9mm，全省水資源總量為121.93億m3。2018年總用水量為74.30億m3，其中農(nóng)田灌溉用水量40.72億m3，占總用水量的54.80%；林牧漁畜用水量2.61億m3，占總用水量的3.51%；工業(yè)用水量14.02億m3，占總用水量的18.87%；城鎮(zhèn)公共用水量2.45億m3，占總用水量的3.30%；居民生活用水量10.99億m3，占總用水量的14.79%；生態(tài)環(huán)境用水量3.51億m3，占總用水量的4.73%。據(jù)2018年統(tǒng)計(jì)，全年全省灌溉面積2437.79萬(wàn)畝，其中耕地灌溉面積2278.02萬(wàn)畝，林地灌溉面積71.81萬(wàn)畝，園地灌溉面積79.83萬(wàn)畝，牧草灌溉面積8.13萬(wàn)畝。

1.2 山西省水資源利用現(xiàn)狀

以2006—2018年《山西省水資源公報(bào)》為數(shù)據(jù)來(lái)源，對(duì)山西省2006—2018年間的總用水量和農(nóng)業(yè)用水量進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)圖1，計(jì)算期內(nèi)全省總用水量均值為68.31億m3，農(nóng)業(yè)用水量均值為38.15億m3。

圖1 2006—2018年山西省總用水量和農(nóng)業(yè)用水量

如圖1所示，山西省總用水量與農(nóng)業(yè)用水量在2006—2018年間變幅趨勢(shì)基本一致，變化趨勢(shì)可以分為幾個(gè)階段：2006—2009年，總用水量比較穩(wěn)定，且呈下降趨勢(shì)；2009—2011年，山西省用水總量急劇增加，從55.87億m3增加至74.18億m3，然后居高不下；2012—2018年用水總量變化趨勢(shì)相對(duì)較小，7年間的均值為74.01億m3，2017年、2018年有小幅下降的趨勢(shì)，但下降幅度較小。農(nóng)業(yè)灌溉用水量在2006—2018年間有增加的趨勢(shì)；農(nóng)業(yè)灌溉用水量從2006年的32.68億m3增加到2016年的最高值46.70億m3，漲幅達(dá)到42.9%，2017年、2018年農(nóng)業(yè)灌溉用水量呈下降趨勢(shì)。2006—2018年間農(nóng)業(yè)灌溉用水量占總用水量的比例平均為56%，說(shuō)明總用水量的增加很大一部分是由農(nóng)業(yè)灌溉用水量的增加造成的。

2 農(nóng)業(yè)用水資源壓力分析

由上述分析可知，山西省農(nóng)業(yè)用水比例相對(duì)較高，農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)水資源壓力的影響可以從三方面進(jìn)行分析：?若農(nóng)業(yè)用水總量在逐年減小，則表明農(nóng)業(yè)對(duì)水資源的壓力在下降；?若農(nóng)業(yè)用水比例逐年下降，表明農(nóng)業(yè)對(duì)水資源的壓力在下降；?若農(nóng)業(yè)用水效率得到提升，則表明農(nóng)業(yè)對(duì)水資源的壓力在下降。因此，農(nóng)業(yè)的發(fā)展與全省水資源壓力的關(guān)系，以及其是否有利于水資源的可持續(xù)利用可通過(guò)農(nóng)業(yè)用水資源壓力指標(biāo)來(lái)表征。

農(nóng)業(yè)用水資源壓力指數(shù)的計(jì)算方法如下[2]：

RP=Wa/WS

(1)

式中：RP為區(qū)域農(nóng)業(yè)用水壓力指數(shù)；Wa為區(qū)域農(nóng)業(yè)用水總量，億m3；WS為區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用水資源量，億m3。

WS計(jì)算公式如下：

WS=40%γWTRa

(2)

式中：WT為區(qū)域的用水總量，億m3；Ra為區(qū)域計(jì)算時(shí)段內(nèi)農(nóng)業(yè)用水比例的均值；γ為調(diào)整系數(shù)，因不同年份降雨量不同，水資源總量是變化的，因而會(huì)在一定程度上影響農(nóng)業(yè)灌溉用水量的數(shù)值，為了消除因水資源總量不同導(dǎo)致的對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉用水壓力指數(shù)的影響，對(duì)各年的農(nóng)業(yè)灌溉用水量進(jìn)行調(diào)整，即將計(jì)算期內(nèi)的各年實(shí)際水資源總量除以計(jì)算期內(nèi)的平均值，得到相應(yīng)的調(diào)整系數(shù)；依據(jù)國(guó)際慣例，將某一區(qū)域的水資源總量的40%作為水資源可持續(xù)利用的警戒線的上限。

根據(jù)式(1)的計(jì)算結(jié)果，對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源壓力進(jìn)行分析，若壓力指數(shù)計(jì)算結(jié)果大于1，表明該區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉水資源利用壓力較大，應(yīng)采取必要的節(jié)水措施。

3 數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算結(jié)果

以2006—2018年《山西統(tǒng)計(jì)年鑒》《山西省水資源公報(bào)》為數(shù)據(jù)來(lái)源，對(duì)計(jì)算期間內(nèi)的農(nóng)業(yè)水資源壓力指數(shù)進(jìn)行測(cè)算。計(jì)算期內(nèi)(2006—2018年)，山西省平均水資源量為108.09億m3，平均總用水量68.31億m3，其中農(nóng)業(yè)用水總量38.15億m3。全省農(nóng)業(yè)用水資源壓力指數(shù)的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，各年農(nóng)業(yè)用水資源壓力指數(shù)具體變化情況見(jiàn)圖2。

表1 山西省農(nóng)業(yè)用水資源壓力指數(shù)計(jì)算結(jié)果

圖2 山西省農(nóng)業(yè)用水資源壓力指數(shù)變化趨勢(shì)

由表1計(jì)算結(jié)果可知，2006—2018年山西省農(nóng)業(yè)灌溉水資源壓力指數(shù)較高，且都超過(guò)1.00，計(jì)算期內(nèi)的平均值為1.58，最高值為2016年的1.75，表明這期間農(nóng)業(yè)灌溉用水量已經(jīng)對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用水量造成了較大的壓力，這對(duì)區(qū)域水資源的可持續(xù)利用構(gòu)成了威脅，需引起重視。

由圖2可以看出，2006—2009年農(nóng)業(yè)用水資源壓力指數(shù)基本趨于穩(wěn)定，且呈下降趨勢(shì)；2009—2011呈上升趨勢(shì)；2011年之后逐步趨于穩(wěn)定，且近年來(lái)有下降趨勢(shì)，但總體趨勢(shì)是上升的。

對(duì)農(nóng)業(yè)用水資源壓力指數(shù)與農(nóng)業(yè)灌溉有效面積的相關(guān)性進(jìn)行研究，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 山西省農(nóng)業(yè)用水資源壓力指數(shù)與有效灌溉面積相關(guān)圖

由圖3可以看出，2006—2012年間農(nóng)業(yè)用水資源壓力指數(shù)基本與全省農(nóng)業(yè)灌溉面積的擴(kuò)大相吻合；2012年之后全省有效灌溉面積仍在逐步擴(kuò)大，但壓力指數(shù)基本趨于穩(wěn)定，說(shuō)明農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣取得了一定的成效。

4 結(jié) 論

a.通過(guò)對(duì)山西省2006—2018年間的用水總量和農(nóng)業(yè)用水量進(jìn)行分析，用水總量與農(nóng)業(yè)用水量變化趨勢(shì)基本一致，呈增加趨勢(shì)，且計(jì)算期內(nèi)農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的比例平均為56%，說(shuō)明總用水量的增加很大一部分是由農(nóng)業(yè)灌溉用水量的增加造成的。

b.通過(guò)對(duì)山西省農(nóng)業(yè)用水資源壓力指數(shù)進(jìn)行測(cè)算可知，其壓力指數(shù)較高，且均大于1.00，計(jì)算期內(nèi)的平均值為1.58，最高值可達(dá)1.75，表明山西省的農(nóng)業(yè)灌溉用水量已經(jīng)對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用水量造成了較大的壓力，需引起重視。

c.2006—2012年山西省農(nóng)業(yè)用水資源壓力指數(shù)的變化基本與全省農(nóng)業(yè)灌溉面積的擴(kuò)大相吻合；2012年之后全省有效灌溉面積仍在逐步擴(kuò)大，但壓力指數(shù)基本趨于穩(wěn)定，說(shuō)明農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣取得了一定的成效。

d.盡管目前山西省農(nóng)業(yè)用水資源壓力指數(shù)有好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，但仍處于較高值，這從一定程度上表明了農(nóng)業(yè)的發(fā)展與區(qū)域水資源系統(tǒng)存在一定的不協(xié)調(diào)，農(nóng)業(yè)水資源開(kāi)發(fā)利用保護(hù)方面也存在一定的不足，水資源系統(tǒng)的穩(wěn)定性還存在著較多的影響因素，還需進(jìn)一步加強(qiáng)綜合管理和整治。