遼寧省農(nóng)業(yè)用水對水資源可持續(xù)利用的影響探析

王海剛

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

水是促進(jìn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展、保障生態(tài)系統(tǒng)安全以及維持地球生命系統(tǒng)不可或缺的戰(zhàn)略性自然資源。目前，我國許多地區(qū)的水資源較為缺乏，特別是北方地區(qū)的水資源開發(fā)利用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水系統(tǒng)的極限承載力，生態(tài)環(huán)境和水資源面臨著巨大的壓力。遼寧省水資源總量341.79億m3，人均占有量808m3，按照聯(lián)合國制定的標(biāo)準(zhǔn)，即極度、重度、重度、輕度、富水等級的人均占有量為<500m3、500-1000m3、1000-2000m3、2000-3000m3、>3000m3，該地區(qū)屬于重度缺水區(qū)。水資源是生態(tài)環(huán)境和諧及經(jīng)濟社會發(fā)展的命脈，工業(yè)的發(fā)展、能源安全、糧食安全都離不開水的支撐，水資源間接或直接的影響著生活水平的高低。2000年發(fā)生的建國以來的特大干旱，致使遼寧省278.6萬hm2農(nóng)作物受災(zāi)，213.4萬hm2成災(zāi)，119.4萬hm2絕收；2009年再次發(fā)生的特大干旱，導(dǎo)致全省214萬hm2作物受旱，61.778萬hm2重旱，54.87萬hm2干枯。今后隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的提高，農(nóng)業(yè)缺水問題將更加嚴(yán)重。例如，由于缺水沈陽地區(qū)的現(xiàn)狀耕地實際灌溉率，低于全省平均的30%，其中昌圖、西豐、康平、彰武、阜新地區(qū)的實際耕地灌溉率僅有14%。農(nóng)業(yè)長期處于缺水狀態(tài)致使糧食安全無法保障，農(nóng)民收入也較低。農(nóng)業(yè)作為第一用水大戶，2018年遼寧省農(nóng)田灌溉用水71.37億m3，占總用水量的55%以上。綜合應(yīng)用各種節(jié)水設(shè)施以及農(nóng)業(yè)水資源的利用效率，對于促進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉水可持續(xù)利用、改善農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)狀等具有重大意義[1-5]。

文章結(jié)合遼寧省農(nóng)業(yè)灌溉現(xiàn)狀及水資源利用現(xiàn)狀，準(zhǔn)側(cè)測算了2009-2018年的農(nóng)業(yè)用水壓力指數(shù)，通過分析水資源可持續(xù)利用與農(nóng)業(yè)用水之間的關(guān)系，為實現(xiàn)區(qū)域水資源的可持續(xù)利用及全面提升全省水資源利用效率提供技術(shù)支撐。

1 區(qū)域概況

1.1 基本情況

遼寧省地處東北地區(qū)南部，總面積14.75萬km2，總體地貌格局為遼西低山、遼北康法及遼東山地丘陵區(qū)三面環(huán)繞下遼河平原。地貌類型大體呈“六山一水三分田”，山地、平地、水面占總面積比例分別為58%、33%、9%，地勢自東西兩側(cè)向中部、自北向南傾斜，中部為廣闊的遼河平原，山地丘陵大致分列于東西兩側(cè)，形成“馬鞍型”地勢，地貌結(jié)構(gòu)如圖1所示。入境河流主要有東遼河、西遼河、柳河、渾江、大凌河支流。遼寧省屬溫帶濕潤半濕潤季風(fēng)氣候，年均氣溫5℃-10℃，年內(nèi)氣溫高低懸殊，雖夏季酷熱期，但最熱月平均氣溫22℃-25℃，最冷月平均氣溫-4℃--16.9℃，日照時數(shù)2270-2990h，無霜期124-215d[6-7]。

圖1 地勢結(jié)構(gòu)圖

2018年，遼寧省年降雨量586.1mm，折合降水總量852.78億m3，比多年平均值少13.6%，比上年多7.8%，此年發(fā)生階段性春旱、秋吊和嚴(yán)重的夏伏旱，部分地區(qū)旱情較重。2018年，全省總用水量135.47億m3，其中居民生活用水量17.29億m3，占12.8%；生產(chǎn)用水量107.30億m3，占79.2%；河道內(nèi)、外生態(tài)環(huán)境補水量5.19億m3、5.69億m3，占比為4.2%和3.8%。居民生活用水量中，城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民生活用水量13.02億m3、4.27億m3；在生產(chǎn)用水量中，第一產(chǎn)業(yè)用水量80.46億m3，其中農(nóng)田灌溉用水量71.37億m3，林牧漁畜用水量9.09億m3；第二產(chǎn)業(yè)用水量20.53億m3，其中工業(yè)用水量18.68億m3，建筑業(yè)用水量1.85億m3；第三產(chǎn)業(yè)用水量6.31億m3，各行政分區(qū)供用水量如表1所示。

表1 各行政分區(qū)供用水量 億m3

1.2 水資源利用現(xiàn)狀

研究數(shù)據(jù)來源于2009-2018年遼寧省水資源公報，對比分析研究期遼寧省農(nóng)業(yè)用水和總用水量如圖2所示。2009-2018年遼寧省農(nóng)業(yè)用水量均值70.5億m3，總用水量均值137.7億m3。

圖2 2009-2018年水資源利用量

由圖2可知，2009-2018年遼寧省農(nóng)業(yè)用水量與總用水量變化趨勢基本相同。總體上，可以將用水量變化趨勢分為3個階段：2009-2012年總用水量基本平穩(wěn)，并呈現(xiàn)出小幅減少的趨勢；2012-2014年總用水量快速增大，從128.5億m3快速上升到158.1億m3，此后維持在較高水平；2015-2018年總用水量波動變化，此段的用水量均值152.7億m3，2018年的用水量有所下降但變化浮動較小。

2009-2018年遼寧省農(nóng)田灌溉用水量總體呈波動增大的趨勢，從2009年的65.8億m3波動增長至2014年的78.2億m3，增長率達(dá)到12.4%，隨后2018的年農(nóng)田灌溉用水量有所減少。2009-2018年，遼寧省總用水量的51%消耗于農(nóng)田灌溉，可見農(nóng)田灌溉用水在很大程度上增大了遼寧省的總用水量。

1.3 水資源特性與可持續(xù)利用

遼寧省水資源存在年際、年內(nèi)變化量較大且時空分布不均勻性，為了在時空上合理分配水資源以滿足各區(qū)域的用水需求，必須考慮實際情況建設(shè)引水工程和水庫大壩。此外，水資源具有自然持續(xù)循環(huán)流動的特性，然而有限的補給量和無限的水循環(huán)決定了水資源的無限循環(huán)使用特征。水資源是否滿足人們的用水需求在很大程度上取決于能否合理的開發(fā)利用水資源，因此合理利用與開發(fā)水資源要同時實現(xiàn)“興利、除害”的雙重目標(biāo)。在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)田灌溉、環(huán)境保護、人類生產(chǎn)生活等領(lǐng)域水資源發(fā)揮著巨大作用，水資源的用途廣泛且具有一定不可替代性[8]。

水資源可持續(xù)利用是在保護生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，運用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和市場的資源配置手段，為了滿足當(dāng)代人用水需求以不威脅后代用水安全為原則合理的利用水資源。水資源可持續(xù)發(fā)展是以環(huán)境保護、經(jīng)濟增長、資源的充分利用為目標(biāo)，維持生態(tài)系統(tǒng)平衡的重要資源[9]。人類社會對水資源的不可分割性、依賴性，在很大程度上推動了水資源的有序發(fā)展，也是滿足人們對水質(zhì)的要求、環(huán)境保護與自然資源的協(xié)調(diào)發(fā)展的內(nèi)在驅(qū)動力。

2 農(nóng)業(yè)用水資源壓力

2.1 壓力指數(shù)

結(jié)合前文分析結(jié)果，遼寧省總用水量中農(nóng)業(yè)用水所占比例較高，從以下角度分析水資源壓力與農(nóng)業(yè)發(fā)展間的關(guān)系：農(nóng)業(yè)用水總量逐年減小、農(nóng)業(yè)用水比例逐漸下降、農(nóng)業(yè)用水效率逐年提升則代表農(nóng)業(yè)對水資源的壓力在下降[10]。因此，可采用農(nóng)業(yè)用水壓力指數(shù)Rp衡量農(nóng)業(yè)發(fā)展是否有利于水資源的可持續(xù)發(fā)展，及其與全省用水壓力的關(guān)系，其表達(dá)式為：

Rp=Wa/Ws

(1)

式中：Ws、Wa為農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用水量，億m3和農(nóng)業(yè)總用水量，億m3，利用公式(2)確定Ws值，即：

Ws=40%γWtRa

(2)

式中：Ra為農(nóng)業(yè)用水在計算時段內(nèi)所占比例的均值；Wt為區(qū)域總用水量，億m3；γ為調(diào)整系數(shù)，水資源總量受不同年份降雨量影響發(fā)生改變，從而對農(nóng)業(yè)灌溉用水量造成一定程度的影響，為了消除農(nóng)業(yè)灌溉用水壓力指數(shù)受水資源總量變化的影響，必須合理調(diào)整農(nóng)業(yè)灌溉用水量，相應(yīng)的調(diào)整系數(shù)就等于水資源總量的實際值與多年平均值之比；按照國際慣例，將水資源可持續(xù)利用警戒線上限定為某一區(qū)域水資源總量的40%。

采用計算公式(1)求解農(nóng)業(yè)水資源壓力指數(shù)Rp，其數(shù)值>1則代表農(nóng)田灌溉用水存在較大的壓力，該條件下應(yīng)采取有效的節(jié)水措施。

2.2 結(jié)果分析

研究數(shù)據(jù)來源于2009-2018年遼寧省水資源公報、統(tǒng)計年鑒等資料，并利用文中所述公式測算農(nóng)業(yè)水資源壓力指數(shù)，如表2所示。計算期內(nèi)遼寧省的農(nóng)業(yè)用水量均值70.5億m3，總用水量均值139.2億m3，壓力指數(shù)變化趨勢如圖3所示。

表2 農(nóng)業(yè)用水壓力指數(shù)值

從表2可知，2009-2018年遼寧省農(nóng)業(yè)用水壓力指數(shù)均超過1.00，總體處于較高的壓力狀態(tài)，研究期間的壓力指數(shù)均值為1.54，其中2016年的壓力指數(shù)最大為1.74。研究表明，遼寧省農(nóng)田灌溉用水量對水資源可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成潛在威脅，農(nóng)業(yè)用水壓力較大應(yīng)引起相關(guān)部門的重視。

圖3 壓力指數(shù)變化趨勢

從圖1可知，2009-2012年遼寧省用水壓力指數(shù)變化幅度較小，并且表現(xiàn)出小幅下降的趨勢；2012-2014年壓力指數(shù)快速增大，隨后處于穩(wěn)定狀態(tài)；雖然2018年較最高值有所下降，但總體上仍處于較高水平。

文章研究分析了農(nóng)業(yè)灌溉有效面積和農(nóng)業(yè)用水壓力指數(shù)之間的相關(guān)性，如圖4。

圖4 相關(guān)性分析

從圖4可知，2009-2018年遼寧省農(nóng)業(yè)灌溉面積的擴大與農(nóng)業(yè)用水壓力指數(shù)變化基本相符；2014年之后，隨著遼寧省有效灌溉面積的增大農(nóng)業(yè)用水壓力指數(shù)趨于穩(wěn)定，這從側(cè)面反映出農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用逐步發(fā)揮相應(yīng)的成效。

3 結(jié) 論

1)通過分析2009-2018年遼寧省農(nóng)業(yè)用水量和總用水量風(fēng)險，二者的變化趨勢總體一致，且呈現(xiàn)出波動上升的變化趨勢，研究區(qū)總用水量的51%消耗于農(nóng)田灌溉，可見農(nóng)田灌溉用水在很大程度上增大了遼寧省的總用水量。

2)研究區(qū)農(nóng)業(yè)用水壓力指數(shù)均超過1.00，總體處于較高的壓力狀態(tài)，研究期間的壓力指數(shù)均值為1.54，其中2016年的壓力指數(shù)最大為1.74。研究表明，遼寧省農(nóng)田灌溉用水量對水資源可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成潛在威脅，農(nóng)業(yè)用水壓力較大應(yīng)引起相關(guān)部門的重視。

3)2009-2018年遼寧省農(nóng)業(yè)灌溉面積的擴大與農(nóng)業(yè)用水壓力指數(shù)變化基本相符；2014年之后，隨著遼寧省有效灌溉面積的增大農(nóng)業(yè)用水壓力指數(shù)趨于穩(wěn)定，這從側(cè)面反映出農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用逐步發(fā)揮相應(yīng)的成效。