長武縣農(nóng)業(yè)水資源利用潛力分析

王穩(wěn)江， 李俊鋒， 霍春平

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100； 2.陜西測繪地理信息局， 陜西 西安710054；3.西安市水土保持工作總站， 陜西 西安 710000)

水資源是自然資源中最為基礎(chǔ)的一種資源，同時(shí)也是農(nóng)業(yè)發(fā)展不可缺少的，其擔(dān)負(fù)著為糧食農(nóng)作物的生長提供必要條件的重任[1-2]。糧食安全是一個(gè)地區(qū)正常發(fā)展所必須的條件，人們生活需要糧食，只有糧食安全狀態(tài)穩(wěn)定，人們才能正常生存，才能不斷發(fā)展。制約糧食安全的因素很多，農(nóng)業(yè)水資源的供給直接影響著糧食安全的穩(wěn)定性，分析農(nóng)業(yè)水資源利用潛力對制定保證糧食安全的決策有著重要意義[3]。本文以國家耕地保育與持續(xù)高效現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試點(diǎn)縣——陜西省長武縣為分析對象，針對長武縣的水資源，特別是農(nóng)業(yè)水資源的利用潛力進(jìn)行了分析，提出了緩解長武縣水資源緊缺壓力的辦法，以期為長武縣水資源的合理利用提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

長武縣位于陜西省西北部，距離西安市約180 km，縣境南北長30.05 km、東西寬27.23 km，總面積約567.1 km2。海拔最高1 274 m，最低847 m，全縣平均海拔1 209 m。耕地面積19 933.33 hm2，以山坡為主。全縣屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)。

大氣降水是長武縣地表水和地下水的主要補(bǔ)給來源。全縣年均降水量570 mm左右，年均蒸發(fā)量約為1 000 mm，干燥指數(shù)1.70[4]。降水多集中在6～10月份，占全年降水量的70%左右。水資源總量約為3 900萬m3。社會(huì)的發(fā)展和生活水平的提高，使得水資源需求增加，現(xiàn)有的水資源利用模式和水平不足以滿足需求，成為長武縣今后發(fā)展亟待解決的問題。

2 分析方法

本文分析研究使用的數(shù)據(jù)主要有農(nóng)作物種植數(shù)據(jù)和水資源數(shù)據(jù)(包括水資源總量和降水量)，數(shù)據(jù)來源于《長武年鑒2017》[5]。

2.1 水資源利用潛力的分析方法

縣域的水資源利用潛力的研究可以通過計(jì)算水資源負(fù)載指數(shù)來進(jìn)行。水資源負(fù)載指數(shù)是水資源開發(fā)利用潛力評價(jià)的主要指標(biāo)，縣域內(nèi)水資源所能負(fù)載的人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模均可由水資源負(fù)載指數(shù)來表達(dá)[6]，它所反映出的是縣域內(nèi)的水資源、人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系。計(jì)算方法如公式(1)：

(1)

其中：C為水資源負(fù)載指數(shù)；P為人口數(shù)(萬人)；G為GDP(萬元)；W為水資源總量(億m3)；K是系數(shù)。

K與降水量R(mm)有關(guān)，計(jì)算方法如公式(2)：

(2)

根據(jù)公式(1)和公式(2)，通過ArcGIS9.3處理柵格數(shù)據(jù)，然后再處理統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以計(jì)算得到水資源負(fù)載指數(shù)。首先將長武縣的降水量和水資源總量資料數(shù)據(jù)加載到點(diǎn)狀圖層上，采用Kriging插值的方法對其進(jìn)行空間差值，得到降水量和水資源總量的柵格數(shù)據(jù)，柵格單元大小為400 m×400 m，然后利用公式(1)和公式(2)對人口、GDP、降水量和水資源總量的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理[7]，最后計(jì)算出水資源負(fù)載指數(shù)的圖層數(shù)據(jù)。

依據(jù)水資源負(fù)載指數(shù)的高低，將長武縣水資源利用潛力劃分為5個(gè)等級，分級結(jié)果如表1所示。

2.2 農(nóng)業(yè)水資源利用率的分析方法

(1) 作物需水量。計(jì)算作物需水量的方法如公式(3):

ET=KY或ET=KYn+c

(3)

其中：ET為作物全生育期內(nèi)總需水量(m3/hm2)；Y為作物單位面積產(chǎn)量(kg/hm2)；K為以產(chǎn)量為指標(biāo)的需水系數(shù)，即單位產(chǎn)量的需水量(m3/kg)；n,c為經(jīng)驗(yàn)指數(shù)和常數(shù)。

式中：K，n,c值通過試驗(yàn)確定。

表1 水資源負(fù)載指數(shù)分級評價(jià)

長武縣主要農(nóng)作物在當(dāng)?shù)貧夂蛳碌男杷考捌洳シN面積見表2。

表2 長武縣主要農(nóng)作物需水量和播種面積

(2)不同灌溉水利用率下的農(nóng)業(yè)水資源需求分析方法。農(nóng)業(yè)用水主要指農(nóng)田灌溉用水。長武縣目前的灌溉水量和水平能否滿足農(nóng)作物的生長需水要求，將決定農(nóng)作物的生長狀況和水資源利用方式。本文選取夏糧(主要是小麥)、秋糧(大秋)這兩類長武縣的主要農(nóng)作物以及長武縣農(nóng)作物總體需水量(W)，根據(jù)不同的灌溉水利用率求算出農(nóng)作物實(shí)際可以得到的灌水量(G)。在某一灌溉水利用率下，若GW時(shí)，灌水量大于農(nóng)作物實(shí)際所需水量，造成了農(nóng)業(yè)水資源的浪費(fèi)。

3 結(jié)果分析評價(jià)

3.1 水資源利用潛力分析的評價(jià)

通過公式(1)和公式(2)的算法和ArcGIS9.3的處理，得到了長武縣的水資源負(fù)載指數(shù)的評價(jià)圖，見圖1。

圖1 長武縣水資源負(fù)載指數(shù)評價(jià)圖

從圖1中可以看出，長武縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的水資源開發(fā)利用程度非常高，只有棗園鄉(xiāng)區(qū)域的水資源利用負(fù)載指數(shù)屬于Ⅱ級，說明此處還有一定的開發(fā)潛力，但是開發(fā)過程也會(huì)很困難。其余各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的水資源利用負(fù)載指數(shù)均屬于Ⅰ級，即開發(fā)利用程度很高，開發(fā)潛力非常小。

長武縣全縣的水資源負(fù)載指數(shù)為27.87，屬于Ⅰ級。說明長武縣水資源總體上的利用率比較高，開發(fā)潛力很小。

3.2 不同利用率下的農(nóng)業(yè)水資源需求分析

經(jīng)過計(jì)算，長武縣全縣田間作物需水量為466.57 mm。長武縣農(nóng)作物不同灌溉水利用率下水分的供需分析如圖2。

圖2 長武縣夏糧、秋糧和農(nóng)作物總體在不同灌溉水利用率下水分供需分析

由圖2可以看出，目前40%左右的灌溉水利用率無法滿足夏糧、秋糧以及長武縣的農(nóng)作物總體需水要求。按照計(jì)算，灌溉水利用率需要達(dá)到60%左右才能滿足夏糧和農(nóng)作物總體生產(chǎn)需水要求，而要達(dá)到秋糧的需水量，灌水利用率則要達(dá)到66%以上。以目前的灌水量和灌溉水利用率計(jì)算，長武縣夏糧的缺水量大約為162.5 mm，秋糧的缺水量約為196 mm，而農(nóng)作物總體的缺水量約為146 mm。這反映了長武縣農(nóng)作物在目前的灌水量和灌溉水利用率下農(nóng)作物的有效灌水量不足。通過分析也不難發(fā)現(xiàn)，真正造成缺水的主要原因并不是灌水量不足，而是灌溉水利用率較低。只要將灌溉水利用率提高到約60%便可以很好地緩解目前長武縣夏糧和農(nóng)作物總體有效灌水量不足的壓力，而秋糧也只需將灌水利用率提高到66%左右即可。因此長武縣農(nóng)作物灌水利用率較低，存在著明顯的浪費(fèi)，從而導(dǎo)致了該地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源短缺。

4 結(jié) 論

本文使用ArcGIS9.3對柵格數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算了長武縣水資源負(fù)載指數(shù)，確定了其水資源利用潛力的等級，并在不同的灌溉利用率下農(nóng)業(yè)水資源需求基礎(chǔ)上，分析了長武縣農(nóng)業(yè)水資源的利用潛力。

(1)長武縣全縣的水資源負(fù)載指數(shù)為27.87，屬于Ⅰ級。說明長武縣水資源總體上的利用程度比較高，開發(fā)潛力很小。

(2)長武縣農(nóng)作物灌溉水利用率較低，存在著明顯的浪費(fèi)，從而導(dǎo)致了該地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源短缺。

(3)提高水資源利用率就是很好的緩解長武縣水資源緊缺壓力的辦法。在農(nóng)業(yè)灌溉水總量一定的情況下，提高有效灌水率則是增加有效灌水量的最佳方法，同時(shí)也是節(jié)省農(nóng)業(yè)水資源開銷的最佳途徑。