洮兒河流域農(nóng)業(yè)水資源安全保障研究

孔慶輝，付 鵬，丁元芳，李成振，陳曉霞

（1.松遼水利委員會水文局（信息中心），吉林 長春 130021；2.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130061）

1 概況

洮兒河是嫩江下游右側(cè)的一大支流，流經(jīng)內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟的科右前旗、突泉縣和吉林省的白城、洮南、鎮(zhèn)賚、大安等市縣，總面積約為3萬km2。流域形狀狹長，東西寬，南北窄。東為嫩江，西為大興安嶺，南為霍林河，北與綽爾河相鄰。洮兒河及其主要支流歸流河和蛟流河都發(fā)源于大興安嶺東南麓，自西北向東南流入嫩江，干流總長395 km。流域整體上位于松嫩平原西部向大興安嶺山地的生態(tài)過渡帶，屬于典型的大陸性干旱一半干旱季風(fēng)氣候區(qū)。多年平均降雨量為458.4 m，降水量年內(nèi)分配很不均勻，降雨主要集中在6—9月，降雨量占全年降水量的85.9%。蒸發(fā)量為1780～1910 mm。

該地區(qū)耕地鹽堿化、沙化和草原退化面積大。降雨少，蒸發(fā)大，干旱機(jī)率高達(dá)70%～90%。過境水量雖然比較大，但是由于條件限制，過境水量得不到充分利用，豐水期流出境外，枯水期很大部分蒸發(fā)掉。建國以來，洮兒河流域人口快速增長，糧食需求劇增，但目前開發(fā)的地表水遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足商品糧基地建設(shè)對水資源的需求，因此需要利用洮兒河扇形地優(yōu)越的地質(zhì)條件，開展水循環(huán)調(diào)控技術(shù)的研究，以增加水資源的可利用量，保障區(qū)域糧食生產(chǎn)安全。

2 洮兒河流域水資源

2.1 地表水資源

根據(jù)《松遼流域水資源調(diào)查評價(jià)》（2006年）成果，洮兒河地表水資源總量為25.7億m3。洮兒河流域地表水資源年際變化大，根據(jù)洮南站1956—2000年徑流還原系列成果，最大年1998年地表水資源量為72.5億m3，最小年2000年地表水資源量為3.76億m3，最大年與最小年地表水資源量的比值為19.3。地表水年內(nèi)分配也不平衡，汛期6—9月地表水資源量約占全年的60%～80%，其中7—8月占全年的50%～60%。

2.2 地下水資源

根據(jù)《松遼流域水資源調(diào)查評價(jià)》（2006年）成果，洮兒河流域地下水資源量為18.32億m3。洮兒河流域地下水資源量計(jì)算表見表1。

表1 洮兒河流域地下水資源量計(jì)算表 萬m3

2.3 水資源總量及可利用量

洮兒河流域多年平均水資源總量為38.67億m3，其中地表水資源總量為25.70億m3，地下水資源總量為18.32 億 m3。

洮兒河流域地下水可開采量為12.68億m3。地表水可利用量根據(jù)經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的原則，按地表水資源總量的40%計(jì)算為10.28億m3。因此水資源可利用總量為22.96 億m3。

3 農(nóng)業(yè)水資源安全閾值計(jì)算

3.1 計(jì)算方法

農(nóng)業(yè)水資源安全閾值的數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)是指在保證流域糧食安全的條件下，流域糧食生產(chǎn)所需要的農(nóng)業(yè)水資源數(shù)量的最小值。從總量上看，洮兒河流域水資源可以保障糧食安全，但由于水資源分布不均、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展、人口總量不斷增加且區(qū)域分布不合理等原因，農(nóng)業(yè)水資源在量上受擠占，在質(zhì)上遭污染，從而造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是糧食生產(chǎn)在很大程度上受到水資源的制約，嚴(yán)重影響了糧食安全。因此，以流域?yàn)閱卧芯哭r(nóng)業(yè)水資源安全閾值，可以宏觀把握保障流域糧食安全所需要的農(nóng)業(yè)水資源量，為流域內(nèi)水資源的優(yōu)化配置和有效利用提供依據(jù)。

糧食安全不等于糧食完全自給，它還與市場發(fā)達(dá)程度和相關(guān)制度等因素有關(guān)，但較高的自給率仍然是糧食安全的必要條件。為了研究的方便，先假定糧食完全自給，推算流域農(nóng)業(yè)水資源安全閾值。再根據(jù)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)狀和規(guī)劃的商品糧生產(chǎn)量，得出流域不同糧食產(chǎn)量條件下的農(nóng)業(yè)水資源安全閾值。

計(jì)算流域糧食生產(chǎn)的水資源安全閾值的步驟：1）結(jié)合流域相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算出流域的口糧需求量；2）結(jié)合流域各類糧食單產(chǎn)水平和糧食需求量，計(jì)算出流域各類糧食所需的種植面積；3）種植面積乘以實(shí)際灌溉需水量，得出各類糧食作物生產(chǎn)灌溉需水量；4）加和各類糧食作物生產(chǎn)灌溉需水量，得到流域總的糧食作物生產(chǎn)灌溉需水量，即糧食生產(chǎn)的水資源安全閾值。

3.2 農(nóng)業(yè)水資源安全閾值

1）糧食自給需求量

根據(jù)《中國糧食供求狀況分析》（2005年）文中數(shù)據(jù)，目前中國農(nóng)村、城市人均口糧標(biāo)準(zhǔn)分別為223.66 kg和202.47 kg（見表2）。洮兒河流域2009年現(xiàn)有城市人口234.50萬人，其中農(nóng)村人口137.27萬人。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算得洮兒河流域糧食自給需求量，見表2。

表2 洮兒河流域糧食自給需求量計(jì)算表

2）滿足糧食自給的水資源閾值計(jì)算

要保證糧食生產(chǎn)的安全，就必須滿足糧食作物的需水量。糧食作物需水量等于有效降雨量EP與有效灌溉量EI之和，有效灌溉量等于實(shí)際灌溉量I與灌溉水利用系數(shù)之積。即

其中，有效降雨量是指全年或季節(jié)性總降雨量中為作物生產(chǎn)直接或間接利用，及用作農(nóng)田其他必須耗用的水量。它包括作物截留的雨水、作物植株蒸騰和株間土壤蒸發(fā)（水田即為株間水面蒸發(fā)）掉的降水、淋洗和水田滲漏等有助于作物生長和耕作作業(yè)的那部分降水。

有效降雨量與降雨特性、氣象條件、土地和土壤特性、土壤水分狀況、地下水埋深、作物特性和覆蓋狀況以及農(nóng)業(yè)耕作管理措施等因素有關(guān)。對有效降雨量的田間測定，包括降雨量、地表徑流損失、深層滲漏損失，以及由作物蒸騰、蒸發(fā)所吸收的土壤水分等的田間量測，可用土壤剖面水分測定法、滲漏計(jì)測定法和水稻筒測法等3種方法測定。第一種方法，需通過對實(shí)際騰發(fā)量（植株蒸騰和株間蒸發(fā)量之和）的計(jì)算求得。后兩種方法,可直接測定每次降雨的有效降雨量。一般確定有效降雨量是利用水量平衡通過計(jì)算獲得，即某次降雨的有效降雨量為次降雨量減去地面徑流量和深層滲漏量（對水稻田不計(jì)此項(xiàng)）。

糧食作物的需水量應(yīng)滿足植株蒸騰量與棵間蒸發(fā)量之和，即蒸發(fā)蒸騰量（常用ET表示）。根據(jù)《中國的灌溉用水與糧食安全》研究結(jié)果，松遼流域各種糧食作物ET，EP值見表3。

表3 糧食作物ET，EP值 mm

根據(jù)前述計(jì)算式，糧食作物灌溉需水量I＝（ET-EP）/δ。據(jù)《松花江流域水資源綜合規(guī)劃》（2009年）中數(shù)據(jù)，松遼流域δ=0.53。根據(jù)作物灌溉需水量，以及流域糧食生產(chǎn)需求量，即可得到流域農(nóng)業(yè)水資源安全閾值為4.9億m3。見表4。

表4 洮兒河流域農(nóng)業(yè)水資源安全閾值計(jì)算表

3.3 滿足現(xiàn)狀糧食產(chǎn)量的水資源閾值計(jì)算

洮兒河流域2009年糧食產(chǎn)量為467.0萬t，其中玉米產(chǎn)量 291.6萬t，水稻產(chǎn)量 12.90萬 t，大豆等 46.4萬 t。因此，采用上述計(jì)算方法，可得到洮兒河流域現(xiàn)狀各類糧食作物生產(chǎn)面積，以及糧食作物灌溉需水量，進(jìn)而可得到洮兒河流域現(xiàn)狀糧食生產(chǎn)量的水資源閾值為25.3億m3。

3.4 滿足規(guī)劃糧食產(chǎn)量的水資源閾值計(jì)算

根據(jù)吉林省和內(nèi)蒙古自治區(qū)增產(chǎn)百億斤商品糧能力建設(shè)總體規(guī)劃，到2012年洮兒河要實(shí)現(xiàn)較2007年糧食增產(chǎn)160.5萬t，較2009年糧食增產(chǎn)71.5萬t，其中水稻61.0萬t，玉米10.5萬t。因此，根據(jù)吉林省和內(nèi)蒙古自治區(qū)增產(chǎn)百億斤商品糧計(jì)劃，采用上述計(jì)算方法，可得到洮兒河流域2012年各類糧食作物生產(chǎn)面積，以及糧食作物灌溉需水量，進(jìn)而可得到洮兒河流域規(guī)劃糧食生產(chǎn)量的水資源閾值為 29.3 億 m3。

4 糧食生產(chǎn)面臨的水資源問題

4.1 水資源可利用量不足

經(jīng)以上分析計(jì)算可知，確保洮兒河流域商品糧自給的農(nóng)業(yè)水資源閾值為5億m3，滿足現(xiàn)狀糧食產(chǎn)量的水資源閾值是25億m3，滿足吉林省和內(nèi)蒙古自治區(qū)增產(chǎn)百億斤商品糧計(jì)劃的水資源閾值是29億m3。而目前流域地表水資源可利用量僅10.28億m3，即使加上地下水可開采量，洮兒河流域水資源可利用量也僅為22.96億m3，嚴(yán)重制約了商品糧基地糧食生產(chǎn)安全。

4.2 水資源分布不均

1）洮兒河流域水資源時(shí)空分布不均勻，全年降雨量的70%集中在汛期，呈現(xiàn)出夏秋多、冬春少的特點(diǎn)。水資源年際、年內(nèi)變化很大，河流最大年徑流量約為最小年徑流量的20倍。降雨量空間分布呈現(xiàn)出西多東少的特點(diǎn)。

2）水資源和耕地面積、人口不協(xié)調(diào)。耕地面積占松遼流域4.7%，人口占松遼流域3.1%，而水資源總量只占松遼流域1%。水土組合東西差異巨大。

4.3 水資源配置不合理

農(nóng)業(yè)水資源配置不合理。一般來講，單位水資源用于農(nóng)業(yè)所產(chǎn)生的效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于用于工業(yè)所產(chǎn)生的效益。未來如果水資源短缺的形勢不能扭轉(zhuǎn)，在效益比較的作用下，農(nóng)業(yè)水資源將通過不同的途徑改作它用，水資源從農(nóng)用轉(zhuǎn)為工業(yè)等非農(nóng)用的情況將日漸增加。從另一方面看，由于人口的增加和經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，更多的生活用水和非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水將造成農(nóng)業(yè)嚴(yán)重缺水。2001年興安盟烏蘭浩特農(nóng)業(yè)用水量約為總用水量的90%，2009年下降到約60%，與此同時(shí)工業(yè)和生活用水比例由10%上升到接近40%。

4.4 水資源利用效率低下

目前農(nóng)業(yè)灌溉以傳統(tǒng)的溝溉、畦灌為主，水資源的利用效率很低，灌溉用水的利用系數(shù)只有0.5左右。由于缺乏科學(xué)的管理手段和先進(jìn)的量水設(shè)施，且節(jié)水灌溉技術(shù)推廣乏力，因此輸水、配水和田間水利用效率低下，造成了農(nóng)業(yè)水資源利用中的浪費(fèi)。另外，灌溉工程老化，農(nóng)業(yè)用水管理體制不健全等，也是造成用水量過高、效率低的重要原因。

5 保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全的水資源調(diào)控措施

1）因地制宜地退耕還林、還草。在水資源可利用量有限、生態(tài)環(huán)境比較脆弱的地區(qū)，農(nóng)業(yè)灌溉用水得不到保證，糧食生產(chǎn)效率低，莫不如有規(guī)劃、因地制宜地退耕還林、還草，涵養(yǎng)水源。

2）優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)。松花江流域西部地區(qū)屬半干旱氣候區(qū)，水資源短缺，在發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)的同時(shí)，還應(yīng)該注重優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展節(jié)水耐旱的作物，特別是在那些土壤層滲透性較強(qiáng)的地區(qū)，應(yīng)統(tǒng)籌整體利益，適當(dāng)限制水田發(fā)展面積。

3）充分挖掘流域各地區(qū)水循環(huán)調(diào)蓄潛力，以增加水資源可利用量為目標(biāo)，積極主動采用多種措施對流域水循環(huán)過程進(jìn)行綜合調(diào)控。可從以下幾個(gè)方面考慮：

a）洮兒河扇形地是一個(gè)天然的大型地下水庫，具有巨大的儲水空間、良好的補(bǔ)給水源、較大的調(diào)蓄能力和方便的開采條件，開發(fā)利用價(jià)值很大。境內(nèi)的洮兒河與蛟流河水，以及嫩江水均可作為地下水庫的補(bǔ)給水源。采用合理有效的技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)地表水與地下水資源的合理配置與聯(lián)合利用，可達(dá)到豐水枯用之目的。

b）白城市具有利用洮兒河與嫩江洪水資源得天獨(dú)厚的條件，洪水資源利用模式以河道引蓄模式為主。從洮兒河鎮(zhèn)西斷面及嫩江大賚斷面的洪水資源可利用量計(jì)算結(jié)果來看，相對于洮兒河洪水資源而言，嫩江洪水資源十分豐富，可利用洪水保證率高，具有更高的開發(fā)利用價(jià)值。

c）根據(jù)洮兒河扇形地下水庫可調(diào)蓄庫容，優(yōu)化調(diào)度察爾森水庫，將不能及時(shí)利用的水資源最大限度地放到地下儲存，可減少蒸發(fā)損失，同時(shí)還可以騰空部分庫容，攔蓄河道后期來水，增加水資源可利用量。

d）建立以察爾森水庫、扇形地下水庫、月亮泡水庫及泡沼為調(diào)控媒介，集洪水資源利用、外流域調(diào)水及節(jié)水灌溉技術(shù)于一體的流域水循環(huán)綜合調(diào)控體系。