秘魯水資源規劃中農業灌溉發展目標確定方法

許 凱，何子杰(長江勘測規劃設計研究院，武漢 430010)

農業是民生之本，糧食安全是社會安定的基本保障，農業在社會經濟發展中的地位舉足輕重。灌溉是保障和提高作物產量的重要手段，尤其在干旱少雨的年份。在以農業生產為主的地區，灌溉用水是總用水量的最重要組成部分，有些地區甚至高達90%及以上。因此，農業灌溉發展規劃和灌區工程規劃是水資源綜合規劃中的重中之重。水資源合理配置和水利基礎設施的合理布局是灌溉保證率的保障。

在我國的水資源綜合規劃中，農業灌溉發展目標是在國家和區域發展規劃的要求和框架下，結合當地的農業發展現狀和未來需求確定的。而許多國家，受制于社會體制和技術水平，往往缺少明確具體的整體或區域性的社會經濟發展規劃。因此，國外的水資源綜合規劃中，確定一個合理的農業灌溉發展目標是整個規劃的重點和難點。

在秘魯水資源綜合規劃中，根據過去十年人口和作物產量的變化趨勢，預估規劃水平年需要達到的產量發展目標。然后，根據雨養種植和灌溉種植面積歷史數據，剔除農業科技發展對產量的促進因素，確定雨養種植和灌溉種植發展對產量的促進作用。在此基礎上，根據產量發展目標，推求出規劃水平年雨養種植面和灌溉種植面積的發展目標。

1 研究區域簡介

秘魯(PERU)位于南美洲西部，是南美洲第三大國家，國土面積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的降水和冰川融水，下游幾乎不產流。Titicaca湖水系為匯入Titicaca湖的河流組成。Titicaca湖位于研究區南部安第斯高原，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。根據地形地貌，秘魯可以分為西部太平洋沿岸地區，中部安第斯山區和東部亞馬遜叢林區三部分。太平洋沿岸地區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，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，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 秘魯地理位置

受地形、地貌、植被、氣候等自然地理條件的限制，安第斯山區和亞馬遜叢林區居住條件惡劣。太平洋沿岸地區溫度適宜、陽光充分，秘魯主要的人口聚居區和灌區都集中于此，導致水資源空間分布與社會經濟空間布局嚴重不匹配。太平洋地區水資源短缺現象十分嚴重，大型城市和灌區多靠跨流域調水供給。秘魯汛期為12月至次年3月，短短4個月的降水量占全年總降水量的60%～70%，水資源時間分布不均。秘魯作物播種時間多為9-10月，生長期為3～5個月，農業需水過程與來水過程不匹配。

為解決秘魯水資源時空分布不均所導致的資源型缺水問題，水利基礎設施薄弱所導致的工程性缺水問題，以及由于水資源管理手段落后所導致的水資源浪費和水污染問題。秘魯水資源綜合規劃進行了水資源現狀調查和問題分析、水資源優化配置模型建立、水資源開發利用工程規劃等多方面的工作。規劃的現狀年為2012，規劃水平年為2035年。其中農業灌溉需水占總需水量的85%以上。灌溉發展規劃和灌溉工程規劃是整個水資源綜合規劃的重點。

2 秘魯農業灌溉現狀和發展分析

(1) 農業種植面積和灌溉面積。秘魯在1994和2012年進行過全國農業普查，是分析秘魯農業灌溉發展的重要資料。農業種植面積可分為灌溉和雨養種植面積兩部分，兩次農業普查的結果如表1所示。1994年秘魯全國種植面積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，雨養種植面積374.79 萬hm2，人均雨養面積0.15 hm2。2012年秘魯全國種植面積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，雨養種植面積454.51 萬hm2，人均雨養種植面積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，人均雨養面積幾乎沒有增加。

表1 1994和2012年秘魯農業種植、雨養、灌溉面積

注：來源于1994和2012年秘魯全部農業普查, 秘魯農業部&信息統計部[3]。

(2)作物結構和產量。秘魯地形地貌多種多樣，自然地理形態各異，128.52 km2國土面積上囊括太平洋沿岸干旱荒漠、安第斯高原山區、亞馬遜熱帶雨林3種自然地理分區。這造就了多樣的物候條件，作物多種多樣，物產豐富。秘魯是馬鈴薯的發源地，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。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，出產優質咖啡。沿海地區常年少雨，日照時間長，非常利于棉花的生長，秘魯棉花品質聞名于世。秘魯是鱷梨、蘆筍、藜麥等經濟作物的最主要出口國。

秘魯農業部將作物分為谷物、蔬菜、水果和堅果、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)、非木材林產品共十類。根據2006-2013年秘魯農業統計年鑒，各類作物的產量如表2所示。2006-2013年期間，秘魯作物產量2 828.39 萬t增長到3 809.95 萬t，人均產量1.00 t/人增長到1.25 t/人。人均產量的增長趨勢分析如圖2所示，結果顯示，秘魯人均作物產量呈線性增加趨勢，確定系數R2達0.95。

y=0.032 2x- 63.525

(1)

式中：y為人均產量，t/人；x為年份。

表2 2006-2013年秘魯作物產量和人口

注：來源于2006-2013年秘魯農業統計年鑒，秘魯農業部[4]。

圖2 2006-2013年秘魯作物人均產量變化趨勢

3 秘魯農業灌溉發展目標確定

農業灌溉發展目標的重點在于確定到規劃水平年應該增加的灌溉和雨養的面積，以保證人口增長和社會經濟發展需要。灌溉和雨養面積的增加最終都會體現為糧食產量的增加。而糧食產量的增加原因不僅僅是灌溉和雨養面積的增加，科技提高(種子質量及育種技術、種植技術、灌溉技術等的提高，以及土壤改良等)也是引起產量增加的重要因素。因此，在分析灌溉和雨養面積增加對產量的促進作用的時候，需要將這些因素剔除。記人均灌溉面積和人均雨養面積分別為Ai和Ar(hm2/人)，灌溉作物和雨養作物的單位面積產量分別為yi和yr(t/hm2)，人均產量為Y(t/人)，那么1994人均產量Y1994可表示為：

yiAi_1994+yrAr_1994=Y1994

(2)

記1994-2012年，因為科技提高導致的人均產量增加為ΔY1994-2012，那么：

yiAi_2012+yrAr_2012+ΔY1994-2012=Y2012

(3)

根據Spatial Production Allocation Model (SPAM, http:∥mapspam.info/)的數據，秘魯境內灌溉作物的單位面積產量是雨養的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年因為科技提高導致的人均產量增加為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為規劃水平年(2035年)較現狀年(2012年)的人均灌溉面積和雨養面積增加量。通過式(1)計算得到Y2035=2.00(t/人)。假設科技提高對產量的促進作用是線性的，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)

上式即為農業灌溉的發展目標，也就是到規劃水平年(2035年)為了滿足人口增長和社會經濟發展，人均灌溉面積和人均雨養面積應該滿足的關系式。1994-2012年間人均雨養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。根據秘魯經濟統計部的預測，2035年人口約為3 700 萬人[5]，計算得到2012-2035年期間秘魯全國需要新增灌溉面積150 萬hm2。具體到每個流域和地區，則需要根據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劃發展目標和工程布局。太平洋水系水資源比較匱乏的流域，應以改善灌溉為主。亞馬遜流域降水豐沛，應以發展雨養種植為主。安第斯山區，水資源相對較為豐富，應新增灌溉面積和新增雨養種植面積相結合。最后，所有流域的規劃的新增灌溉面積和新增雨養種植面積應該滿足式(7)。

4 結 語

基于歷史農業灌溉統計數據和趨勢分析，本文提出了一個確定水資源綜合規劃中農業灌溉發展目標的 分析方法，并將其應用于秘魯水資源規劃中，主要取得以下結論。

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

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

(3)為了滿足人口增長和社會經濟發展的需求，從現狀水平年(2012年)到規劃水平年(2035年)，秘魯全國范圍內需要新增灌溉面積約150 萬hm2。

本文所提出的農業灌溉目標的確定方法，適用于從宏觀尺度分析，確定一個區域的總體發展目標。具體到每個流域或者地區，則需要根據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劃發展目標和工程布局。

[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.