河西走廊典型灌區農業水資源利用研究

王建瑩 趙文發 劉春成

摘要 河西走廊地區氣候干旱、降水稀少，水資源不合理利用導致區域地下水位不斷下降，嚴重威脅灌區的生態安全。根據實測水文氣象資料及灌區實際調查資料，利用水量平衡法分析灌區農業水資源供需存在的問題，研究成因關系，提出解決思路。結果發現，金昌市灌區農業水資源存在較大缺口，其主要原因是渠系水利用系數較低等，深層次原因則是缺乏有效的調蓄工程。因此，加強水資源優化調度和水資源統一管理，建設雨洪調蓄工程，是金昌灌區也是河西走廊地區持續發展的重要途徑之一。

關鍵詞 河西走廊；典型灌區；農業水資源

中圖分類號 S27 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）18-0163-04

Analysis of Agricultural Water Resources Supply and Demand in the Typical Irrigation District of Hexi Corridor—Taking the Jinchang Irrigation District as an Example

WANG Jianying1，ZHAO Wenfa1，LIU Chuncheng2

（1. China Electric Construction Group，Northwest Survey and Design Research Institute Limited，Xi'an，Shaanxi 710065；2.Farmland Irrigation Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Xinxiang，Henan 453002）

Abstract In the Hexi corridor region，the climate is arid，the precipitation is scarce，and the unreasonable utilization of water resources leads to the decline of groundwater level，which threatens the ecological safety of irrigation area. According to the measured hydrology and meteorology data and the actual survey data of irrigation area，the paper analyzes the problems of supply and demand of agricultural water resources in irrigation area by means of water balance method，studies the genetic relationship and puts forward solutions. The results show that there is a big gap in agricultural water resources in Jinchang irrigation area，the main reason is the low water utilization coefficient of canal system，and the deep reason is lack of effective regulation and storage project. Therefore，it is one of the important ways of sustainable development of Jinchang irrigated area to strengthen water resources optimal dispatch and unified management of water resources and to construct rain and flood storage project.

Key words Hexi corridor；The typical irrigation areas；Agricultural water resources

水循環規律是治水和解決水源問題應當遵循的基本規律[1]。由于水資源開發利用不合理，從20世紀50年代開始，河西走廊地區河流下游的生態不斷退化[2]。以石羊河流域為例，下游地下水開采量從20世紀50年代的1.5億m3增加到2000年的14.5億m3，地下水埋深也從1.00 m增加到14.26 m，地表植被破壞，生態系統遭受重創，造成大面積土地荒漠化、沙漠化[3]。有數據表明，到2012年，民勤的荒漠化面積已占土地面積的94%[4]。

河西走廊是“一帶一路”戰略發展的重要節點和黃金通道，金昌市位于河西走廊中東部石羊河流域，是甘肅省河西內陸河流域中人口最多、水資源開發利用程度最高、用水矛盾最突出、生態環境問題最嚴重、水資源對經濟社會發展制約性最強的地區[5]。河西走廊綠洲農業是區域經濟發展的基礎，是人類長期改造利用自然環境的產物[6]。金昌市農業灌溉用水量占總用水量的80%以上，但農田灌溉水利用系數僅為0.54。在區域水資源問題日益加劇的背景下，研究解決金昌市灌區農業水資源問題，對于緩解區域用水矛盾和保障綠洲生態安全具有一定的借鑒意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

金昌市全市水資源總量約為5.4億m3，其中地表水資源量約5.0億m3，地下水資源量約0.4億m3（不計重復利用量）。境內河流主要有東大河、西大河和金川河三大河流，均屬石羊河水系，為常年性內陸河。東大河、西大河均發源于祁連山主峰冷龍嶺北坡，其中東大河多年平均徑流量約3.2億m3，平均流量10.16 m3/s；西大河多年平均徑流量約1.5億m3，平均流量4.90 m3/s。金川河是由出山地表水下滲并在山前洪積平原溢出形成的泉水匯集而成，同時接納汛期東、西大河部分下泄洪水，多年平均徑流量0.597億～0.887億m3。除此之外，還有諸多間歇性溝河，多年平均徑流量約0.26億m3。

近年來，金昌市水資源供需矛盾逐漸凸顯；同時，由于全球氣候變暖導致的極端氣候事件發生機率增加，旱澇災害愈加頻繁。1991年金昌市特大干旱年，超過150 d未下雨，全年降水量僅為110.5 mm，雖然皇城、西大河、金川峽三大水庫充分發揮了調節作用，但由于地表水徑流量大幅度減小，依然造成糧食減產1 910萬kg，農業直接損失6 494萬元以上； 1997年特大干旱年，作物生長關鍵期的4—6個月幾乎無有效降雨，全市受旱面積達3.65萬hm2，糧食減產4 026萬kg ，工業經濟損失6 869萬元，城鎮7.6萬人飲水受到影響。

1.2 研究方法

利用多年實測水文及氣象資料，在灌區用水實際調查資料的基礎上，運用區域水資源平衡分析方法等，分析和評價區域抗旱形勢，提出區域農業水資源供需中存在的主要問題，研究解決金昌市灌區農業水資源短缺問題。

2 結果與分析

2.1 灌區需水量預測分析

金昌市按水系劃分為5個灌區，分別為東河灌區、西河灌區、四壩灌區、金川灌區、清河灌區。其中東河、西河、金川灌區為渠灌區，灌溉水源來自水庫蓄水；四壩灌區為井河混灌區；東部的清河灌區為井灌區。

金昌市農業灌溉面積根據每年灌溉供水量情況而變化，具有不穩定性，呈現“以水定灌”的特點。根據統計資料，2008—2015年，金昌市平均有效灌溉面積為7.92萬hm2。因此，金昌市農業有效灌溉面積暫按7.92萬hm2考慮，同時應提高高效節水灌溉比例。金昌市農業灌溉面積分布見表1。

根據《甘肅省行業用水定額（修訂本）》（2011年5月），結合《甘肅省河西走廊國家級高效節水灌溉示范區項目實施方案》等，預測2020、2025年金昌市農業灌溉需水量分別為58 907萬、54 232萬m3。農業灌溉設計保證率為50%，高效農業（噴灌、微灌）灌溉設計保證率為75%。金昌市不同水平年農業灌溉需水量預測成果見表2。

2.2 灌區可供水量分析

2.2.1 地表水可供水量。

金昌市地表徑流主要為屬于石羊河水系的西大河、東大河等，多年平均地表水資源量50 030萬m3。地表水可供水量水源主要為皇城水庫、西大河水庫、金川峽水庫。經計算，平水年（P=50%）、一般枯水年（P=75%）、枯水年（P=95%）來水年份，地表水可供水量分別為38 122萬、34 250萬、30 467萬m3。

金昌市不同來水年份地表水可供水量成果見表3。

2.2.2 其他水源可供水量。

2.2.2.1 地下水。

地下水可供水量由當地地下水可開采量確定。考慮重復利用水量后，金昌市地下水可開采利用量為23 700萬m3。考慮5%的開采損失水量后，金昌市地下水可供水量為22 515萬m3。

2.2.2.2 外流域調水。

“引硫濟金”工程設計年引水量4 000萬m3，輸水系數0.9，實際可供水量為3 600萬m3。

2.2.2.3

中水回用。

金昌市污水處理廠于2007年5月建成投入使用，設計日處理城市生活污水8萬m3，年處理污水能力2 920萬m3，現狀實際日處理4萬m3左右，現狀中水回用量約為645萬m3。

2020年、2025年，金昌市城鎮排污量合計分別為1 595.0萬、1 816.5萬m3，污水處理能力大于排污量，可以做到“全收集、全處理”。按污水損失率15%估算，2020年、2025年，金昌市中水可供水量分別為1 356萬、1 544萬m3。中水主要用于生態用水等。

2.2.2.4 總可供水量。

總可供水量為地表水可供水量、地下水可供水量、“引硫濟金”可供水量、中水可供水量之和。

2020年水平年，50%保證率情況下，金昌市可供水量65 593萬m3；75%保證率情況下，金昌市可供水量61 721萬m3；95%保證率情況下，金昌市可供水量57 938萬m3。

2025年水平年，50%保證率情況下，金昌市可供水量65 781萬m3；75%保證率情況下，金昌市可供水量61 909萬m3；95%保證率情況下，金昌市可供水量58 126萬m3。

2.3 水量平衡分析

根據金昌市的可供水量與預測的需水量，進行水資源一次供需平衡分析，結果見表5。

從金昌市水資源供需平衡分析結果看出，無論是2015年（現狀年）、2020年、2025年均存在較大缺口，具體分析如下。

2.3.1 2015年（現狀年）。

2015年（現狀年），50%、75%、95%來水年份，缺水量分別為16 256萬、20 128萬、23 911萬m3，缺水程度分別為20.04%、24.81%、29.47%。

按首先滿足城鄉居民生活用水，并兼顧農業、工業、生態環境用水的原則，結合金昌市實際情況，現狀年50%來水年份，需要減少灌溉面積約1.86萬hm2，僅能保證供水灌溉面積約6.05萬hm2；75%來水年份，需要減少灌溉面積約2.30萬hm2，僅能保證供水灌溉面積約5.61萬hm2；95%來水年份，需要減少灌溉面積約2.73萬hm2，僅能保證供水灌溉面積約5.18萬hm2。

2.3.2 2020年。

2020年，50%、75%、95%來水年份，缺水量分別為10 271萬、14 143萬、17 926萬m3，缺水程度分別為13.54%、18.64%、23.63%。

按首先滿足城鄉居民生活用水，并兼顧農業、工業、生態環境用水的原則，結合金昌市實際情況，2020年50%來水年份，需要減少灌溉面積約1.38萬hm2，僅能保證供水灌溉面積約6.53萬hm2；75%來水年份，需要減少灌溉面積約1.90萬hm2，僅能保證供水灌溉面積約6.01萬hm2；95%來水年份，需要減少灌溉面積約2.41萬hm2，僅能保證供水灌溉面積約5.51萬hm2。

2.3.3 2025年。

2025年，50%、75%、95%來水年份，缺水量分別為10 133萬、14 005萬、17 788萬m3，缺水程度分別為13.35%、18.45%、23.43%。

按首先滿足城鄉居民生活用水，并兼顧農業、工業、生態環境用水的原則，結合金昌市實際情況，2025年50%來水年份，需要減少灌溉面積約1.48萬hm2，僅能保證供水灌溉面積約6.44萬hm2；75%來水年份，需要減少灌溉面積約2.05萬hm2，僅能保證供水灌溉面積約5.87萬hm2；95%來水年份，需要減少灌溉面積約2.59萬hm2，僅能保證供水灌溉面積約5.32萬hm2。

2.4 影響因素分析

金昌市農業灌溉用水不足與灌溉效率較低，已經成為影響綠洲農業發展的瓶頸，亟待破除[7]。影響金昌市灌區農業水資源的因素很多，主要包括自然因素和人為因素等。

2.4.1

降雨因素。

金昌市地處河西走廊東部，由于受地形條件抬升的影響，多年平均降水量約為296 mm，且主要集中在西南部和南部，往往形成山洪災害。南部祁連山山區海拔在2 500～4 000 m，年降水量311～600 mm。淺山區海拔在2 000～2 500 m，年降水量158～311 mm。走廊平川區海拔在1 300～2 000 m，年降水量100 mm左右。

受大陸性氣候的影響，該區域降水量的年內分配很不均勻，汛期6—9月降水量占年降水總量的70%以上，最大月降水量發生在7月或8月；其他月份降水量少，占年降水總量不足30%；最小月降水量發生在12月—次年1月，占年降水總量的1.0%～1.8%。從永昌氣象站年降水量系列（圖1）可以看出，年降水量有一定的上升趨勢：在這一系列中有2個平穩時段，1969—1989年平均年降水量為149.8 mm，1993—2015年平均年降水量為171.3 mm，第2個時段比第1個時段平均年降水量增加21.5 mm，是第1個平穩階段的14.4%。

研究表明，整個河西走廊秋季及酒泉市東部到張掖市冬季降水呈顯著增加，2000年之后秋季、春季和冬季降水量占年降水量的比重有所提高，而夏季降水比重有所減少，有暖干化趨勢[8]。這與該研究中永昌氣象站數據分析結果基本一致。但是，分析永昌氣象站2011—2015年季節降水變化，發現該段時期冬季和夏季降水量顯著增加，春秋季節降水量有所減少。

2.4.2

徑流因素。

金昌市地表徑流主要來源于西大河、東大河等，地表水供水水源主要為皇城水庫（東大河）、西大河水庫（西大河）、金川峽水庫（金川河）等。

東大河祁連山山區有冰川發育，植被較好，為金昌市第一大河流，主要補給來源為降水、融冰融雪和地下水。西大河為金昌市第二大河流，主要補給源是融雪、降水和地下水。金川河主要靠東大河和西大河調水以及二次溢出泉水補給，屬東、西大河之尾閭。

東大河、西大河來水量年內分配不均，多年平均6—9月豐水期來水量分別占全年來水量的62.6%、61.6%；多年平均12月—次年3月枯水期來水量分別占全年來水量的13.0%和10.0%。從皇城水庫（東大河）年入庫水量系列（圖2）可以看出，多年來皇城水庫入庫水量變化不大。

2.4.3 氣溫因素。

金昌市水利設施較為完備，東河灌區現已建成皇城水庫、東大河渠首和相應的輸水渠道，總干渠1條長8.50 km，干渠16條長194.10 km，支渠341條長394.00 km；西河灌區現已建成水庫2座（西大河水庫、大泉水庫）、石梯子渠首和相應的輸水渠道，總干渠1條長5.82 km，干渠14條長191.10 km，支渠189條長447.40 km。但由于干渠較長，中途蒸發滲漏損失很大，渠系水利用系數僅有0.54。

世紀80年代后期開始，年均氣溫開始緩慢上升。年代統計數據顯示，1960—1969年平均氣溫4.76 ℃，1970—1979年平均氣溫4.71 ℃，1980—1989年平均氣溫4.91 ℃，1990—1999年平均氣溫5.36 ℃，2000—2009年平均氣溫5.87 ℃，2010—2015年平均氣溫6.24 ℃。由此可以看出，1960—1979年平均氣溫基本穩定在4.7～4.8 ℃；20世紀80年代比上一年代上升了0.2 ℃，之后氣溫持續攀升，到2010—2015年平均氣溫達到了6.24 ℃，比20世紀60年代上升了1.48 ℃。氣溫的上升加劇了區域的蒸發，導致水面蒸發量不斷增加，渠系水損失日益嚴重。

3 結論與建議

河西走廊灌區地下水位不斷下降，渠系水損失嚴重，水資源利用效率較低，嚴重制約著綠洲農業的發展。

分析表明，金昌市水資源供需矛盾突出，無論是現狀年的2015年，還是近中期的2020年、2025年均存在較大缺口。近年來，區域受暖濕氣候影響較大，雖然降水量略有增加，但不足以應對日益變暖的氣候?；谝陨戏治?，提出以下建議：

（1）強化涵養水源，營造良性循環。隨著近年來氣候變暖日益明顯，暴雨洪水等突發災害更加頻繁。有必要分析洪水的利害兩重性，提高水資源調蓄能力，增加調蓄水庫，攔蓄洪水，加強洪水資源化綜合利用管理，化害為利，實現多種水資源綜合利用。

（2）修建調蓄工程，增強調配能力。隨著洪水資源化的發展，金昌市已有水庫的調蓄能力已經不能滿足水資源優化配置的需求，迫切需要增加調蓄水庫；同時也是為了提高水資源優化配置能力，接納上游水庫泄水，為發展管灌、噴灌等高效節水灌溉奠定基礎。對河道洪水進行消峰調洪，可更好地滿足金昌市各行各業的用水需求。

（3）推進高效節水，井渠統一管理。灌區水資源量較少，而當前渠系水利用系數僅有0.54，在提升灌溉水平的基礎上，積極發展高效節水，減少無效耗損等。按照“井渠結合、采補均衡、統一供水”的原則，注重節水與養水，合理控制水價。

（4）提高管理水平，優化管理結構。積極推進土地流轉，優化管理結構，讓用水群眾參與管理。有計劃、有步驟、分階段地對渠系的管理權、使用權、經營權進行公私合營模式（PPP）項目融資，發展農民用水協會，增強農業發展活力。

參考文獻

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