陜西省農業灌溉水資源保障程度及空間差異分析*

陶 冶，李 軍，馮開文

(中國農業大學經濟管理學院，北京 100083)

0 引言

糧食安全關系著國計民生，糧食安全能否得到有效保障，對人民的生活、社會的穩定和經濟可持續發展具有重要的影響[1]。有研究表明，耕地面積相同的前提下，水澆地的糧食種植經濟收益可以達到旱地的2～4倍，對于糧食生產來說，農業灌溉用水的貢獻度可以超過40%[2]。可見農業灌溉用水安全是糧食安全的基礎，對保障糧食安全生產具有重要的作用，進而促進人類社會持續發展[3]。然而，隨著城鎮化進程和工業化的發展，農業灌溉用水量不斷遭到擠占，灌溉份額不斷減少[4]，加上農戶尚未改變粗放型傳統用水方式，造成農業灌溉用水的大量浪費，會因農業灌溉用水缺乏直接導致糧食減產，影響正常農業生產和社會穩定[5]。

我國西北地區屬于干旱、半干旱地帶，陜西省地處我國西北地區中心，是我國的農業生產大省，其糧食生產的可持續發展對陜西以及西北地區甚至全國的糧食安全起著重要的作用。然而陜西省水資源匱乏程度很高，尤其是農業灌溉用水資源方面，省內分布嚴重不均衡，南部地區水資源量占據全省水資源總量的70%以上，北部及關中地區水資源缺乏且分布存在較大差異性，很大程度上影響該地區的糧食生產。因此，分析陜西省各市區農業灌溉用水存在的空間差異性，在此基礎之上有針對性地提出節水措施，進而促進陜西省農業灌溉用水資源利用率，對保障陜西省糧食生產安全具有非常重要的意義。

近年來，我國農業改革進入到攻堅階段，農業資源供給側改革穩步推行，農業灌溉用水資源如何有效合理化利用逐步提升至國家糧食安全生產戰略性議題，對干旱、半干旱地區糧食生產如何有效利用農業灌溉用水進行研究顯得極為重要。關于農業灌溉用水資源合理利用方面，現有研究大多集中在農業灌溉用水資源承載力評價、農業灌溉用水效率等方面，從灌溉水資源供給和需求方面構建農業灌溉水資源保障度分析模型，進行定量的分析區域水資源對糧食生產的保障程度的研究較少。因此，文章選取2016年陜西省各市區農業灌溉水資源相關數據，分析農業灌溉水資源對各市區糧食生產的保障程度，進而總結陜西省農業灌溉用水存在的空間差異分布狀況，在此基礎上有針對性地提出陜西省各市區農業灌溉用水資源利用效率的政策建議，保障陜西省糧食安全生產。

1 陜西省水土資源態勢與糧食生產

1.1 陜西省淡水資源利用現狀及分布情況

陜西省淡水資源總量為271.48 億m3，占全國淡水資源總量比例較少，省內淡水資源分布嚴重不均，呈現南多北少的局面，關中地區淡水資源量占陜西全省淡水資源總量的18%，陜北地區淡水資源量僅占陜西全省淡水資源總量的11%。而且陜西全省境內氣候干旱，淡水資源蒸發量大，超過年平均降水量，淡水資源呈現負增長態勢。根據統計資料，陜西省人均水資源擁有量僅占全國平均水平的53%，農業灌溉用水方面，畝均灌溉水資源擁有量僅占全國平均水平的41%，缺水情況非常嚴重。在流域分布上，占陜西省土地面積35%的長江流域，擁有全省淡水資源總量的70%，而占土地面積65%的黃河流域，只擁有全省淡水資源總量的30%[6]。可見陜西省淡水資源分布嚴重不均衡，加之農業灌溉用水利用率不高，對農業生產造成很大的不利影響。

表1 陜西省三大區域淡水資源分布狀況

地區平均降水量(mm)蒸發量(mm)土地面積比重(%)水資源比重(%)陜北4501 10040.2911關中6501 08024.2718陜南80085035.4471 數據來源: 2017《陜西統計年鑒》

圖1 陜西省耕地面積和糧食產量
數據來源： 2017《陜西統計年鑒》

通過對比陜西省三大區域淡水資源分布狀況，可以明顯看出該省淡水資源分布存在顯著的地域性差異(表1)。從經濟發展角度來看，關中地區為陜西省的經濟中心，年平均GDP占陜西全省GDP的80%以上，然而該地區淡水資源量只占全省淡水資源總量的18%； 陜北地區土地面積占陜西省土地總面積的40.29%，但是其淡水資源量的比例占比最少，僅有11%； 陜南地區土地面積占陜西省土地總面積的35.44%，然而其淡水資源比例占全省淡水資源總量的71%。從降水量和蒸發量來看，陜西省的降水量存在地域性差異，全省年降水量呈現自南向北逐漸減少的趨勢，在關中和陜南地區呈現自西向東逐漸遞減的趨勢。陜西省三大區域的蒸發量都大于降水量，陜北地區的年平均降水量在3個區域中最少，但是其年平均蒸發量卻是最大的，二者比例將近3： 1，導致該地區淡水資源嚴重缺乏，這種淡水資源空間分布極不均勻的情況導致陜西省經常出現淡水資源短缺問題。

隨著近年來現代化的發展，陜西省逐步施行傳統經濟轉型戰略，工業化速度加快，拉動經濟快速增長的同時造成自然資源的大量消耗，其中最為明顯的就是傳統用水結構發生巨大變化，農業用水比例不斷下降，工業用水和生活用水比例不斷增加，這種情況對一直處于干旱條件下的陜西省農業生產造成了越來越大的不利影響。

1.2 陜西省土地資源及糧食生產情況

根據近20年陜西省耕地面積和糧食產量統計，可以看出該省耕地面積變化呈現起伏性態勢，具有一定的階段性特征，其耕地面積變化最劇烈發生在2000—2006年，陜西省耕地面積大幅度減少， 2006年至今耕地面積基本保持不變。其根本原因是2006年起國家層面嚴格控制非農用途對農業優質耕地面積的占用，尤其是基本農田的不合理占用，在此背景之下，陜西省采取耕地復墾、整理等措施在一定程度上增加了可用性耕地面積。隨著農業科技水平的提高，2006—2012年陜西省糧食產量逐年升高，然而隨著工業化進程的加劇，農業灌溉用水量被大幅削減，導致自2012年起，陜西省因缺少農業灌溉用水導致糧食開始減產(圖1)，隨著陜西省傳統用水結構的不斷變化，農業灌溉用水比例不斷下降，陜西省糧食平均單產雖然逐年略有增長，但是有效灌溉耕地面積逐年減少，導致省內糧食產量始終沒有明顯增幅，形勢不容樂觀[7]。

2 農業灌溉水資源保障度分析模型

對于區域性農業灌溉用水資源保障度定量分析，一般需要考量該地區農業灌溉用水資源供給和需求兩方面的平衡關系，進而構建該區域農業灌溉水資源保障度分析模型。此模型最早是由我國學者甘紅[8]提出的，該文在前人研究的基礎之上繼續豐富模型內參數指標，能夠更加準確地反映陜西省各市區農業灌溉用水資源保障度，進而分析其差異性，具體模型構架見圖2。

圖2 農業灌溉水資源保障度分析模型框

2.1 模型中參數概念解釋

2.1.1 水資源開發利用率

該指標是指在不危害當地生態環境的情況下，開發利用的水資源量占水資源總量的比例。參考之前學者的研究結論，指標數值理想狀態不超過40%[9]。

2.1.2 灌溉可用水資源比重

該指標是指研究地區可開發利用水資源量中農業灌溉所用的水資源量所占的比例，也就是當地各部門用水結構中農業灌溉所分配的份額。

2.1.3 種植結構

該指標是指研究地區當年各種農作物播種面積與農作物總播種面積的比值。為了確保計算結果的精確度，同時方便計算，只考慮研究地區的主要農業作物。指標的選擇依據是保證所選擇的各個灌溉作物的播種面積總和與灌溉作物總播種面積比值超過0.90[9]。

2.1.4 復種指數

該指標是指研究地區當年農作物播種面積與耕地面積的比例，能夠體現研究地區當年單位耕地面積上種植次數的頻率，反映了農作物綜合利用耕地和光熱水資源的狀況[10]。

2.1.5 作物凈灌溉定額

該指標是依據不同作物的需水量，研究地區有效降雨量、地下水使用量來進行確定的，體現的是不同作物單位面積灌溉所需需水量。

2.1.6 灌溉水利用率

該指標是指研究地區灌溉時引入水渠中的灌溉水總量減去實際流入灌溉區過程中所損失的水量的比例，根據其數值可以看出研究地區農業灌溉水利用率的大小以及水利設施輸水過程中的損失水量，研究地區農業灌溉水利用率越低、損失水量越多，該指標數值越小。

2.2 模型的公式表達

2.2.1 農業灌溉可用水資源量S(億m3)

S=Q1+Q2×α×β

(1)

式(1)中，Q1+Q2為區內、外水資源量，Q為水資源總量，單位為億m3；α為水資源開發利用率；β為農業灌溉可用水資源比重。

2.2.2 農業灌溉水資源需求量D(億m3)

(2)

式(2)中，A代表區域灌溉耕地面積，單位hm2；δ代表復種指數；γi代表第i類作物播種面積，單位hm2；hi代表第i類作物凈灌溉定額，單位m3/hm2；n代表作物種類；k代表農業灌溉水資源利用率。

2.2.3 農業灌溉用水資源保障度P

(3)

式(3)中，S代表區域農業灌溉可用水資源量，單位hm2，D代表區域農業灌溉水資源需求量，單位億m3。

2.2.4 農業灌溉水資源保障度等級劃分

根據P值對農業灌溉水資源保障度作以下等級劃分：

表2 農業灌溉水資源保障度等級劃分

P值(%)等級灌溉水資源情況保障程度>120Ⅰ等灌溉水資源豐富有效保障95～120Ⅱ等基本平衡缺水小于5%80～95Ⅲ等輕度缺乏缺水5%～20%65～80Ⅳ等中度缺乏缺水20%～35%0～65Ⅴ等重度缺乏缺水大于35%

根據公式3計算出研究地區不同區域的P值，參考表2進行研究地區農業灌溉水資源保障度等級對比，進而確定研究地區不同區域農業灌溉水資源情況及其保障程度。

3 陜西省農業灌溉水資源保障度測算

對陜西省11個省轄市和楊凌區構成的系統進行農業灌溉水資源保障度分析，為方便比較計算，統一將各水資源單位規定為m3。

3.1 陜西省農業灌溉可用水資源量

3.1.1 水資源量

根據2016年陜西省各市區年降水量及地表水與地下水資源量的加和，為了能夠按照標準進行比較，需要根據資料取得各市區水資源總量的重復計算量，將兩者進行相除以消除各市區水資源量的計算誤差，最終得出統一標準的各市區水資源總量Q(表3)。

3.1.2 水資源開發利用率

根據2017年陜西省水資源公報中提供的數據，可以計算出陜西省各市區總供水量=地表水源供水量+地下水源供水量+其他水源供水量，進而可以計算出該地區水資源開發利用率=總供水量(表4)/水資源總量(表3)，即為公式(1)中的α。通過計算結果可以看出，陜西省各市區水資源開發利用率差異較大，關中地區水資源開發利用率為1.01，遠高于陜西全省平均水資源開發利用率0.33，關中地區內咸陽市與楊凌區的水資源開發利用率分別為2.77與2.86，為陜西省各區市最高，體現出該地區淡水需求量高，水資源緊缺的現狀。

3.1.3 農業灌溉可用水資源比重

陜西省各市區灌溉用水量在總用水量中的比重β可通過農田灌溉用水量/總供水量求得(表5)。通過比較可以看出，陜西省關中地區和陜北地區的灌溉可用水資源比重大體一致，分別為48%與47%，陜南地區的灌溉水資源占水資源總量的66%，為全省最高，陜西全省的灌溉水資源比重為53%，說明2016年陜西省農業用水量占到全省總供水的一半以上。

表3 2016年陜西省行政分區水資源總量 億m3

表4 2016年陜西省行政分區水資源開發利用率

3.1.4 農業灌溉可用水資源量

將上文所確定的參數代入公式(1)S=Q1+Q2×α×β，計算出陜西省各地區灌溉可用水資源量S(表6)，可以看出陜西省關中地區灌溉可用水資源量占全省一半以上，陜北地區所占比例最少。各區市中漢中市灌溉可用水資源量占比最多，為12.68%，楊凌區灌溉可用水資源量占比最少，為0.21%，充分體現出了陜西省內各區市灌溉可用水資源分布不均的實際情況。

表5 2016年陜西省行政分區農業灌溉可用水資源比重

行政分區總供水(億m3)農田灌溉用水量(億m3)灌溉可用水資源比重西安市18.475.610.30銅川市0.840.220.26寶雞市8.024.190.52咸陽市10.655.490.52楊凌區0.400.210.53渭南市14.369.580.67韓城市0.840.170.20關 中53.5825.470.48延安市2.560.590.23榆林市7.924.340.55陜 北10.484.930.47漢中市16.4112.680.77安康市7.283.960.54商洛市3.081.020.33陜 南26.7717.660.66全 省90.8348.060.53 數據來源:《2017年陜西統計年鑒》

表6 2016年陜西省行政分區農業灌溉可用水資源量

行政分區Q(億m3)αβ灌溉可用水資源量S(億m3)西安市18.471.020.305.61銅川市0.840.550.260.22寶雞市8.020.400.524.19咸陽市10.652.770.525.49楊凌區0.402.860.530.21渭南市14.361.650.679.58韓城市0.841.400.200.17關 中53.581.010.4825.47延安市2.560.300.230.59榆林市7.920.300.554.34陜 北10.480.300.474.93漢中市16.410.220.7712.68安康市7.280.900.543.96商洛市3.080.120.331.02陜 南26.770.150.6617.66全 省90.830.330.5348.06 數據來源:《2017年陜西水資源公報》

3.2 陜西省農業灌溉水資源需求量

根據復種指數δ=總播種面積/耕地面積，計算出陜西省平均復種指數為1.47，陜南地區復種指數最高，為2.40； 陜北地區復種指數最低，為0.92(表7)。在此基礎之上將各市區復種指數δ與各市區有效灌溉面積相乘得出各市區灌溉的播種面積，陜西省共183.564萬hm2，關中地區占全省灌溉播種面積的70%以上(表7)。

表7 2016年陜西省行政分區有效灌溉面積和復種指數

萬hm2

根據2016年陜西省農業作物種植結構統計，選取小麥和玉米作為該省主要糧食作物、蔬菜作為該省主要經濟作物進行分析。通過詳細列舉陜西省各市區灌溉耕地主要作物的播種面積(表8)，可以看出陜西全省農作物種植比例較為平衡，主要以糧食作物種植為主，以保障省內糧食供給平衡。陜南、關中地區灌溉水資源相對豐富，小麥、玉米種植比例接近，蔬菜種植比例較高； 而陜北地區灌溉用水資源缺乏，糧食作物中較為抗旱的玉米種植比例明顯偏高，蔬菜種植面積偏少。

表8 2016年陜西省行政分區灌溉耕地主要作物的播種面積 億hm2

根據以上求得數據帶入公式進行計算，得出陜西省主要農作物種植結構指標為1 835.64/(1 251.39*1.47)=1>0.9，且各類作物播種面積與總播種面積比值均>1，根據種植結構指標選取依據[9]，陜西省主要農作物種植結構指標均滿足農業灌溉水資源保障度分析模型的精度要求。

表9 2016年陜西省農作物凈灌溉定額 m3/hm2

表10 2016年陜西省行政分區農業灌溉水資源需求量和農業灌溉水資源保障度

行政分區D(億m3)P(%)等級西安市7.7572.40Ⅳ等銅川市0.5540.30Ⅴ等寶雞市4.3995.44Ⅱ等咸陽市8.6263.66Ⅴ等楊凌區0.2295.69Ⅱ等渭南市9.8097.76Ⅱ等韓城市0.2762.39Ⅴ等關 中30.9982.20Ⅲ等延安市1.0456.52Ⅴ等榆林市3.28132.31Ⅰ等陜 北4.39112.39Ⅱ等漢中市8.16155.37Ⅰ等安康市3.22122.67Ⅰ等商洛市1.1986.05Ⅲ等陜 南12.10145.92Ⅰ等全 省47.19101.84Ⅱ等

中國不同地區、不同類型灌區灌溉水利用率平均約為45%[11]，陜西省農業灌溉用水在使用過程中存在較大程度的浪費，很多灌區均采取漫灌的方式進行農業灌溉，造成農業灌溉用水的嚴重損失，農業灌溉水資源利用率不到50%，處于全國較低水平[12]。根據以往研究，陜西省農業灌溉水利用率k取0.50，結合陜西省農作物凈灌溉定額hi(m3/hm2)(表9)，將以上參數代入公式(2)可以計算出陜西省農業灌溉水資源需求量D(億m3)。

3.3 陜西省農業灌溉水資源保障度

根據以上運算結果，可以對陜西省各市區農業灌溉用水資源保障度P進行計算，將各市區農業灌溉可用水資源量S(hm2)與農業灌溉水資源需求量的D(億m3)相除，得出的結果即是陜西省各市區農業灌溉用水資源保障度(表10)。

根據表10可以看出，陜北地區農業灌溉水資源保障度P值為112%，屬于Ⅱ等農業灌溉水資源保障度，由于該地區經濟發展較為落后，農業灌溉用水為該地區主要用水，因此雖然陜北地區農業灌溉水資源保障度屬于Ⅱ等，但是其短缺的淡水資源比例對農業生產造成很大的影響。應該對農業灌溉區進行傳統灌溉方式改革，改進農戶傳統農業灌溉用水方式，大力推行農業節水灌溉技術，提高水資源利用率；

關中地區農業灌溉水資源保障度P值為82%，屬于Ⅲ等農業灌溉水資源保障度，雖然從數據上看該地區農業灌溉用水十分缺乏，但是關中地區是由于二、三產業發展迅速所導致水資源供需矛盾，屬于資源型缺水現象。應該加快經濟轉型的速度，在調整地區產業結構的過程中積極引進先進的生產技術，逐步改變傳統高耗能低效率的二、三產業生產方式，在保證地區經濟發展的同時逐步降低對自然資源的高依賴性，特別是淡水資源的消耗，改變資源型缺水現狀，逐漸增大農業灌溉用水資源比例，以科技而非高耗能促進生產力的發展，從而解決該地區農業與其他產業發展之間的矛盾；

陜南地區農業灌溉水資源保障度P值在145%以上，屬于Ⅰ等農業灌溉水資源保障度，農業灌溉水資源豐富，能夠滿足耕地灌溉的用水保障。應該繼續發揮資源優勢促進農業生產穩定發展，靈活調整各類農作物面積對陜北和關中地區做出補充，以保證陜西省糧食供需平衡。

4 結論

該文綜合農業灌溉用水資源供需兩方面的主要因素，構建了陜西省區域農業灌溉水資源保障度分析模型，通過計算模型中的各個參數最終確定陜西省的農業灌溉水資源保障度為101.84%，屬于Ⅱ等農業灌溉水資源保障度，按照標準應該屬于農業灌溉水資源供需基本平衡地區，然而陜西省農業灌溉水資源保障度距Ⅲ等灌溉水資源輕度缺乏的邊界95%非常接近，且陜西省農業灌溉水資源富集區與貧乏區并存，農業灌溉水資源保障度呈現出較大的差異，需要針對不同農業灌溉水資源保障度的地區，采取不同的節水策略，以保證陜西省農業生產的可持續性發展。