喀什噶爾灌區動態地下水位與灌溉農業關系研究

蔣海英，黃勁柏

（新疆喀什噶爾河流域管理局，新疆 喀什844000）

近年來，我國西北干旱半干旱地區灌區地下水超采、地下水位下降以及水資源短缺問題日益突出，灌區是水資源系統與作物系統構成的耦合、復雜的水文生態系統，地下水資源超采和過度開發利用將對水文生態系統產生極其不利影響。隨著喀什噶爾灌區作物種植結構改變，農業灌溉與地下水資源不合理的開采利用，導致地下水位嚴重下降，已嚴重影響到灌區水資源良性循環、灌區生產生活正常供水及社會經濟發展，節水與養水才是灌區農業與經濟可持續發展的必經之路。

現有的研究成果大多從灌區地表及地下水資源的利用量出發進行研究，對農業種植結構影響地下水資源的分析很少，尤其對灌溉農業對地下水的長期影響研究成果更少[1]。針對當前喀什噶爾灌區作物種植和地下水利用的實際情況，借助長系列資料研究作物種植結構對地下水位的動態影響機制，對于深入總結農業用水規律并促進灌區水資源合理利用和可持續發展意義重大。

1 灌區概況

喀什噶爾灌區為全國第七大灌區，屬于新疆喀什噶爾河流域，位于新疆維吾爾自治區西南部，塔里木盆地西緣。灌區主要水源地為克孜河、蓋孜河、庫山河、依格孜牙河、恰克馬克河五大河流，總徑流量45.92億m3。灌區行政區域包括喀什地區的喀什市、疏附縣、疏勒縣、岳普湖縣、英吉沙縣、伽師縣，克孜勒蘇柯爾克孜自治州的阿圖什市、阿克陶縣、烏恰縣，以及新疆建設兵團第三師的41團、42團、伽師總場、東風農場、紅旗農場、托云農場等共9個縣（市）、6個團（場）。喀什噶爾河流域面積8.18萬km2，2016年流域總人口280.5萬人。灌區總土地面積2305.8萬畝，灌溉面積441.38萬畝，灌區水資源總量48.47億m3，農業生產以糧食為主，其次為棉花、蔬菜、林果業、其它經濟作物等。

喀什噶爾灌區為傳統的農業綠洲灌區，以農業用水為主，長期的大水漫灌導致地下水位上升，出現大面積此生鹽漬化，地下水埋深不足3 m的區域占灌區面積之比不斷上升（見圖1）。灌區從上世紀六十年代中期開始發展打井，井渠雙灌，以進行此生鹽漬化治理，七十年代后，灌區地下水埋深不足3 m的區域占灌區面積之比降低到20%以內，其中地下水埋深不足2 m的區域占灌區面積的比例僅為2%左右。上世紀八十年代后期，灌區地下水埋深不足3 m的區域占比重新擴大，若干年份甚至高達50%，之后占比逐漸下降。

圖1 地下水埋深不足3 m的區域占灌區面積比例

喀什噶爾灌區地下水平均埋深變化特征見圖2。上世紀八十年代中期以前，灌區地下水平均埋深為4 m左右，之后地下水埋深逐漸增大，九十年代初為7 m，九十年代中期為11 m，2012年以來甚至達到15 m，比上世紀八十年代中期下降了11 m左右。1985年～1995年間是喀什噶爾灌區地下水埋深下降最為劇烈的時期，每年平均下降0.8 m。

圖2 喀什噶爾灌區地下水平均埋深變化特征

2 作物種植結構變化特征

喀什噶爾灌區地下水位下降引起灌區渠灌面積和作物種植結構變化。喀什噶爾灌區渠灌面積的變化分為三個階段：1950年～1960年為第一階段，灌區平均灌溉面積約5萬hm2；1961年～1980年為第二階段，灌區平均灌溉面積約10萬hm2；1981年～2000年為第三階段，灌區灌溉面積約7.84 hm2。

與灌區地下水位下降所引起灌區渠灌面積變化階段相對應，作物種植結構也呈現出階段性特征（見圖3）：上世紀五十年代初棉花種植面積與糧食種植面積相同，各占總種植面積的50%；八十年代后，棉花種植面積開始減小，糧食和蔬菜種植面積開始增加，灌區種植結構發生明顯變化；近年來，作物種植類型主要包括糧食和蔬菜，且以糧食為主。

灌區棉花種植面積在上世紀七十年代初期有所增加，并達到最大，而后逐年減少，2001年之后，棉花種植面積不足灌區面積的5%，此后不再統計。糧食作物在灌區農業種植結構中始終占絕對比重，上世紀六十年代中期和九十年代初都呈明顯增加趨勢。蔬菜種植于上世紀八十年代初才開始發展起來，2000年后代替了棉花成為灌區主要的經濟作物，并且種植面積呈持續擴大趨勢。

圖3 喀什噶爾灌區作物種植結構特征

3 地下水位動態與作物種植的關系

喀什噶爾灌區作物種植結構調整后，農業灌溉用水水質和水量方面需求也發生了變化。上世紀八十年代以前，糧食和棉花是灌區的主要作物，灌溉主要采用地表水，作物種植面積增加引起地表水灌溉量持續增大。上世紀八十年代作物種植結構調整后，棉花種植面積不斷減小，糧食和蔬菜種植面積增大，更多利用地下水灌溉。通過上世紀八十年代之前作物種植面積與灌溉面積關系曲線（見圖4）可以看出，隨作物種植面積增加，灌溉面積增大，兩者呈正向變動關系，函數關系具體表示為：

式中：Fc為作物種植面積（萬 hm2）；Fi為實際灌溉面積（萬 hm2）。

圖4 上世紀八十年代之前作物種植面積與灌溉面積關系曲線

由圖4可知，上世紀八十年代前作物種植面積每增加1萬hm2，實際渠灌面積將增加約0.8萬hm2。

作物種植面積增加導致作物蒸發蒸騰量增大，由于渠灌主要消耗地表水資源，所以灌區地下水補給量增加，也就是說作物種植面積增加，蒸發、蒸騰量增大，但地下水位仍能保持基本穩定狀態。上世紀八十年代灌區調整種植結構，棉花種植面積急劇減小，蔬菜種植面積快速增加，由于灌區蔬菜種植采用地下水灌溉，進而導致地下水開采力度增大。蔬菜種植面積與地下水埋深的函數關系如下：

式中：d為地下水平均埋深（m）；Fv為蔬菜種植面積（萬hm2）。

隨著蔬菜種植面積增大，地下水埋深也增加，通過計算可知，蔬菜種植面積每增大1萬hm2，地下水埋深將增大3.5 m。

4 結果分析

喀什噶爾灌區地下水排泄量大于補給量造成地下水位不斷下降，灌區地下水主要依靠降水和河道水滲漏、渠系水與田間灌溉補給，而主要通過農業灌溉開采和蒸發排泄。從喀什噶爾灌區年降水量曲線（見圖5）可知，灌區降水呈不顯著的下降趨勢，所以降水對灌區近年來地下水位急劇下降并無太大影響。從灌區渠灌面積曲線變動可知，近年來，灌區渠灌面積始終位于較低水平，實際灌溉面積不足5萬hm2，地表水灌溉利用量及其對灌區地下水的補給嚴重不足。

從灌區蒸發量曲線（見圖6）可知，上世紀八十年代中期至九十年代末，灌區年蒸發量呈顯著增加趨勢，平均每年增加35 mm左右，蒸發量的變動趨勢與地下水埋深下降趨勢基本一致，蒸發量增加導致灌區地下水埋深平均下降8.42 m。

圖5 喀什噶爾灌區年降水量曲線

圖6 喀什噶爾灌區蒸發量曲線

灌區地下水開采量急劇增加導致井渠灌溉比例嚴重失調也是導致喀什噶爾灌區地下水位急劇下降的原因，但深層次原因是灌區作物種植結構的調整，上世紀八十年代中后期灌區蔬菜種植面積的增加直接導致地下水開采量增大，地下水位降低，進而導致作物蒸發蒸騰量以及地下水的無效消耗增加，灌區地下水便處于“入不敷出”的失衡狀態[2]。除農業灌溉之外，隨著灌區經濟建設速度的加快，工業、服務業等行業用水量不斷增加，按照萬元GDP消耗水量100 t估算，灌區2016年、2017年年消耗水量8億m3，遠遠超出地下水資源的承載能力[3]。

5 結論

喀什噶爾灌區地理位置較為優越，農業生產發達，經濟發展快速，但是灌區面臨地下水資源嚴重超采問題，地下水位急劇下降，尤其是上世紀八十年代種植結構調整以來地下水位下降態勢更為劇烈。地下水超采為地下水位下降的主要原因，但并非根本原因，就喀什噶爾灌區而言，導致地下水位急劇下降的根本原因在于作物種植結構變化。上世紀八十年代灌區作物種植結構調整后，蔬菜種植面積增大，用于蔬菜灌溉的地下水開采量隨之增加。針對喀什噶爾灌區地下水為急劇下降的情況，必須盡快調整和優化作物種植結構，增加節水作物種植，減少地下水資源無謂消耗，促進地下水資源良性循環。同時，修建灌區續建配套與節水改造工程，有效提高引水保證率和用水效率，為灌區農業發展創造良好的灌溉條件，保障灌區經濟發展所需，提高灌區人民群眾生活水平，為灌區的社會穩定和長治久安奠定堅實基礎。