陜西交口抽渭灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及地下水環(huán)境變化分析

黃 愉，吳浩力

(陜西省水利發(fā)展調(diào)查與引漢濟(jì)渭工程協(xié)調(diào)中心，陜西西安710000)

0 引言

陜西關(guān)中地區(qū)已建成多項(xiàng)大型灌溉工程，利用渭河灌溉農(nóng)田，在改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境、增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量方面發(fā)揮了巨大作用[1]。交口抽渭灌區(qū)地處陜西省關(guān)中平原東部，東西長48.6 km，南北寬31.9 km，總面積1024.81 km2，設(shè)施灌溉面積126萬畝，是陜西省水利廳直屬的五大灌區(qū)之一。交口抽渭灌區(qū)在不到陜西省1%的耕地上生產(chǎn)出了占全省總量6%的糧食和4%的經(jīng)濟(jì)作物，為保障糧食安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)，已成為陜西重要的糧棉、果蔬生產(chǎn)基地。

灌區(qū)建成運(yùn)行50 a來，極大地改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，累計(jì)抽引水108億m3，灌溉農(nóng)田1億多畝次，累計(jì)增產(chǎn)糧食130億kg，灌區(qū)糧食畝產(chǎn)由開灌前的86 kg增加到目前的1100 kg，復(fù)種指數(shù)由1.3提高到1.75。生態(tài)灌區(qū)的建設(shè)對灌區(qū)的貢獻(xiàn)不僅表現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)社會的影響，還表現(xiàn)在自然生態(tài)系統(tǒng)的影響[2]，灌區(qū)的運(yùn)行也對當(dāng)?shù)厮h(huán)境產(chǎn)生極大的影響，使地下水位埋藏深度小于2 m的易澇面積由1976年的52.8萬畝減少到現(xiàn)在的5萬余畝，鹽堿地面積也由開灌初的26萬畝減少到現(xiàn)在的1.5萬畝。

本文通過對交口抽渭灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行探討分析，來研究近20 a來灌區(qū)水環(huán)境變化情況及其成因，探尋現(xiàn)代化灌區(qū)發(fā)展對當(dāng)?shù)厮h(huán)境影響的規(guī)律，為現(xiàn)代化灌區(qū)實(shí)現(xiàn)綠色協(xié)調(diào)高質(zhì)量發(fā)展提供思路。

1 種植結(jié)構(gòu)變化情況

隨著管理制度和技術(shù)的進(jìn)步，灌區(qū)早已實(shí)現(xiàn)糧食的保收并增產(chǎn)，現(xiàn)在則趨向于追逐更大的經(jīng)濟(jì)效益。從圖2中可以看出，自上世紀(jì)末期以來，交口抽渭灌區(qū)冬春灌和夏灌的經(jīng)濟(jì)作物種植面積不斷增加，糧油作物種植面積不斷減少。總種植面積本世紀(jì)以來相對穩(wěn)定，但與上世紀(jì)末期相比有所減少。2015年與1996年相比，冬春灌經(jīng)濟(jì)作物種植面積由22102畝增加到204229畝，增加了824.03%，糧油作物種植面積由957993畝減少到595413畝，減少了37.85%；夏灌經(jīng)濟(jì)作物種植面積由87962畝增加到264809畝，增加201.05%，糧油作物種植面積由844762畝減少到513773畝，減少了39.18%。

圖1 交口抽渭灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)變化圖

圖2 交口抽渭灌區(qū)主要作物種植面積變化圖

交口抽渭灌區(qū)主要種植的作物有小麥、玉米、棉花、葡萄、蘋果等。從圖3可以看出，1996年～2004年之間，小麥和玉米的種植面積大幅下降，小麥種植面積由811086畝降低到357565畝，降低55.92%，玉米種植面積由589187畝降低到345780畝，降低41.31%，小麥和玉米的種植面積在2004年～2015年趨于穩(wěn)定；棉花的種植面積在1996年到2007年之間大幅增加，由160783畝增加到344524畝，增加114.28%，自2007年后又大幅降低，降低到8059畝，降低97.66%；果園的種植面積自1996年以來一直呈現(xiàn)平穩(wěn)上升趨勢，由46796畝增加到295118畝，增加530.65%。

圖3 交口抽渭灌區(qū)渠首引水量變化圖

2 引水情況的變化

交口抽渭灌區(qū)渠首總引水量1996年～2015年均值為20489.7萬m3，從圖4可以看出，交口抽渭灌區(qū)渠首總引水量在1996年是一個(gè)峰值，達(dá)到30465.4 m3，隨后大幅降低，2009年～2015年相比1997年～2009年有一定的增加；冬灌引水量有先減少后增加的趨勢，但本世紀(jì)與上世紀(jì)相比整體有所減少，這與冬小麥種植面積的減少有一定關(guān)系；春灌引水量的變化不明顯，整體保持平穩(wěn)；夏灌引水量有所增加，這與甜瓜、西瓜等夏季水果的種植面積增加有關(guān)。

圖4 交口抽渭灌區(qū)灌溉面積變化圖

聯(lián)系圖2和圖4可以發(fā)現(xiàn)，交口抽渭灌區(qū)總種植面積與上世紀(jì)末期相比有所減少，但渠首總引水量的變化規(guī)律與總種植面積并不吻合。在2009年后總種植面積持續(xù)減少的情況下，渠首總引水量不減反增，原因是由于灌溉總面積的增加。通過圖4可以看出，灌溉總面積與渠首總引水量的變化規(guī)律一致，在1996年是一個(gè)峰值，達(dá)到282.45萬畝，隨后大幅降低，2009年～2015年相比1997年～2009年有一定的增加。井灌面積自2000年開始大幅增加，這說明灌區(qū)灌溉總用水量是不斷增加的。

灌溉總面積的增加與總種植面積的減少，說明灌溉白地的面積在增加。從圖5可以看出，灌溉白地面積在2003年后整體增加明顯，1996年～2003年平均灌溉白地面積為103456.13畝，2004年～2015年平均灌溉白地面積為266801.25畝，但近年來呈現(xiàn)逐漸下降趨勢。

圖5 交口抽渭灌區(qū)灌溉白地面積變化圖

3 地下水環(huán)境的變化

通過圖6可以看出，交口抽渭灌區(qū)地下水埋深0～2 m面積占比在2003年和2011年有陡增的情況，這是因?yàn)檫@兩年降雨量很大，分別達(dá)到836.8 mm和566.1 mm，當(dāng)?shù)囟嗄昶骄涤炅繛?90.08 mm，但地下水埋深0～2 m面積占比整體呈現(xiàn)緩慢增加趨勢，2015年與1995年相比，增加33.38%；地下水埋深2 m～5 m面積占比呈現(xiàn)先降低再增加趨勢，整體呈現(xiàn)降低趨勢，2015年與1995年相比，降低24.42%；地下水埋深5 m～10 m面積占比在2008年以前相對比較穩(wěn)定，2008年以后有所降低；地下水埋深>10 m面積占比整體處于緩慢增加趨勢，2015年與1995年相比，增加169.58%。總體來說，近20 a來地下水埋深0～2 m水平面積占比整體呈現(xiàn)緩慢增加趨勢，這與灌區(qū)地形復(fù)雜有直接關(guān)系，灌區(qū)地形南低北高，使灌區(qū)極易形成南澇北旱兩極分化局面[3]。

圖6 交口抽渭灌區(qū)不同地下水埋深水平面積占比變化圖

通過圖7可以看出，交口抽渭灌區(qū)地下水礦化度0～1.7 g/L面積占比變化呈現(xiàn)“W”形狀，分別在2007年和2015年出現(xiàn)峰值，在2005年和2012年出現(xiàn)谷值，2012年～2015年降低明顯，2015年與2002年相比，增加58.13%；地下水礦化度1.7 g/L～3 g/L面積占比一直穩(wěn)步增加，2015年與2002年相比，增加15.07%；地下水礦化度3 g/L～5 g/L面積占比在2012年出現(xiàn)峰值，2012年～2015年大幅降低，2015年與2002年相比，降低80.65%；地下水礦化度>5 g/L面積占比變化呈現(xiàn)“M”形狀，分別在2005年和2011年出現(xiàn)峰值，在2006年出現(xiàn)谷值，2011年～2015年持續(xù)降低，2015年與2002年相比，降低78.87%。

圖7 交口抽渭灌區(qū)不同地下水礦化度水平面積占比變化圖

整體來看，交口抽渭灌區(qū)地下水礦化度大于3 g/L水平面積占比在降低。這與井灌面積的增加和排水量的增加有關(guān)。井、渠輪灌，能夠使井灌后耕層中累積的鹽分，通過渠灌帶入土壤深層，消除土壤板結(jié)。交口抽渭灌區(qū)排水工程始建于1964年，形成了直排、相排、西排、南排、東排和孝排六大排水系統(tǒng)。累計(jì)建有排水干溝4條，長87.32 km，支溝55條，長324 km；分、毛溝592條，長660.65 km；排水站5處，抽排水能力35.83 m3/s～38.03 m3/s。干、支溝控制農(nóng)田排水面積共計(jì)117.7萬畝。但20世紀(jì)90年代初到2004年的10余年間，由于多年連續(xù)干旱少雨，放松了對排水工程的管理，排水工程老化失修，加上人為破壞，致使排水溝網(wǎng)毀壞嚴(yán)重，排水效能大量喪失[4]。灌區(qū)于2004年和2010年分別進(jìn)行了排水溝清淤疏浚和疏通改造工作，使排水量逐年增加。

4 結(jié)論

(1)種植結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變會在一定程度上引起灌溉用水量的變化，從而影響到灌區(qū)引水量，但是渠首總引水量主要受到灌溉面積的影響。灌區(qū)灌溉總面積增加，總種植面積卻減少，說明灌溉白地的面積在增加，需要合理增加耕地種植率和減少白地的用水量。

(2)交口抽渭灌區(qū)地下水埋深情況與上世紀(jì)相比有極大的改善，地下水礦化度整體在好轉(zhuǎn)，但近十幾年來地下水埋深0～2 m水平面積占比整體呈現(xiàn)緩慢增加趨勢，需要警惕地下水埋深水平的降低，防止土壤鹽堿化的發(fā)展。

(3)交口抽渭灌區(qū)地下水礦化度大于3 g/L水平面積占比在降低，尤其在2012年以后更加明顯，說明灌區(qū)地下水鹽分含量在降低。

5 討論與建議

(1)灌區(qū)灌溉白地面積的增加，說明灌區(qū)灌水管理水平需要加強(qiáng)。灌區(qū)應(yīng)該加強(qiáng)末級渠系管理，規(guī)范農(nóng)民用水戶協(xié)會建設(shè)和管理，通過完善各項(xiàng)管理制度，落實(shí)管水責(zé)任，在進(jìn)一步增強(qiáng)協(xié)會民主管理能力的同時(shí)，切實(shí)減輕群眾澆地負(fù)擔(dān)，維護(hù)群眾用水積極性，充分發(fā)揮協(xié)會在灌區(qū)與用水戶之間的橋梁和紐帶作用，讓灌溉的每一滴水發(fā)揮最大效益。

(2)隨著城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，工業(yè)、城市、生活、生態(tài)用水的不斷增加，灌區(qū)的灌溉方式也應(yīng)該向更加節(jié)水、更加精細(xì)和更加現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變。一方面應(yīng)繼續(xù)加大力度發(fā)展滴灌、噴灌等現(xiàn)代化節(jié)水灌溉方式，另一方面，由于新增加水資源的開發(fā)潛力越來越小，開發(fā)代價(jià)越來越大，應(yīng)將部分灌溉用水轉(zhuǎn)為其他行業(yè)用水。

(3)對灌區(qū)排水應(yīng)該進(jìn)行技術(shù)升級和細(xì)化處理。交口抽渭灌區(qū)地下水埋深情況與上世紀(jì)相比有極大的改善，說明近年來排水量的增加對控制地下水埋深有一定作用，但近十幾年來地下水埋深0～2 m水平面積占比整體緩慢增加，說明灌區(qū)存在排水盲點(diǎn)，低洼區(qū)域排水效果不好，可以進(jìn)一步規(guī)劃排水設(shè)施，采用暗管排水等排水方式。

(4)探索實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+灌區(qū)灌溉管理”模式。開發(fā)利用新科技、新技術(shù)，加強(qiáng)信息化、現(xiàn)代化建設(shè)，讓灌區(qū)管理體現(xiàn)即時(shí)性和科學(xué)性，確保灌區(qū)能夠及時(shí)開機(jī)、不誤農(nóng)時(shí)，也能夠科學(xué)管理，不浪費(fèi)水，少澆白地。