秦皇島市農業用水特征與節水效益分析計算

王成建

（河北省水文水資源勘測局，河北石家莊 050031）

1 秦皇島市概況

秦皇島市位于河北省東北部，地理坐標為北緯39°24′～40°37′、東經118°33′～119°51′，轄海港區、山海關區、北戴河區和昌黎縣、撫寧縣、盧龍縣、青龍滿族自治縣[1]。全市海岸線長126.4 km，有山地、丘陵、平原和盆地等地貌。

山地主要分布于撫寧、盧龍縣北部長城一線及青龍滿族自治縣全境，南部有縱向、橫向各三四條較低山脈。整個山地屬燕山山脈東段，以東西走向為主，面積4 538.4 km2，占全市總面積的58.09%，海拔一般在200～1 500 m，屬中低山。山間丘陵主要在北部山區，海拔一般在100～200 m，其特點是不連續、面積較小。山前丘陵為境內丘陵主體，面積約占丘陵總面積的70%以上，集中分布于盧龍縣和撫寧縣中部，海拔100 m左右，形態多為渾圓和緩坡丘。其余丘陵主要分布于戴河以東侵蝕臺地上，多以孤立殘丘出現，海拔50 m左右。丘陵面積1 863.8 km2，占全市總面積23.86%。平原主要分布于昌黎縣中南部、撫寧縣南部及市區沿海部分，有小面積分布于盆地中及山地丘陵間，以洪積、沖積平原為主。昌黎和撫寧縣南部平原是全市平原的主體，其形態特征是連片、少有起伏、北高南低、稍有傾斜，基本廣闊平坦，海拔0～20 m。平原面積1 410.2 km2，占全市總面積的18.08%。

2 秦皇島市用水結構分析

根據河北省用水資料統計方法和內容，秦皇島市主要有農業灌溉用水、林牧漁畜業用水、工業用水、城鎮公共用水、居民生活用水、生態環境用水等[2]。

農業用水包括水田、水澆地、菜田用水等。林牧漁畜用水包括林果灌溉用水、草場補水、魚塘補水、牲畜用水等。工業用水按火（核）電、國有級規模以上企業、規模以下企業統計。城鎮公共用水包括建筑業和服務業兩項用水。居民生活用水分為城鎮生活和農村生活用水。生態環境用水分為城鎮環境和農村環境用水等。

設在一定時間尺度內，共有n 種用水戶類型｛X1，X2，…，Xn｝，每個用水戶用水量可表示為｛W1，W2，…，Wn｝，各行業用水量比例計算公式為：

式中：Pi為第i 種行業用水量占總用水量的比例；Wi為第i種行業用水量（萬m3）；W為各用水行業總用水量（萬m3）。

根據2001—2013年用水量資料統計，秦皇島市多年平均用水量為8.925 1億m3。在此基礎上，計算各行業用水量多年平均值，分析各行業用水結構情況[3]。秦皇島市各行業用水比重，如圖1所示。

圖1 秦皇島市各用水行業用水比重

從圖1 可以看出，農業灌溉用水量占總用水量的63.4%，工業用水量占總用水量的15.0%，居民生活用水量占總用水量的9.1%，林牧漁畜業用水量占總用水量的8.0%，城鎮公共用水占總用水量的3.5%，生態環境用水量占總用水量的1.0%。

3 農業灌溉用水指標分析

農業灌溉用水指標反映一個地區的灌溉效益，灌溉設施效率、渠道防滲效果、農作物種植結構等都會影響到一個區域的灌溉用水指標。其計算公式為：

式中：B 為農業灌溉用水指標（m3/hm2）；W 為農業灌溉年用水量（萬m3）；A為耕地灌溉面積（萬hm2）。

根據秦皇島市2011年農業用水統計資料，分析其農業灌溉用水指標。秦皇島市2011年耕地灌溉面積8.82 萬hm2、灌溉用水量3.011 9 億m3，經計算，其平均用水指標為3 420 m3/hm2。但各縣市用水指標相差較大，如撫寧縣農業用水指標為5 715 m3/hm2、山海關區和昌黎縣為2 610 m3/hm2，相差2.2 倍。秦皇島市農業灌溉用水指標計算成果，見表1。

表1 秦皇島市農業灌溉用水指標計算成果

4 農業節水效益分析

根據秦皇島市2006—2013年農業灌溉用水量（不包括菜田用水）統計資料，其多年平均用水量為3.918億m3；根據糧食產量統計資料，其多年平均糧食產量為84.26萬t。秦皇島市農業用水量與糧食產量統計，見表2。

表2 秦皇島市農業用水量與糧食產量統計

要對現象變動趨勢進行動態分析，就要建立與長期趨勢相適應的數學模型。最常用的一種配合直線趨勢模型的方法是最小平方法，又稱最小二乘法[4]。其變化趨勢直線方程為：

式中：Yt為時間序列的趨勢值；a為截距項；b為趨勢線斜率；t為時間標號。

農業是在節水和內部挖潛的基礎上穩定發展的[5]。隨著農業產業結構的大調整和高科技高附加值產品的提高，農業用水可望在穩定現狀的前提下保持農業產值的穩定提高。但農業依然是秦皇島市的第一用水大戶，必須依靠節水灌溉措施來實現灌溉發展。

根據秦皇島市2006—2013年糧食產量統計，采用趨勢法分別對農業用水量和糧食產量進行趨勢分析。秦皇島市糧食產量與灌溉用水量變化過程線，如圖2所示。

圖2 秦皇島市糧食產量與灌溉用水量變化過程線

通過秦皇島市2006—2013年糧食產量和用水量變化分析，建立其變化趨勢方程式。其中，糧食產量變化趨勢方程式為：

用水量變化趨勢方程式為：

利用上述變化趨勢方程式，分別求得用水量和糧食產量變化情況。結果表明，秦皇島市糧食產量平均每年增加0.190 8萬t，而用水量（水田和水澆地）平均每年減少0.136 3億m3。這說明，由于采用各種節水措施，秦皇島市在用水量減小的情況下糧食穩步增產。

5 農業節水措施分析

目前，秦皇島市農業節水灌溉措施主要有微灌、噴灌和低壓管道輸水設施等。微灌是利用微灌設備組裝成微灌系統，將有壓水輸送分配到田間，通過灌水器以微小的流量濕潤作物根部附近土壤的一種灌水技術[6]。微灌按灌水器及出流形式的不同，主要分為滴灌、微噴灌、小管出流、滲灌等形式。

噴灌是把有壓力的水通過裝有噴頭的管道噴射到空中形成水滴灑到田間的灌水方法。這種灌溉方法比傳統的地面灌溉節水40%～50%，具有許多優點：適應范圍很廣，對土地平整要求不高，在地形復雜的山崗緩坡地、大小不平的田塊都可進行，大田作物、瓜果蔬菜、經濟作物、果樹、牧草等都可以采用；同時，既可用來灌溉農作物，又可用來噴灑肥料、農藥，還可用來防霜凍和防干熱風等[7]。但是，其也有缺點：主要是投資費用大；受風速和氣候影響大，當風速大于5.5 m/s時（相當于4級風）就能吹散雨滴，降低噴灌均勻性，在氣候干燥時，蒸發損失增大，會降低灌溉效果。

管道輸水灌溉是以管道代替明渠輸水灌溉的一種工程形式，借助分水設施將水輸送到田間[8]。管道輸水類型多樣，應用范圍大，大中型灌區可以采用明渠水與管道有壓輸水相結合的形式，既有專門為噴灌供水的壓力輸水管道，也有為田間溝畦滴灌的低壓輸水管道[9]。管道輸水可以減少滲漏損失和蒸發損失，與土壟溝相比，低壓管道輸水損失可下降5%，水的利用率比土渠可提高30%～40%，而且投資少，施工簡便，深受農民歡迎。

根據2011年農業節水灌溉資料統計，秦皇島市有效灌溉面積為12.42 萬hm2，其中節水灌溉面積1.86 萬hm2，節水灌溉面積占有效灌溉面積的16.58%。而秦皇島市節水灌溉主要采用低壓管道輸水措施，總面積1.54 萬hm2，占總節水面積（低壓管道輸水、微灌、噴灌）的82.8%。在各行政區，節水灌溉比例相差較大，如青龍縣節水灌溉面積達到48.94%，而盧龍縣節水灌溉面積僅占5.77%。秦皇島市農業節水灌溉面積統計，見表3。

6 結論

利用秦皇島市2001—2012年用水量資料，分別對該市各行業用水比例、農業用水量變化趨勢、農業用水效益、農業節水措施等進行分析。結果表明，秦皇島市多年平均用水量8.925 1億m3，各行業用水比重如下：農業灌溉用水量占總用水量的63.4%，工業用水量占總用水量的15.0%，居民生活用水量占總用水量的9.1%，林牧漁畜業用水量占總用水量的8.0%，城鎮公共用水量占總用水量的3.5%，生態環境用水量占總用水量的1.0%。

表3 秦皇島市農業節水灌溉面積統計

由于采用各種節水措施，秦皇島市在用水量減小的情況下糧食穩步增產。通過對2006—2013年糧食產量變化和用水量變化分析發現，秦皇島市糧食產量平均每年增加0.190 8萬t而用水量平均每年減少0.136 3 億m3，主要源于采用農業節水措施、農作物優良品種和先進的耕作措施等。

農業用水量減少和糧食增產主要源于開展農業節水，秦皇島市農業節水面積占有效灌溉面積的16.58%，農業節水主要以低壓管道輸水措施為主。秦皇島市山區丘陵較多，適合節水灌溉的農田受地貌環境的制約，致使農業節水灌溉面積擴大受到限制。

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