衡水市土壤水含量變化特征及承載力研究

陳浩

（河北省衡水水文水資源勘測局，河北 衡水 053000）

衡水市土壤水含量變化特征及承載力研究

陳浩

（河北省衡水水文水資源勘測局，河北 衡水 053000）

以河北衡水市近20年的土壤水含量監測數據為依據，分析衡水市土壤水含量隨深度、季節、區域的變化特征，同時采用目標優化方法，計算得到了該地區不同節水方案下的土壤水資源利用率和可承載的農業生產總值，并針對其土壤水資源利用率偏低、承載力有待提高的問題提出了幾點改進措施，以期對該市的農業生產有所幫助。

衡水市；土壤含水量；農業生產；利用率；承載力

土壤水資源是指位于包氣帶上部土壤層中具有利用價值的結合水和毛細水，其與地表水及地下含水層的陸地水之間相互聯系，使之得到不斷地補給和消耗［1］。但由于社會和自然原因，世界土壤資源的數量和質量正在不斷下降，這嚴重威脅著農業、林業、牧業的生產和發展。因而，研究土壤水資源的變化特征，提出合理的建議和措施，可以有效提高土壤水資源的利用率和生產承載力，對社會經濟的發展具有重要意義。

許發奎、崔元生［2］對土壤水資源的計算方法進行了探討和研究。孟霄等［3］對河北平原區土壤水資源計算模型進行了分析探討。繩莉麗［4］以海河平原為基礎，對該地區農田土壤水資源評價與高效利用問題進行了研究。趙秀蘭等［5］對35個臺站土壤濕度實測資料出發，探討了1995～2002年華北地區土壤水的儲量變化趨勢及時空特征。胡新鎖等［6］對低平原區土壤水資源補給量及其特征進行了探討。宋獻方等［7］以滄州和衡水實驗站為華北平原地下水淺埋區典型區，利用3a土壤水負壓和地下水觀測數據，研究了不同年份和土壤質地土壤水分動態。趙坤等［8］針對衡水市水資源嚴重緊缺的現狀，建立了基于可持續發展的衡水市水資源優化配置多目標模型。趙彥紅［9］對河北地區的水環境現狀及水環境承載力進行了較為詳細的分析，認為水資源量是影響水環境承載力大小的一個重要因素。

本文在上述研究基礎上，對衡水市土壤水含量隨深度、季節、區域的變化特征進行了分析，同時采用目標優化方法，計算得到了該地區不同節水方案下的土壤水資源利用率和可承載的農業生產總值，并針對其土壤水資源利用率偏低、承載力有待提高的問題提出了幾點改進措施，為該市的農業生產提供合理建議。

1 衡水市農業及水資源簡況

衡水市現有糧食播種面積57．6萬hm2，全年糧食總產量350萬t，農業總產值達168．9億元，占全市生產總值的13．8%。年平均降水量500～600mm，年平均蒸發量1000～1500mm，人均水資源量僅為全國平均水平的1/7，隨著國民經濟的不斷發展及環境的不斷惡化，該市的土壤水資源含量總體呈減少趨勢，嚴重制約著當地的農業生產和社會發展。

2 近年土壤水資源變化特征

通過分布于全市各市區24個觀測點1990～2014年近20多年來的監測數據，采用式（1）進行土壤水分含量的計算：

式中 S為某一厚度層的土壤水儲量（mm）；W為某一厚度層的土壤重量含水率（%）；R為土壤容重（g/cm-2）；H為土層厚度（cm）。

依據式（1）計算各站點各土壤層次的逐年土壤平均水儲量，從而計算得到了土壤水含量變化特征如圖1。

圖1 衡水市年平均土壤含水量變化

由圖1可以看到，近些年來，衡水市的土壤水含量呈動態波動的形式變化，但整體上是呈減少趨勢的，2014年的土壤水含量相對于1990年減少了4．7mm，年均減少量0．235mm。各市區的土壤水量的年均值對比如圖2。

圖2 區域特征

由圖2可以看到，衡水市各區縣土壤含水量均呈不同程度的下降趨勢，但存在明顯的區域特征，降水量較大的景縣、阜城、武強淺層土壤含水量變化相對較小，減小趨勢較為平緩，其余8個區市縣的線性趨勢系數均達-0．065，表明其含水率減小趨勢較快。

為進一步得到土壤含水量隨季節、深度的變化特征，將衡水市各監測點土壤水儲量按不同的深度和季節平均后再進行標準化，并對序列的趨勢進行線性擬合，得到的相應斜率值即為線性趨勢系數，該系數反映了衡水市地下土壤水資源的增減趨勢，據此得到的衡水市平均土壤水分儲量變化線性趨勢系數如圖3。

圖3 季節及深度特征

由圖3可以看出，衡水市0～100cm以內各地下土壤深度層次下的年均值均為負值，即表明地下土壤水含量均呈減小趨勢；土壤水含量的變化呈明顯的季節特征。各深度下，春季減小變化的幅度最大，秋季次之，夏季趨勢幅度小于秋季，冬季則最小。土壤含水量隨土壤深度有密切關系。在0～100cm深度范圍內，減小幅度較快的是0～60cm這一深度范圍內，最小的是80～100cm，表明表層土壤含水量減少趨勢更為嚴重。

3 基于農業生產總值的土壤水含量承載力

在計算資源承載力的諸多模型當中，目標優化模型是最為常見的一種，其考慮了生態環境、經濟、人口、社會等指標，通過模擬不同情景來計算資源承載力。基本計算模型為：

式中 Wrcc為在最優條件下的區域水資源承載力；為區域水資源對所有用水對象的支持能力。

以豐水年和枯水年為例，并假設采用低、中、高3種不同節水方案措施，計算得到了現如今衡水市土壤水資源可承受的最大農業生產總值，如圖4。

圖4 不同節水方案承載農業生產總值

由圖4可以看出，在現有土壤水資源情況下，若遇枯水年（P=75%），采用低、中、高3種節水方案條件下的水資源可承載農業生產總值分別為152億，159．3億，168億元；遇平水年（P=50%）時，則分別為165億，170．2億，177億元。根據2015年衡水市國民經濟和社會發展統計公報顯示，該市2015年的農業生產總值為168．9億元，為進一步分析評價衡水市的水資源承載力，計算得到了各節水方案下的承載指數RCI，如圖5。

由圖5可以看出，不管是平水年還是枯水年，衡水市的土壤水資源對于農業的承載力均十分脆弱，在枯水年時，均出現農產值降低現象（RCI＞1），在平水年時，采取中、高等節水方案時，才不會發生出現農業經濟的回落，這說明，在現有土壤水資源情況下，如果遇到干旱年份，不管采用何種節水方案，是較難達到2015年農業生產總值的，而當平水年時，只有采用中等及以上節水方案才能達到2015年生產水平。

圖5 不同節水方案承載力指數

4 討論及建議

衡水市目前土壤水資源短缺，呈逐年降低趨勢，利用率也較低，可以采用人為措施調控土壤水資源的輸入輸出，增加有效補充，減少無效損失；其次合理布局作物，使其時空分布盡可能與土壤水時空規律一致，可顯著提高土壤水的利用效率，實現農業節水現代化；最后則是可以選用優質耐旱高產品種，控制植物蒸騰等生物措施。

5 結語

衡水市土壤水資源含量呈逐年降低的趨勢，并呈明顯的季節、深度和區域變化特征；土壤水資源利用率低，基于農業生產總值的可承載力降低，在枯水年和平水年低節水狀態時，均會出現農產值回落，需采取相應的措施來改變這一狀況，方可實現當地農業經濟和社會的可持續發展。

［1］由懋正，袁小良．土壤水資源及其利用［J］．地理與地理信息科學，1986（4）：31-37．

［2］許發奎，崔元生．土壤水資源分析計算［J］．南水北調與水利科技，1994（3）：10-13．

［3］孟霄，吳現兵，程伍群，等．河北平原區土壤水資源計算模型的探討［J］．節水灌溉，2008（3）．

［4］繩莉麗．農田土壤水資源評價與高效利用研究［D］．保定：河北農業大學，2014．

［5］趙秀蘭，延曉冬.近20年華北地區土壤水儲量變化趨勢及水分管理與調配對策 ［J］.氣候與環境研究，2006，11（3）：371-379.

［6］胡新鎖，趙連科，高文海，等.低平原區土壤水資源補給量及其特征的研究［J］.地下水，1993（2）：64-67.

［7］宋獻方，王仕琴，肖國強，等.華北平原地下水淺埋區土壤水分動態的時間序列分析［J］.2011，26（1）：145-155.

［8］趙坤，劉年磊，趙林.基于可持續發展的衡水市水資源優化配置研究［J］．水資源與水工程學報，2011，22（5）：137-140.

［9］趙彥紅.河北省水環境現狀及水環境承載力研究［D］.石家莊：河北師范大學，2005.

（責任編輯：尹健婷）

Study on the variation characteristics of soil water content and its carrying capacity in Hengshui City

CHEN Hao
（Hengshui Provincial Bureau of hydrology and water resources，Hengshui 053000，China）

Based on the monitoring of soil water content for two decades in Hengshui city，the variation characteristics of soil water content is analyzed with the changes of soil depth，season and region．The using rate of soil water resources and carrying agricultural GDP in the different water-saving schemes is calculated by the target optimization method．The measures are put forward to improve the low using rate of soil water resources and carrying capacity，and help the city's agricultural production．

Hengshui city；soil water content；agricultural production；using rate；carrying capacity

S152．7

：B

：1672-9900（2017）02-0038-04

2017-01-10

陳 浩（1988-），男（漢族），河北衡水人，助理工程師，主要從事水文測報與勘測工作，（Tel）15882485585。