長武縣農業水資源利用潛力分析

王穩江， 李俊鋒， 霍春平

(1.楊凌職業技術學院， 陜西 楊凌 712100； 2.陜西測繪地理信息局， 陜西 西安710054；3.西安市水土保持工作總站， 陜西 西安 710000)

水資源是自然資源中最為基礎的一種資源，同時也是農業發展不可缺少的，其擔負著為糧食農作物的生長提供必要條件的重任[1-2]。糧食安全是一個地區正常發展所必須的條件，人們生活需要糧食，只有糧食安全狀態穩定，人們才能正常生存，才能不斷發展。制約糧食安全的因素很多，農業水資源的供給直接影響著糧食安全的穩定性，分析農業水資源利用潛力對制定保證糧食安全的決策有著重要意義[3]。本文以國家耕地保育與持續高效現代農業試點縣——陜西省長武縣為分析對象，針對長武縣的水資源，特別是農業水資源的利用潛力進行了分析，提出了緩解長武縣水資源緊缺壓力的辦法，以期為長武縣水資源的合理利用提供依據。

1 研究區概況

長武縣位于陜西省西北部，距離西安市約180 km，縣境南北長30.05 km、東西寬27.23 km，總面積約567.1 km2。海拔最高1 274 m，最低847 m，全縣平均海拔1 209 m。耕地面積19 933.33 hm2，以山坡為主。全縣屬黃土高原丘陵溝壑區。

大氣降水是長武縣地表水和地下水的主要補給來源。全縣年均降水量570 mm左右，年均蒸發量約為1 000 mm，干燥指數1.70[4]。降水多集中在6～10月份，占全年降水量的70%左右。水資源總量約為3 900萬m3。社會的發展和生活水平的提高，使得水資源需求增加，現有的水資源利用模式和水平不足以滿足需求，成為長武縣今后發展亟待解決的問題。

2 分析方法

本文分析研究使用的數據主要有農作物種植數據和水資源數據(包括水資源總量和降水量)，數據來源于《長武年鑒2017》[5]。

2.1 水資源利用潛力的分析方法

縣域的水資源利用潛力的研究可以通過計算水資源負載指數來進行。水資源負載指數是水資源開發利用潛力評價的主要指標，縣域內水資源所能負載的人口和經濟規模均可由水資源負載指數來表達[6]，它所反映出的是縣域內的水資源、人口和經濟發展之間的關系。計算方法如公式(1)：

(1)

其中：C為水資源負載指數；P為人口數(萬人)；G為GDP(萬元)；W為水資源總量(億m3)；K是系數。

K與降水量R(mm)有關，計算方法如公式(2)：

(2)

根據公式(1)和公式(2)，通過ArcGIS9.3處理柵格數據，然后再處理統計數據，可以計算得到水資源負載指數。首先將長武縣的降水量和水資源總量資料數據加載到點狀圖層上，采用Kriging插值的方法對其進行空間差值，得到降水量和水資源總量的柵格數據，柵格單元大小為400 m×400 m，然后利用公式(1)和公式(2)對人口、GDP、降水量和水資源總量的柵格數據進行計算處理[7]，最后計算出水資源負載指數的圖層數據。

依據水資源負載指數的高低，將長武縣水資源利用潛力劃分為5個等級，分級結果如表1所示。

2.2 農業水資源利用率的分析方法

(1) 作物需水量。計算作物需水量的方法如公式(3):

ET=KY或ET=KYn+c

(3)

其中：ET為作物全生育期內總需水量(m3/hm2)；Y為作物單位面積產量(kg/hm2)；K為以產量為指標的需水系數，即單位產量的需水量(m3/kg)；n,c為經驗指數和常數。

式中：K，n,c值通過試驗確定。

表1 水資源負載指數分級評價

長武縣主要農作物在當地氣候下的需水量及其播種面積見表2。

表2 長武縣主要農作物需水量和播種面積

(2)不同灌溉水利用率下的農業水資源需求分析方法。農業用水主要指農田灌溉用水。長武縣目前的灌溉水量和水平能否滿足農作物的生長需水要求，將決定農作物的生長狀況和水資源利用方式。本文選取夏糧(主要是小麥)、秋糧(大秋)這兩類長武縣的主要農作物以及長武縣農作物總體需水量(W)，根據不同的灌溉水利用率求算出農作物實際可以得到的灌水量(G)。在某一灌溉水利用率下，若GW時，灌水量大于農作物實際所需水量，造成了農業水資源的浪費。

3 結果分析評價

3.1 水資源利用潛力分析的評價

通過公式(1)和公式(2)的算法和ArcGIS9.3的處理，得到了長武縣的水資源負載指數的評價圖，見圖1。

圖1 長武縣水資源負載指數評價圖

從圖1中可以看出，長武縣各鄉鎮的水資源開發利用程度非常高，只有棗園鄉區域的水資源利用負載指數屬于Ⅱ級，說明此處還有一定的開發潛力，但是開發過程也會很困難。其余各鄉鎮的水資源利用負載指數均屬于Ⅰ級，即開發利用程度很高，開發潛力非常小。

長武縣全縣的水資源負載指數為27.87，屬于Ⅰ級。說明長武縣水資源總體上的利用率比較高，開發潛力很小。

3.2 不同利用率下的農業水資源需求分析

經過計算，長武縣全縣田間作物需水量為466.57 mm。長武縣農作物不同灌溉水利用率下水分的供需分析如圖2。

圖2 長武縣夏糧、秋糧和農作物總體在不同灌溉水利用率下水分供需分析

由圖2可以看出，目前40%左右的灌溉水利用率無法滿足夏糧、秋糧以及長武縣的農作物總體需水要求。按照計算，灌溉水利用率需要達到60%左右才能滿足夏糧和農作物總體生產需水要求，而要達到秋糧的需水量，灌水利用率則要達到66%以上。以目前的灌水量和灌溉水利用率計算，長武縣夏糧的缺水量大約為162.5 mm，秋糧的缺水量約為196 mm，而農作物總體的缺水量約為146 mm。這反映了長武縣農作物在目前的灌水量和灌溉水利用率下農作物的有效灌水量不足。通過分析也不難發現，真正造成缺水的主要原因并不是灌水量不足，而是灌溉水利用率較低。只要將灌溉水利用率提高到約60%便可以很好地緩解目前長武縣夏糧和農作物總體有效灌水量不足的壓力，而秋糧也只需將灌水利用率提高到66%左右即可。因此長武縣農作物灌水利用率較低，存在著明顯的浪費，從而導致了該地區農業水資源短缺。

4 結 論

本文使用ArcGIS9.3對柵格數據和統計數據進行處理計算了長武縣水資源負載指數，確定了其水資源利用潛力的等級，并在不同的灌溉利用率下農業水資源需求基礎上，分析了長武縣農業水資源的利用潛力。

(1)長武縣全縣的水資源負載指數為27.87，屬于Ⅰ級。說明長武縣水資源總體上的利用程度比較高，開發潛力很小。

(2)長武縣農作物灌溉水利用率較低，存在著明顯的浪費，從而導致了該地區農業水資源短缺。

(3)提高水資源利用率就是很好的緩解長武縣水資源緊缺壓力的辦法。在農業灌溉水總量一定的情況下，提高有效灌水率則是增加有效灌水量的最佳方法，同時也是節省農業水資源開銷的最佳途徑。