地方水资源供应平衡探讨

作者：王滨 张发旺 程彦培 陈立 单位：中国地质科学院水文地质环境地质研究所 石家庄经济学院工程学院 中国地质科学院岩溶地质研究所

黑龙港中部地区，如新河县、衡水市、广宗县、南宫市降水量极少，多年平均年降水量不足500mm，而东部沿海地区，如青县、黄骅市、盐山县降水量相对较为丰富，超过600mm。总的来说，降水量成由东北到西南呈逐渐偏少的趋势。地表水资源分布黑龙港地区主要分布有漳卫南运河水系、子牙河水系和黑龙港运东水系3大水系，河流径流深度很小，根据水利部海河水利委员2008年海河流域水资源公报数据，黑龙港地区河流多年面平均径流深为35．2mm，径流深度最小的子牙河平原仅0．7mm。该区1956—2000年多年平均水资源总量为2．26×109m3，单位面积水资源量为9．27×104m3/km2，该数值低于河北省和平原区均值［3］。由图1中的地表水面积密度图可以看出，从地表水面积分布上来看，地表水依然呈现东北多西南少的趋势，尤以中部衡水湖周边的衡水、冀州两地地表水资源最丰富，达到了将近4．5hm2/km2，而该地区近1/2以上县域地表水面积密度不到0．5hm2/km2，地表水资源相当匮乏。此外，河北省环保厅2009年度河北省环境状况公报统计数据显示，黑龙港地区漳卫南运河、子牙河、黑龙港河水系为重度污染水域，污染状况呈现为由干流到支流、由城市下游到城市上游、由城区向农区蔓延的趋势［3］，水资源可利用程度低。根据实地走访调查结果，除了极为干旱年份，区内农业灌溉用水基本不依赖地表水。地下水资源分布黑龙港地区地下水资源并不丰富，水资源量约为1．90×109m3/a，且面临长期超采的现实，截至2000年底，累计超采5．33×1010m3，诱发了众多地下水下降漏斗［1］。地下水资源可采模数可以看出，绝大部分地区地下水资源的可采模数小于1．0×105m3/(km2•a)，仅西南部9个县区大于1．0×105m3/(km2•a)，并呈现从西南向东北逐渐减少的趋势。另外，黑龙港地区浅层地下水矿化度高，属于微盐水，不适合饮用和农业灌溉。其中黄骅、海兴、盐山、沧州市、东光、河间、武邑、清河等县市地下水矿化度甚至高达5g/L以上，总体趋势同样呈现从西南向东北矿化度逐渐升高。因此，地下水开采潜力和地下水可利用潜力均呈现西南地区优于东北地区的趋势，且总体表现为可采资源有限、咸水分布面积广、利用率不高的特点。

主要农作物的需水量黑龙港地区主要农作物生长期需水量。主要粮食作物中冬小麦和棉花的需水量最大，但棉花生长期内的有效降雨量较多，故冬小麦的缺水量最多。而夏玉米生长期内有效降雨量与需水量基本持平，在正常年份，几乎不需要灌溉，在干旱年份，可适当浇水。主要蔬菜和园林水果中，枣树的需水量最少，适合在缺水地区种植，而蔬菜、梨、苹果需水量多，在该地区的缺水量与冬小麦持平。全年单位种植面积的作物总缺水量分析可以看出，除了极为干旱的年份，在黑龙港地区夏玉米生长期内的需水量基本上可以通过降水满足，因此，水资源的多少不会对夏玉米的种植造成太大影响，故在计算单位种植面积的作物总需水量时仅把需水量较多且分布较广的冬小麦、棉花、蔬菜考虑在内。计算公式为:（式略）利用公式(1)计算得出黑龙港地区全年单位种植面积的主要作物总缺水量情况如图2所示。从图2可知，黑龙港地区东北部主要作物总缺水量最多，全年单位种植面积总缺水量均大于250mm，向西南呈现减少的趋势。区域水资源供需平衡分析和区域水资源利用分析可知，降雨量无法满足的农作物缺水需要依赖灌溉解决。根据实地调查，黑龙港地区85%灌溉方式以开采地下水资源的井灌为主，仅在枯水期地下水资源极度短缺的干旱时期，少量区域会辅助以地表污水资源的渠灌。而区内灌溉模式主要采用地埋输水暗管与地表小白龙管相结合的方式，虽然防止了渠道渗水，但由于田间仍采用漫灌方式，所以水资源浪费现象仍然严重。滴灌、微渗灌、喷灌、小畦灌等节水灌溉技术并未得到有效推广。由于区内井灌以开采地下水资源为主，因此，区域农灌水资源供给仅考虑地下水资源，将作物总缺水量与地下水资源可采模量图进行叠加计算，得到基于农业种植结构的地下水资源供需矛盾，在地下水资源可采模数范围内，全区均存在水资源供需矛盾，其中北半部最为突出，种植结构与水资源空间分布格局匹配程度很差，作物需水量大，水资源供给不足，而研究区南半部水资源供需矛盾相对较为缓和。区域水资源供需矛盾的解决措施(1)调整优化农业种植结构。区域水资源总量是基本恒定的量，因此，根据水资源供需情况，调整不同区域的农业种植结构以适应水资源供给能力，是缓解水资源供需矛盾的有效途径。在供需矛盾相对突出的研究区北半部适当减少冬小麦和蔬菜的种植面积，增加需水量较小的棉花、谷子、花生、薯类的种植面积。而在水资源供需矛盾相对不太突出的南半部适当增加蔬菜、梨、桃、苹果等经济效益较高的作物种植面积。在咸水分布区适当种植一些耐盐碱的枣树、苜蓿等或者发展水产养殖业。(2)多源水资源综合开发利用。可明显看出，水资源供需矛盾突出的地区位于黑龙港地区的北半部，尤其在浅层咸水分布区和沿海一带。黑龙港地区浅层微咸水具有分布广、储量大、易开采、补给快、能耗低等特点［1］，每年可采资源量达到8．70×108m3，因此大力开发浅层苦咸水和海水等多源水资源的利用技术，扩大水资源的有效供给量，也可以有效缓解区域水资源供需矛盾。目前，区内已经进行了多年的咸淡水轮灌和混灌模式的试点和实践工作，但并未形成科学而健全的技术体系和灌溉制度，需要进一步研发和完善。微咸水淡化的试点和示范工程分布范围不够广泛，需要进一步扩大微咸水淡化工程试点范围和规模。同时逐步加大海水淡化和海水利用工程建设，提高海水资源利用能力［3］。(3)建立分时空供水机制，优化水资源配置。根据同一区域不同农作物生长期需水的时间差别和不同区域空间水资源供给能力的差异，统筹调配水资源的利用，研究的跨区域调水和分时供水技术，建立分时空供水机制，从而优化水资源的配置，保障水资源供需平衡。

黑龙港地区作物种植结构以冬小麦、夏玉米、棉花为主，水果蔬菜零星分布，其中小麦和蔬菜需水量很大，需要大量开采地下水进行农灌。生长期内，区内主要作物总体缺水量以东北部最多，全年单位种植面积总缺水量均大于250mm，向西南呈现减少趋势。黑龙港地区水资源极其短缺，降雨量较小，且时空分布不均。地表水资源很少，且污染严重，可利用程度很低。地下水资源相对匮乏，可采模数很低，且浅层地下水矿化度高，不适合农田灌溉。因此，区域农业需水主要依赖深层地下水资源。在深层地下水资源可采模数范围内，区域农业需水和水资源供给量之间矛盾很大，种植结构与水资源空间分布格局极不匹配，作物需水量大，水资源供给不足，尤其以北半部最为突出。为保障农业经济与水资源的协调发展，需要根据水资源的空间分布格局调整作物种植结构。在北半部水资源供需矛盾突出的县市，适当减少小麦的种植面积，而在水资源供需矛盾相对缓和的南半部县市，可以适当增加需水量稍高的经济作物或水果蔬菜等。不同作物在不同季节需水量差异较大，如果生长期降雨量大，则作物缺水量就会变小，水资源供需的矛盾就相对缓和。因此，开展不同降雨条件下农作物缺水量分析，对于指导水资源优化配置和合理利用将更具有实际意义，值得进一步深入研究。