农业节水对缓解漳河水库水资源供需矛盾的影响研究

陈崇德,邵春玲

(湖北省漳河工程管理局,湖北 荆门 448156)

1 概 述

漳河水库位于长江中游北岸一级支流沮漳河的东支,于1958年7月动工兴建,1966年4月建成并投入运行.水库总库容21.19亿m3,其中兴利库容9.24亿m3,调洪库容4.24亿m3,是以灌溉为主,兼有防洪、城市供水、发电、水产养殖、旅游、航运、生态环境保护等多目标运用的大型水利工程.

水库灌区地跨湖北省荆门、荆州、宜昌三市,总面积5 543.93 km2,设计灌溉面积17.4万hm2,总人口171.57万人.据2005年资料分析,灌区水资源人均1 202 m3,单位农田灌溉水量13 159 m3/hm2,与全国平均水平相比较,分别低47.7%和39.2%;与湖北省平均水平相比较,分别低40.5%和47.9%,是水资源严重短缺的地区.从运用实践来看,水库多年平均可供水量6.83亿m3,而兴利部门多年平均需要水库供水量9.84亿m3,相比较缺水量为3.01亿m3[1].上述分析是多年平均情况,倘若遭遇干旱或特大干旱年,则需水缺口更大.因此,水资源数量明显不足,是漳河水库的一大特点.

2 水资源利用

2.1 时间序列划分

时间序列采用1966-2005年的漳河水库实际供水资料,以供水量不同和水文气象条件相似为依据,划分为3个供水阶段[2],第1阶段为1966年-1978年,第2阶段为1979-1991年,第3阶段为1992-2005年.第1阶段是灌区运行初期,供水项目单一,技术手段落后,各项工作处于探索之中,因而,供水量大,矛盾突出,效益不显著.第2阶段是改革开放初期,改革开放给灌区带来了一系列巨大变化,如推广优良品种;实行按量计费的水费收取方式;大面积使用化学肥料;对中、小型水利设施进行修复或扩建,并使其利用率有较大的提高,使得漳河水库农业供水大幅度地减少;水稻产量增长较快以及工业、城市、发电用水量急剧增加等等;这些变化促进了灌区向良性运行方面转化.第3阶段是近期,随着改革开放的不断深入发展,灌区灌溉和农业生产发生了更大的变化,如水费政策的不断完善、用水户参与灌溉管理、农村税费政策调整、节水高产新技术的推广与应用[3]等,使得漳河水库灌溉放水时间不断缩短、灌溉水量不断减少,而水稻产量却保持了相对稳定.同时其它兴利用水不断增加,相同的水量所发挥的作用更加显著,水库为灌区内国民经济的可持续发展提供了有力的支撑.

2.2 农业灌溉用水

表1是漳河水库在3个阶段中的实际供水情况,从表1可以看出：(1)多年平均农业灌溉供水占水库总供水量的55.4%,其中第1、第 2和第3阶段农业供水占总供水量的91.4%、52.6%和27.8%;(2)农业灌溉供水呈下降的趋势,第3阶段比第1和第2阶段分别下降了65.8%和43.1%;(3)农业用水量的大幅度下降,有利于增加其它兴利部门的用水量.

表1 漳河水库各部门年均用水量

将漳河水库1966-2005年灌溉用水绘成图,见图1,为了消除年际波动、更好地描述变化趋势,灌溉用水采用5 a滑动平均曲线.从图1可以看出,在过去的40 a中,农业灌溉供水呈下降的趋势,且波动较少.

图1 灌溉供水量变化趋势

2.3 其他用水

从表1、图1、图 2(5年滑动平均曲线)可以看出：(1)2个阶段中,在来水量基本没有变化的情况下,工业与生活供水量第3阶段比第1、第2阶段分别增涨了2.76倍、0.39倍;发电供水量第3阶段比第1、第2阶段分别增长了10.52倍、4.43倍;泄洪水量第3阶段比第1阶段增长了11.2倍,比第2阶段下降了19.4%;其他供水量呈稳定增长趋势;(2)其他兴利项目用水量的增加主要得益于农业节水的水量;(3)相同的水量发挥的作用和效益在3个阶段中不尽相同,说明水库的综合利用作用进一步得到体现,其社会与自身的经济效益不断扩大.

图2 其他用水量变化趋势

2.4 农业用水量下降的主要原因

(1)改革促进了农民积极性[4].实行“按田配水、计量收费”的政策,建立农民用水户协会,农村税费改革,推行“两部制水价”等等,这些改革措施的出台,符合现时农村、农业、农民的需要,也促进了灌区灌溉管理的变化.

(2)田间尺度和系统尺度的节水灌溉技术推广[4].目前灌区农民广泛采用间歇灌溉模式,其主要特征是浅灌与湿润相结合,适时晒田,稻田田面有一段时间无水层或土壤含水量低于其饱和含水量,稻田水分处于“薄水层—湿润—暂时落干”的循环状态,跳出了传统的长期淹灌旧模式.

(3)充分发挥中小型水库和塘堰的灌溉作用.灌溉时,先灌塘堰水,再灌中小型水库的水,最后才灌漳河水库的水,漳河水库在关键的时候发挥作用.

(4)利用灌区地形特点,开展回归水利用.

(5)以科技创新提高用水效率.研究了灌区灌溉水动态管理决策支持系统,开展了水稻节水高产灌溉试验研究,并在灌区范围内大规模推广应用.

(6)农业生产新技术的推广应用.如土肥最佳偶合模式、新品种、新技术的推广应用,农业生产机械化程度的不断提高和农业种植结构调整等.

3 农业节水对缓解漳河水库水资源供需矛盾的影响

3.1 农业节水对农业生产的影响

以上述3个阶段进行分析,见表2.从表2可以看出：(1)第3阶段水稻单产量比第2、第1阶段分别增产17.3%与100%.水稻单产量增加的原因也是多方面的,有农业种植技术上的改进,有管理水平的不断提高等,但这两点都与节水灌溉技术有关.(2)第3阶段水稻种植面积比第2、第1阶段分别下降了26.0%与36.2%,但第3阶段的粮食总产量比第1阶段增长了27.7%,与第2阶段相比,总产量下降了13.2%.由此可见,由于单产量的大幅度提高,在种植面积下降较多的情况下,总产量仍有一定幅度地增长;第3阶段水稻总产量下降的主要原因是种植面积减少的原因.(3)水稻种植面积的大幅度下降,也说明了农业种植结构调整取得了一定的实效,在确保粮食安全的前提下,农民将一定的耕地转向了种植价值更高的经济作物[5],从而提高农民的收入水平.

表2 各阶段年均用水与水稻产量统计

3.2 农业节水对经济效益的影响

(1)农民水费支出减少,收入增加.以3个阶段的实际灌溉水量和现行水价政策分析,水费支出第3阶段比第1、第2阶段分别减少69.78元/hm2与82.24元/hm2.这仅仅只是减少的水费支出,不包括因灌水需要减少的劳动力费用与种植结构调整和作物单产量大幅度增长后增加的经济收入等.

(2)管理单位经济效益提高.

从表1～表3可以看出,水利工程管理部门在保证国民经济各部门需水不受影响的情况下,通过调整、优化调度等措施,不但提高了水资源的承载能力,而且自身也获取了更大的经济效益.据统计,水费收入第3阶段比第2、第1阶段分别增长了2.6与19.5倍.

3.3 农业节水对水价格的影响

利用灌区1980-2005年来实际灌溉用水量、水价、粮食产量等要素进行分析.时间变化采用水价变化的年份,见表4.从表2、表4可以看出,(1)25年间水价提高了 9.4倍,农业供水量下降了59.7%,水价的提高对水量节约有明显的影响;(2)农业供水量和水稻种植面积减少较多,对水稻总产量影响不大,主要得益于水稻单产量的大幅度提高;(3)水价变化呈逐渐式的增加,而供水量年际变化幅度较大,说明自然因素对水库供水有较大的影响.

表4 水价、用水量与水稻产量统计

3.4 农业节水对资源利用的影响

(1)其他供水工程的作用进一步发挥.在第1阶段,漳河水库提供全灌区3/4的灌溉用水,可见当时的农业灌溉对漳河水库供水的依赖程度相当高,这也说明了灌区内其它水利设施的作用有限.第2阶段,由于政策调整,中、小型水利设施的建设和作用恢复,促进了田间尺度节水,使得漳河水库的农业灌溉供水急剧下降,灌区内中小型水利设施发挥的作用比较明显.相比较,第2阶段比第1阶段减少供水40%.第3阶段,农民直接参与灌溉管理,以及间歇式灌溉等节水灌溉技术全面推广应用,灌溉管理体制与运行机制改革,灌区续建配套工程建设的实施等等,促进了节水灌溉的深入发展.相比较,第3阶段比第1阶段和第2阶段分别减少了65.8%与43.1%.漳河水库减少的供水量,部分由其他水利设施替代.

(2)灌溉水分生产率增加.3个阶段灌溉水分生产率为 0.80 kg/m3、1.38 kg/m3和 1.77 kg/m3.灌溉水分生产率第3阶段比第1、第2阶段分别增加了1.2与0.28倍.

(3)光热和化肥资源利用率提高.田间水层深减少,有利于光热和化肥资源利用率的提高,有利于改善作物群体结构和推广良好的施肥灌溉技术,实现资源的高效利用和作物的高效产出.

3.5 农业节水对缓解漳河水库供需矛盾的影响

由于水库水量处于供不应求的状况,依据供水用户主次关系以及对国民经济的影响,主要是对发电用水采取限量的办法,即满足其它部门兴利用水需求后,用多余的水发电,以此来解决水资源供需矛盾的问题[6].从表1可以看出,在第 3阶段中,农业节约的水量有34%左右用于工业、生活等部门增加的水量,66%的水量用于增加发电供水,相同的水资源数量,发挥出更大的经济效益,水资源供需矛盾也得到缓解.

4 结 语

(1)农业节水缓解了漳河水库水资源供需矛盾,也促进了非农业用水量的快速增长,但节水灌溉的空间是有限的,如果无限制减少农业灌溉用水以满足非农业部门日益增长的需水要求将会导致农作物严重减产[7-8],影响粮食安全.

(2)为适应越来越少的农业供水,灌区普遍推广节水灌溉与农业生产新技术.水稻单产量的大幅度提高,使得水稻种植面积在减少较多的情况下,水稻总产量变化不大;灌溉水分生产率的大幅度提高,提升了灌区内水资源的承载能力.这两项指标综合反映了灌区农业生产水平、灌溉工程状况、灌溉管理水平和单位水量投入的农作物产出率随时间的变化,不断得到提高.

(3)灌区用水结构变化的主要原因是各用水户为适应市场经济需要的自我约束,自我调整,自我发展,而非水库功能的限制[1],这种变化还将持续下去.其中有许多问题必须去重新认识、研究.

(4)工业、城市生活、发电和其他用水量呈上升的趋势,反映出灌区水资源利用从以农业灌溉为主转为向区域经济社会全面供水,水资源利用效率得到了进一步的提高[9].

(5)随着区域社会经济的快速发展,城市化进程的不断加快,人口的不断增多,非农业用水呈现不断增加的趋势,水库供需矛盾将会更加突出.因此,在继续做好国民经济各部门的节水工作的同时,还要注重工程建设,水资源保护,水环境修复,制定切实可行的政策,加快节水型社会的建设,以水资源的可持续利用支撑经济社会的可持续发展.

[1] 陈崇德,彭 亮,赵华安.漳河水库水资源短缺的分析[J].昆明理工大学学报,2005(2A)：361-364.

[2] 陈崇德,李 红,王建章.漳河灌区水量分配和农业生产趋势研究[J].水利发展研究,2006(10)：38-41.

[3] 张笑天.漳河水库水资源利用潜能分析[J].水利建设与管理,2008(9)：95-97.

[4] 陈崇德,胡小梅,潘 刚.灌区农业种植结构调整和用水量变化的思考[J].中国水利,2008(3)：49-50.

[5] 尉永平,陈德立,李保国.农业水价调整对解决华北平原水资源短缺的有效性分析[J].资源科学,2007(2)：40-45.

[6] 胡小梅,王玉才,陈崇德.漳河水库水资源可持续利用研究[J].水资源研究,2008(3)：17-19.

[7] 王晓宇.生态农业建设与水资源可持续利用[M].北京：中国水利水电出版社,2008.

[8] 马培衢.农业水资源有效配置的经济分析[D].武汉：华中农业大学,2007.

[9] 赵金河,陈崇德,彭 亮.农民用水者协会可持续发展的探索[J].中国农村水利水电,2005(9)：54-55.