洮儿河流域农业水资源安全保障研究

孔庆辉，付 鹏，丁元芳，李成振，陈晓霞

（1.松辽水利委员会水文局（信息中心），吉林 长春 130021；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130061）

1 概况

洮儿河是嫩江下游右侧的一大支流，流经内蒙古自治区兴安盟的科右前旗、突泉县和吉林省的白城、洮南、镇赉、大安等市县，总面积约为3万km2。流域形状狭长，东西宽，南北窄。东为嫩江，西为大兴安岭，南为霍林河，北与绰尔河相邻。洮儿河及其主要支流归流河和蛟流河都发源于大兴安岭东南麓，自西北向东南流入嫩江，干流总长395 km。流域整体上位于松嫩平原西部向大兴安岭山地的生态过渡带，属于典型的大陆性干旱一半干旱季风气候区。多年平均降雨量为458.4 m，降水量年内分配很不均匀，降雨主要集中在6—9月，降雨量占全年降水量的85.9%。蒸发量为1780～1910 mm。

该地区耕地盐碱化、沙化和草原退化面积大。降雨少，蒸发大，干旱机率高达70%～90%。过境水量虽然比较大，但是由于条件限制，过境水量得不到充分利用，丰水期流出境外，枯水期很大部分蒸发掉。建国以来，洮儿河流域人口快速增长，粮食需求剧增，但目前开发的地表水远远不能满足商品粮基地建设对水资源的需求，因此需要利用洮儿河扇形地优越的地质条件，开展水循环调控技术的研究，以增加水资源的可利用量，保障区域粮食生产安全。

2 洮儿河流域水资源

2.1 地表水资源

根据《松辽流域水资源调查评价》（2006年）成果，洮儿河地表水资源总量为25.7亿m3。洮儿河流域地表水资源年际变化大，根据洮南站1956—2000年径流还原系列成果，最大年1998年地表水资源量为72.5亿m3，最小年2000年地表水资源量为3.76亿m3，最大年与最小年地表水资源量的比值为19.3。地表水年内分配也不平衡，汛期6—9月地表水资源量约占全年的60%～80%，其中7—8月占全年的50%～60%。

2.2 地下水资源

根据《松辽流域水资源调查评价》（2006年）成果，洮儿河流域地下水资源量为18.32亿m3。洮儿河流域地下水资源量计算表见表1。

表1 洮儿河流域地下水资源量计算表 万m3

2.3 水资源总量及可利用量

洮儿河流域多年平均水资源总量为38.67亿m3，其中地表水资源总量为25.70亿m3，地下水资源总量为18.32 亿 m3。

洮儿河流域地下水可开采量为12.68亿m3。地表水可利用量根据经济合理、技术可行的原则，按地表水资源总量的40%计算为10.28亿m3。因此水资源可利用总量为22.96 亿m3。

3 农业水资源安全阈值计算

3.1 计算方法

农业水资源安全阈值的数量标准是指在保证流域粮食安全的条件下，流域粮食生产所需要的农业水资源数量的最小值。从总量上看，洮儿河流域水资源可以保障粮食安全，但由于水资源分布不均、非农产业快速发展、人口总量不断增加且区域分布不合理等原因，农业水资源在量上受挤占，在质上遭污染，从而造成农业生产特别是粮食生产在很大程度上受到水资源的制约，严重影响了粮食安全。因此，以流域为单元研究农业水资源安全阈值，可以宏观把握保障流域粮食安全所需要的农业水资源量，为流域内水资源的优化配置和有效利用提供依据。

粮食安全不等于粮食完全自给，它还与市场发达程度和相关制度等因素有关，但较高的自给率仍然是粮食安全的必要条件。为了研究的方便，先假定粮食完全自给，推算流域农业水资源安全阈值。再根据当地现状和规划的商品粮生产量，得出流域不同粮食产量条件下的农业水资源安全阈值。

计算流域粮食生产的水资源安全阈值的步骤：1）结合流域相关统计数据，计算出流域的口粮需求量；2）结合流域各类粮食单产水平和粮食需求量，计算出流域各类粮食所需的种植面积；3）种植面积乘以实际灌溉需水量，得出各类粮食作物生产灌溉需水量；4）加和各类粮食作物生产灌溉需水量，得到流域总的粮食作物生产灌溉需水量，即粮食生产的水资源安全阈值。

3.2 农业水资源安全阈值

1）粮食自给需求量

根据《中国粮食供求状况分析》（2005年）文中数据，目前中国农村、城市人均口粮标准分别为223.66 kg和202.47 kg（见表2）。洮儿河流域2009年现有城市人口234.50万人，其中农村人口137.27万人。结合相关数据，计算得洮儿河流域粮食自给需求量，见表2。

表2 洮儿河流域粮食自给需求量计算表

2）满足粮食自给的水资源阈值计算

要保证粮食生产的安全，就必须满足粮食作物的需水量。粮食作物需水量等于有效降雨量EP与有效灌溉量EI之和，有效灌溉量等于实际灌溉量I与灌溉水利用系数之积。即

其中，有效降雨量是指全年或季节性总降雨量中为作物生产直接或间接利用，及用作农田其他必须耗用的水量。它包括作物截留的雨水、作物植株蒸腾和株间土壤蒸发（水田即为株间水面蒸发）掉的降水、淋洗和水田渗漏等有助于作物生长和耕作作业的那部分降水。

有效降雨量与降雨特性、气象条件、土地和土壤特性、土壤水分状况、地下水埋深、作物特性和覆盖状况以及农业耕作管理措施等因素有关。对有效降雨量的田间测定，包括降雨量、地表径流损失、深层渗漏损失，以及由作物蒸腾、蒸发所吸收的土壤水分等的田间量测，可用土壤剖面水分测定法、渗漏计测定法和水稻筒测法等3种方法测定。第一种方法，需通过对实际腾发量（植株蒸腾和株间蒸发量之和）的计算求得。后两种方法,可直接测定每次降雨的有效降雨量。一般确定有效降雨量是利用水量平衡通过计算获得，即某次降雨的有效降雨量为次降雨量减去地面径流量和深层渗漏量（对水稻田不计此项）。

粮食作物的需水量应满足植株蒸腾量与棵间蒸发量之和，即蒸发蒸腾量（常用ET表示）。根据《中国的灌溉用水与粮食安全》研究结果，松辽流域各种粮食作物ET，EP值见表3。

表3 粮食作物ET，EP值 mm

根据前述计算式，粮食作物灌溉需水量I＝（ET-EP）/δ。据《松花江流域水资源综合规划》（2009年）中数据，松辽流域δ=0.53。根据作物灌溉需水量，以及流域粮食生产需求量，即可得到流域农业水资源安全阈值为4.9亿m3。见表4。

表4 洮儿河流域农业水资源安全阈值计算表

3.3 满足现状粮食产量的水资源阈值计算

洮儿河流域2009年粮食产量为467.0万t，其中玉米产量 291.6万t，水稻产量 12.90万 t，大豆等 46.4万 t。因此，采用上述计算方法，可得到洮儿河流域现状各类粮食作物生产面积，以及粮食作物灌溉需水量，进而可得到洮儿河流域现状粮食生产量的水资源阈值为25.3亿m3。

3.4 满足规划粮食产量的水资源阈值计算

根据吉林省和内蒙古自治区增产百亿斤商品粮能力建设总体规划，到2012年洮儿河要实现较2007年粮食增产160.5万t，较2009年粮食增产71.5万t，其中水稻61.0万t，玉米10.5万t。因此，根据吉林省和内蒙古自治区增产百亿斤商品粮计划，采用上述计算方法，可得到洮儿河流域2012年各类粮食作物生产面积，以及粮食作物灌溉需水量，进而可得到洮儿河流域规划粮食生产量的水资源阈值为 29.3 亿 m3。

4 粮食生产面临的水资源问题

4.1 水资源可利用量不足

经以上分析计算可知，确保洮儿河流域商品粮自给的农业水资源阈值为5亿m3，满足现状粮食产量的水资源阈值是25亿m3，满足吉林省和内蒙古自治区增产百亿斤商品粮计划的水资源阈值是29亿m3。而目前流域地表水资源可利用量仅10.28亿m3，即使加上地下水可开采量，洮儿河流域水资源可利用量也仅为22.96亿m3，严重制约了商品粮基地粮食生产安全。

4.2 水资源分布不均

1）洮儿河流域水资源时空分布不均匀，全年降雨量的70%集中在汛期，呈现出夏秋多、冬春少的特点。水资源年际、年内变化很大，河流最大年径流量约为最小年径流量的20倍。降雨量空间分布呈现出西多东少的特点。

2）水资源和耕地面积、人口不协调。耕地面积占松辽流域4.7%，人口占松辽流域3.1%，而水资源总量只占松辽流域1%。水土组合东西差异巨大。

4.3 水资源配置不合理

农业水资源配置不合理。一般来讲，单位水资源用于农业所产生的效益远远低于用于工业所产生的效益。未来如果水资源短缺的形势不能扭转，在效益比较的作用下，农业水资源将通过不同的途径改作它用，水资源从农用转为工业等非农用的情况将日渐增加。从另一方面看，由于人口的增加和经济社会的发展，更多的生活用水和非农业生产用水将造成农业严重缺水。2001年兴安盟乌兰浩特农业用水量约为总用水量的90%，2009年下降到约60%，与此同时工业和生活用水比例由10%上升到接近40%。

4.4 水资源利用效率低下

目前农业灌溉以传统的沟溉、畦灌为主，水资源的利用效率很低，灌溉用水的利用系数只有0.5左右。由于缺乏科学的管理手段和先进的量水设施，且节水灌溉技术推广乏力，因此输水、配水和田间水利用效率低下，造成了农业水资源利用中的浪费。另外，灌溉工程老化，农业用水管理体制不健全等，也是造成用水量过高、效率低的重要原因。

5 保障农业生产安全的水资源调控措施

1）因地制宜地退耕还林、还草。在水资源可利用量有限、生态环境比较脆弱的地区，农业灌溉用水得不到保证，粮食生产效率低，莫不如有规划、因地制宜地退耕还林、还草，涵养水源。

2）优化种植结构，发展节水农业。松花江流域西部地区属半干旱气候区，水资源短缺，在发展节水灌溉技术的同时，还应该注重优化农业种植结构，大力发展节水耐旱的作物，特别是在那些土壤层渗透性较强的地区，应统筹整体利益，适当限制水田发展面积。

3）充分挖掘流域各地区水循环调蓄潜力，以增加水资源可利用量为目标，积极主动采用多种措施对流域水循环过程进行综合调控。可从以下几个方面考虑：

a）洮儿河扇形地是一个天然的大型地下水库，具有巨大的储水空间、良好的补给水源、较大的调蓄能力和方便的开采条件，开发利用价值很大。境内的洮儿河与蛟流河水，以及嫩江水均可作为地下水库的补给水源。采用合理有效的技术措施，实现地表水与地下水资源的合理配置与联合利用，可达到丰水枯用之目的。

b）白城市具有利用洮儿河与嫩江洪水资源得天独厚的条件，洪水资源利用模式以河道引蓄模式为主。从洮儿河镇西断面及嫩江大赉断面的洪水资源可利用量计算结果来看，相对于洮儿河洪水资源而言，嫩江洪水资源十分丰富，可利用洪水保证率高，具有更高的开发利用价值。

c）根据洮儿河扇形地下水库可调蓄库容，优化调度察尔森水库，将不能及时利用的水资源最大限度地放到地下储存，可减少蒸发损失，同时还可以腾空部分库容，拦蓄河道后期来水，增加水资源可利用量。

d）建立以察尔森水库、扇形地下水库、月亮泡水库及泡沼为调控媒介，集洪水资源利用、外流域调水及节水灌溉技术于一体的流域水循环综合调控体系。