衡水市土壤水含量变化特征及承载力研究

陈浩

（河北省衡水水文水资源勘测局，河北 衡水 053000）

衡水市土壤水含量变化特征及承载力研究

陈浩

（河北省衡水水文水资源勘测局，河北 衡水 053000）

以河北衡水市近20年的土壤水含量监测数据为依据，分析衡水市土壤水含量随深度、季节、区域的变化特征，同时采用目标优化方法，计算得到了该地区不同节水方案下的土壤水资源利用率和可承载的农业生产总值，并针对其土壤水资源利用率偏低、承载力有待提高的问题提出了几点改进措施，以期对该市的农业生产有所帮助。

衡水市；土壤含水量；农业生产；利用率；承载力

土壤水资源是指位于包气带上部土壤层中具有利用价值的结合水和毛细水，其与地表水及地下含水层的陆地水之间相互联系，使之得到不断地补给和消耗［1］。但由于社会和自然原因，世界土壤资源的数量和质量正在不断下降，这严重威胁着农业、林业、牧业的生产和发展。因而，研究土壤水资源的变化特征，提出合理的建议和措施，可以有效提高土壤水资源的利用率和生产承载力，对社会经济的发展具有重要意义。

许发奎、崔元生［2］对土壤水资源的计算方法进行了探讨和研究。孟霄等［3］对河北平原区土壤水资源计算模型进行了分析探讨。绳莉丽［4］以海河平原为基础，对该地区农田土壤水资源评价与高效利用问题进行了研究。赵秀兰等［5］对35个台站土壤湿度实测资料出发，探讨了1995～2002年华北地区土壤水的储量变化趋势及时空特征。胡新锁等［6］对低平原区土壤水资源补给量及其特征进行了探讨。宋献方等［7］以沧州和衡水实验站为华北平原地下水浅埋区典型区，利用3a土壤水负压和地下水观测数据，研究了不同年份和土壤质地土壤水分动态。赵坤等［8］针对衡水市水资源严重紧缺的现状，建立了基于可持续发展的衡水市水资源优化配置多目标模型。赵彦红［9］对河北地区的水环境现状及水环境承载力进行了较为详细的分析，认为水资源量是影响水环境承载力大小的一个重要因素。

本文在上述研究基础上，对衡水市土壤水含量随深度、季节、区域的变化特征进行了分析，同时采用目标优化方法，计算得到了该地区不同节水方案下的土壤水资源利用率和可承载的农业生产总值，并针对其土壤水资源利用率偏低、承载力有待提高的问题提出了几点改进措施，为该市的农业生产提供合理建议。

1 衡水市农业及水资源简况

衡水市现有粮食播种面积57．6万hm2，全年粮食总产量350万t，农业总产值达168．9亿元，占全市生产总值的13．8%。年平均降水量500～600mm，年平均蒸发量1000～1500mm，人均水资源量仅为全国平均水平的1/7，随着国民经济的不断发展及环境的不断恶化，该市的土壤水资源含量总体呈减少趋势，严重制约着当地的农业生产和社会发展。

2 近年土壤水资源变化特征

通过分布于全市各市区24个观测点1990～2014年近20多年来的监测数据，采用式（1）进行土壤水分含量的计算：

式中 S为某一厚度层的土壤水储量（mm）；W为某一厚度层的土壤重量含水率（%）；R为土壤容重（g/cm-2）；H为土层厚度（cm）。

依据式（1）计算各站点各土壤层次的逐年土壤平均水储量，从而计算得到了土壤水含量变化特征如图1。

图1 衡水市年平均土壤含水量变化

由图1可以看到，近些年来，衡水市的土壤水含量呈动态波动的形式变化，但整体上是呈减少趋势的，2014年的土壤水含量相对于1990年减少了4．7mm，年均减少量0．235mm。各市区的土壤水量的年均值对比如图2。

图2 区域特征

由图2可以看到，衡水市各区县土壤含水量均呈不同程度的下降趋势，但存在明显的区域特征，降水量较大的景县、阜城、武强浅层土壤含水量变化相对较小，减小趋势较为平缓，其余8个区市县的线性趋势系数均达-0．065，表明其含水率减小趋势较快。

为进一步得到土壤含水量随季节、深度的变化特征，将衡水市各监测点土壤水储量按不同的深度和季节平均后再进行标准化，并对序列的趋势进行线性拟合，得到的相应斜率值即为线性趋势系数，该系数反映了衡水市地下土壤水资源的增减趋势，据此得到的衡水市平均土壤水分储量变化线性趋势系数如图3。

图3 季节及深度特征

由图3可以看出，衡水市0～100cm以内各地下土壤深度层次下的年均值均为负值，即表明地下土壤水含量均呈减小趋势；土壤水含量的变化呈明显的季节特征。各深度下，春季减小变化的幅度最大，秋季次之，夏季趋势幅度小于秋季，冬季则最小。土壤含水量随土壤深度有密切关系。在0～100cm深度范围内，减小幅度较快的是0～60cm这一深度范围内，最小的是80～100cm，表明表层土壤含水量减少趋势更为严重。

3 基于农业生产总值的土壤水含量承载力

在计算资源承载力的诸多模型当中，目标优化模型是最为常见的一种，其考虑了生态环境、经济、人口、社会等指标，通过模拟不同情景来计算资源承载力。基本计算模型为：

式中 Wrcc为在最优条件下的区域水资源承载力；为区域水资源对所有用水对象的支持能力。

以丰水年和枯水年为例，并假设采用低、中、高3种不同节水方案措施，计算得到了现如今衡水市土壤水资源可承受的最大农业生产总值，如图4。

图4 不同节水方案承载农业生产总值

由图4可以看出，在现有土壤水资源情况下，若遇枯水年（P=75%），采用低、中、高3种节水方案条件下的水资源可承载农业生产总值分别为152亿，159．3亿，168亿元；遇平水年（P=50%）时，则分别为165亿，170．2亿，177亿元。根据2015年衡水市国民经济和社会发展统计公报显示，该市2015年的农业生产总值为168．9亿元，为进一步分析评价衡水市的水资源承载力，计算得到了各节水方案下的承载指数RCI，如图5。

由图5可以看出，不管是平水年还是枯水年，衡水市的土壤水资源对于农业的承载力均十分脆弱，在枯水年时，均出现农产值降低现象（RCI＞1），在平水年时，采取中、高等节水方案时，才不会发生出现农业经济的回落，这说明，在现有土壤水资源情况下，如果遇到干旱年份，不管采用何种节水方案，是较难达到2015年农业生产总值的，而当平水年时，只有采用中等及以上节水方案才能达到2015年生产水平。

图5 不同节水方案承载力指数

4 讨论及建议

衡水市目前土壤水资源短缺，呈逐年降低趋势，利用率也较低，可以采用人为措施调控土壤水资源的输入输出，增加有效补充，减少无效损失；其次合理布局作物，使其时空分布尽可能与土壤水时空规律一致，可显著提高土壤水的利用效率，实现农业节水现代化；最后则是可以选用优质耐旱高产品种，控制植物蒸腾等生物措施。

5 结语

衡水市土壤水资源含量呈逐年降低的趋势，并呈明显的季节、深度和区域变化特征；土壤水资源利用率低，基于农业生产总值的可承载力降低，在枯水年和平水年低节水状态时，均会出现农产值回落，需采取相应的措施来改变这一状况，方可实现当地农业经济和社会的可持续发展。

［1］由懋正，袁小良．土壤水资源及其利用［J］．地理与地理信息科学，1986（4）：31-37．

［2］许发奎，崔元生．土壤水资源分析计算［J］．南水北调与水利科技，1994（3）：10-13．

［3］孟霄，吴现兵，程伍群，等．河北平原区土壤水资源计算模型的探讨［J］．节水灌溉，2008（3）．

［4］绳莉丽．农田土壤水资源评价与高效利用研究［D］．保定：河北农业大学，2014．

［5］赵秀兰，延晓冬.近20年华北地区土壤水储量变化趋势及水分管理与调配对策 ［J］.气候与环境研究，2006，11（3）：371-379.

［6］胡新锁，赵连科，高文海，等.低平原区土壤水资源补给量及其特征的研究［J］.地下水，1993（2）：64-67.

［7］宋献方，王仕琴，肖国强，等.华北平原地下水浅埋区土壤水分动态的时间序列分析［J］.2011，26（1）：145-155.

［8］赵坤，刘年磊，赵林.基于可持续发展的衡水市水资源优化配置研究［J］．水资源与水工程学报，2011，22（5）：137-140.

［9］赵彦红.河北省水环境现状及水环境承载力研究［D］.石家庄：河北师范大学，2005.

（责任编辑：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

陈 浩（1988-），男（汉族），河北衡水人，助理工程师，主要从事水文测报与勘测工作，（Tel）15882485585。