辽宁省农业用水对水资源可持续利用的影响探析

王海刚

(辽宁省辽阳水文局，辽宁 辽阳 111000)

水是促进经济社会可持续发展、保障生态系统安全以及维持地球生命系统不可或缺的战略性自然资源。目前，我国许多地区的水资源较为缺乏，特别是北方地区的水资源开发利用已远远超过水系统的极限承载力，生态环境和水资源面临着巨大的压力。辽宁省水资源总量341.79亿m3，人均占有量808m3，按照联合国制定的标准，即极度、重度、重度、轻度、富水等级的人均占有量为<500m3、500-1000m3、1000-2000m3、2000-3000m3、>3000m3，该地区属于重度缺水区。水资源是生态环境和谐及经济社会发展的命脉，工业的发展、能源安全、粮食安全都离不开水的支撑，水资源间接或直接的影响着生活水平的高低。2000年发生的建国以来的特大干旱，致使辽宁省278.6万hm2农作物受灾，213.4万hm2成灾，119.4万hm2绝收；2009年再次发生的特大干旱，导致全省214万hm2作物受旱，61.778万hm2重旱，54.87万hm2干枯。今后随着工业化进程的发展和城镇化水平的提高，农业缺水问题将更加严重。例如，由于缺水沈阳地区的现状耕地实际灌溉率，低于全省平均的30%，其中昌图、西丰、康平、彰武、阜新地区的实际耕地灌溉率仅有14%。农业长期处于缺水状态致使粮食安全无法保障，农民收入也较低。农业作为第一用水大户，2018年辽宁省农田灌溉用水71.37亿m3，占总用水量的55%以上。综合应用各种节水设施以及农业水资源的利用效率，对于促进农业灌溉水可持续利用、改善农业用水现状等具有重大意义[1-5]。

文章结合辽宁省农业灌溉现状及水资源利用现状，准侧测算了2009-2018年的农业用水压力指数，通过分析水资源可持续利用与农业用水之间的关系，为实现区域水资源的可持续利用及全面提升全省水资源利用效率提供技术支撑。

1 区域概况

1.1 基本情况

辽宁省地处东北地区南部，总面积14.75万km2，总体地貌格局为辽西低山、辽北康法及辽东山地丘陵区三面环绕下辽河平原。地貌类型大体呈“六山一水三分田”，山地、平地、水面占总面积比例分别为58%、33%、9%，地势自东西两侧向中部、自北向南倾斜，中部为广阔的辽河平原，山地丘陵大致分列于东西两侧，形成“马鞍型”地势，地貌结构如图1所示。入境河流主要有东辽河、西辽河、柳河、浑江、大凌河支流。辽宁省属温带湿润半湿润季风气候，年均气温5℃-10℃，年内气温高低悬殊，虽夏季酷热期，但最热月平均气温22℃-25℃，最冷月平均气温-4℃--16.9℃，日照时数2270-2990h，无霜期124-215d[6-7]。

图1 地势结构图

2018年，辽宁省年降雨量586.1mm，折合降水总量852.78亿m3，比多年平均值少13.6%，比上年多7.8%，此年发生阶段性春旱、秋吊和严重的夏伏旱，部分地区旱情较重。2018年，全省总用水量135.47亿m3，其中居民生活用水量17.29亿m3，占12.8%；生产用水量107.30亿m3，占79.2%；河道内、外生态环境补水量5.19亿m3、5.69亿m3，占比为4.2%和3.8%。居民生活用水量中，城镇、农村居民生活用水量13.02亿m3、4.27亿m3；在生产用水量中，第一产业用水量80.46亿m3，其中农田灌溉用水量71.37亿m3，林牧渔畜用水量9.09亿m3；第二产业用水量20.53亿m3，其中工业用水量18.68亿m3，建筑业用水量1.85亿m3；第三产业用水量6.31亿m3，各行政分区供用水量如表1所示。

表1 各行政分区供用水量 亿m3

1.2 水资源利用现状

研究数据来源于2009-2018年辽宁省水资源公报，对比分析研究期辽宁省农业用水和总用水量如图2所示。2009-2018年辽宁省农业用水量均值70.5亿m3，总用水量均值137.7亿m3。

图2 2009-2018年水资源利用量

由图2可知，2009-2018年辽宁省农业用水量与总用水量变化趋势基本相同。总体上，可以将用水量变化趋势分为3个阶段：2009-2012年总用水量基本平稳，并呈现出小幅减少的趋势；2012-2014年总用水量快速增大，从128.5亿m3快速上升到158.1亿m3，此后维持在较高水平；2015-2018年总用水量波动变化，此段的用水量均值152.7亿m3，2018年的用水量有所下降但变化浮动较小。

2009-2018年辽宁省农田灌溉用水量总体呈波动增大的趋势，从2009年的65.8亿m3波动增长至2014年的78.2亿m3，增长率达到12.4%，随后2018的年农田灌溉用水量有所减少。2009-2018年，辽宁省总用水量的51%消耗于农田灌溉，可见农田灌溉用水在很大程度上增大了辽宁省的总用水量。

1.3 水资源特性与可持续利用

辽宁省水资源存在年际、年内变化量较大且时空分布不均匀性，为了在时空上合理分配水资源以满足各区域的用水需求，必须考虑实际情况建设引水工程和水库大坝。此外，水资源具有自然持续循环流动的特性，然而有限的补给量和无限的水循环决定了水资源的无限循环使用特征。水资源是否满足人们的用水需求在很大程度上取决于能否合理的开发利用水资源，因此合理利用与开发水资源要同时实现“兴利、除害”的双重目标。在工业生产、农田灌溉、环境保护、人类生产生活等领域水资源发挥着巨大作用，水资源的用途广泛且具有一定不可替代性[8]。

水资源可持续利用是在保护生态环境的基础上，运用先进的科学技术和市场的资源配置手段，为了满足当代人用水需求以不威胁后代用水安全为原则合理的利用水资源。水资源可持续发展是以环境保护、经济增长、资源的充分利用为目标，维持生态系统平衡的重要资源[9]。人类社会对水资源的不可分割性、依赖性，在很大程度上推动了水资源的有序发展，也是满足人们对水质的要求、环境保护与自然资源的协调发展的内在驱动力。

2 农业用水资源压力

2.1 压力指数

结合前文分析结果，辽宁省总用水量中农业用水所占比例较高，从以下角度分析水资源压力与农业发展间的关系：农业用水总量逐年减小、农业用水比例逐渐下降、农业用水效率逐年提升则代表农业对水资源的压力在下降[10]。因此，可采用农业用水压力指数Rp衡量农业发展是否有利于水资源的可持续发展，及其与全省用水压力的关系，其表达式为：

Rp=Wa/Ws

(1)

式中：Ws、Wa为农业可持续利用水量，亿m3和农业总用水量，亿m3，利用公式(2)确定Ws值，即：

Ws=40%γWtRa

(2)

式中：Ra为农业用水在计算时段内所占比例的均值；Wt为区域总用水量，亿m3；γ为调整系数，水资源总量受不同年份降雨量影响发生改变，从而对农业灌溉用水量造成一定程度的影响，为了消除农业灌溉用水压力指数受水资源总量变化的影响，必须合理调整农业灌溉用水量，相应的调整系数就等于水资源总量的实际值与多年平均值之比；按照国际惯例，将水资源可持续利用警戒线上限定为某一区域水资源总量的40%。

采用计算公式(1)求解农业水资源压力指数Rp，其数值>1则代表农田灌溉用水存在较大的压力，该条件下应采取有效的节水措施。

2.2 结果分析

研究数据来源于2009-2018年辽宁省水资源公报、统计年鉴等资料，并利用文中所述公式测算农业水资源压力指数，如表2所示。计算期内辽宁省的农业用水量均值70.5亿m3，总用水量均值139.2亿m3，压力指数变化趋势如图3所示。

表2 农业用水压力指数值

从表2可知，2009-2018年辽宁省农业用水压力指数均超过1.00，总体处于较高的压力状态，研究期间的压力指数均值为1.54，其中2016年的压力指数最大为1.74。研究表明，辽宁省农田灌溉用水量对水资源可持续利用和农业可持续发展构成潜在威胁，农业用水压力较大应引起相关部门的重视。

图3 压力指数变化趋势

从图1可知，2009-2012年辽宁省用水压力指数变化幅度较小，并且表现出小幅下降的趋势；2012-2014年压力指数快速增大，随后处于稳定状态；虽然2018年较最高值有所下降，但总体上仍处于较高水平。

文章研究分析了农业灌溉有效面积和农业用水压力指数之间的相关性，如图4。

图4 相关性分析

从图4可知，2009-2018年辽宁省农业灌溉面积的扩大与农业用水压力指数变化基本相符；2014年之后，随着辽宁省有效灌溉面积的增大农业用水压力指数趋于稳定，这从侧面反映出农业节水灌溉技术的应用逐步发挥相应的成效。

3 结 论

1)通过分析2009-2018年辽宁省农业用水量和总用水量风险，二者的变化趋势总体一致，且呈现出波动上升的变化趋势，研究区总用水量的51%消耗于农田灌溉，可见农田灌溉用水在很大程度上增大了辽宁省的总用水量。

2)研究区农业用水压力指数均超过1.00，总体处于较高的压力状态，研究期间的压力指数均值为1.54，其中2016年的压力指数最大为1.74。研究表明，辽宁省农田灌溉用水量对水资源可持续利用和农业可持续发展构成潜在威胁，农业用水压力较大应引起相关部门的重视。

3)2009-2018年辽宁省农业灌溉面积的扩大与农业用水压力指数变化基本相符；2014年之后，随着辽宁省有效灌溉面积的增大农业用水压力指数趋于稳定，这从侧面反映出农业节水灌溉技术的应用逐步发挥相应的成效。