朝阳市农业用水变化影响因素分析

王海龙

（朝阳市喀左县白塔子水利服务站，辽宁 喀左 122300）

水资源是支撑农业生产和经济发展的自然资源，国家粮食安全与水源的可持续高效利用密切相关。调查显示，我国约70%的用水都消耗于农业灌溉上，生态环境、生活和工业用水的不断增加，在一定程度上降低了农业可利用水资源[1]。农业作为用水大户，农业用水量变化会引起区域用水结构和用水总量的改变[2]。现有研究主要集中于农业用水效率、用水变化影响因素以及用水结构方面，不同地域的影响因素和用水变化特征也明显不同[3-4]。

农业生产作为朝阳市重要用水部门，农业用水量变化与区域水资源的可持续利用及粮食生产直接相关。因此，本文全面分析了朝阳市2008-2021年农业用水变化特征及其关键影响因素，为实现农业可持续发展和水资源合理配置提出科学对策，旨在为朝阳市农业节水工作的顺利开展和贯彻落实提供一定支持。

1 研究区概况

朝阳市位于辽宁省西部，地处E118°50′至121°20′、N40°35′至42°20′之间，总面积19736km2。近年来，朝阳市现代农业快速发展，生态水产、畜牧养殖、有机瓜菜和优质粮食等特色产业逐步提升。大凌河、青龙河、小凌河和老哈河是朝阳市的主要河流，多年平均地表径流量13.22亿m3，境内沟渠成网，农业灌溉以渠首引水为主，灌溉水有效利用系数0.508。受限于特殊的地理环境，当地气候条件蒸发强烈，少雨干旱，2019年全市总用水量为45617.0万m3，其中农田灌溉19475.0万m3，林牧渔畜7211.8万m3，工业用水5893.5万m3，城镇公共用水3245.7万m3，居民生活用水8909.1万m3，生态环境用水881.9万m3。总体而言，朝阳市存在水资源利用效率低、用水失衡和水资源总量不足等问题，受大、小凌河分水和来水量持续偏枯约束仍具有较大的水资源缺口。

2 研究方法

2.1 数据来源

根据朝阳市实际情况和相关文献资料，选择工业产值比重Z1、农业产值比重Z2、主要粮食单产Z3、农业机械总动力Z4、水产品产量Z5、畜产品产量Z6、粮食产量Z7、有效灌溉面积Z8、播种面积Z9、总人口数Z10、年均气温Z11、年降水量Z12等因素分析农业用水变化特征，相关数据来源于历年《朝阳市统计年鉴》、《朝阳市水资源公报》、《朝阳市国民经济和社会发展统计公报》等资料，初始 数据如表1所示。

表1 2011～2020年朝阳市相关数据统计表

2.2 灰色关联法

灰色关联法主要是利用关联度反映不同因素之间的大小、强弱和次序关系，即充分考虑各因素间的相似或相异发展态势描述其关联程度，关联程度越高则相似度越高，其计算流程如下：

步骤1：构造数据序列。设子序列xi(t)、x0(t)母序列代表数据中的自变量和因变量，从而构造初始数据矩阵Z，即：

步骤2：归一化处理。为消除子序列与母序列之间的不可通透性，增强不同单位的数据序列可比性，利用下式对初始数据进行归一化处理，

步骤3：绝对差值的计算。采用下式计算母序列与子序列之间的绝对差值，并构建覆盖各因素的差序列：

其中，i=1，2，……，n；t=1，2，……，m。步骤4：关联系数计算。设公式（3）计算的最大值和最小值为△max、△min，则关联系数计算方法如下：

式中：k为分辨系数，取值区间0～1，为保证关联度分析合理性k取0.5。

步骤5：关联度计算。设ζ0i为子序列与母序列的关联度，ζ0i值越大则关联程度越高，相应的拟合效果越好，其表达式为：

3 农业用水变化及其影响因素

3.1 农业用水变化特征

2011～2020年朝阳市农业用水量变化趋势如图1所示。

图1 2008～2021年朝阳市农业用水量

从图1可以看出朝阳市农业用水量总体处于10.02亿～11.65亿m3的范围，其多年平均值为10.86亿m3，整体表现出波动减小趋势。具体来讲，2011-2015年农业用水量波动减小，从最高的11.28亿m3波动下降到2015年的10.25亿m3；2016年有提高到11.65亿m3，2016-2018年变化不大，此期间农业用水量平均值11.37亿m3；2019年再次下降到10.02亿m3，2020年小幅回升，2019-2020年农业用水量平均值10.24亿m3，略小于多年平均值。累积距平曲线表明，2011-2020年共出现2次先增大后减小的变化趋势，2011-2012年呈增大趋势，2012-2015年呈现出减小趋势，总体呈小幅波动减小趋势；2015-2018年的上升趋势非常明显，随后又出现明显的回落，相对而言2016-2018的农业用水量较高。

3.2 灰色关联度及排序

采用灰色关联法计算朝阳市农业用水变化个影响因素的关联度与排序，如表2所示。

表2 各影响因素灰色关联度及排序

由表2可知，关联度＞0.8的因素共有5项，其中农业用水量变化与粮食产量关联度最高达到0.808，显著高于水产品及畜产品掺量的关联度，表明农业用水量变化在很大程度上取决于农业生产结构；在关联度排序上，主要粮食单产和农业机械总动力2项反映农业生产水平的指标分别排在第4位、第2位，表明朝阳市农业用水变化受农业生产水平影响显著；农业用水量变化与有效灌溉面积的关联度达到0.791，排在第3位，农业用水大户即灌溉用水产生重要影响；农业产值比重的关联度排序为第5位，说明产业结构调整使得各类用水产生相互制约，农业用水变化在一定程度上受工业发展用水量增加的影响，其它指标关联度相对较低，特别是年降水量关联度最小只有0.562，该研究结论与相关研究不同，深入分析可知2011～2020年朝阳市年降水变率较大，较大的变幅必然使其对农业用水变化的贡献较低，这也表明朝阳市农业用水变化受降水量的影响程度正不断减小。

3.3 影响因素分析

3.3.1 有效灌溉面积如图2所示。

图2 朝阳市农业用水与粮食作物变化特征

从图2可知，2011-2020年，朝阳市粮食作物播种面积整体呈上下波动态势，其中2011～2017年表现出波动减小趋势，2018-2020年表现出波动上升趋势，该变化特征与朝阳市农业用水变化基本一致。2011-2020年，朝阳市经济作物种植面积、有效灌溉面积和农作物总播种面积整体呈增加趋势，其中2012-2015年的有效灌溉面积波动变化不明显，2016年明显上升到8.55万hm2，农业用水量也随之明显增加，2016-2020年呈逐年增加趋势，该变化趋势与农业用水量基本相同。

3.3.2 农业生产水平

农业生产水平的提高既有利于抑制农业用水量增加、减小单位农业产值耗水量以及提高农业用水效率，如喷灌、滴灌等节水技术，还具有扩大农业用水范围和促进农业用水量增大的作用，如扩大农田水利灌溉面积等。从图1可以看出，朝阳市农业机械总动力表现出逐渐上升趋势，不同年份的增幅具有明显差异，2016年以前增幅较为明显，年均增长幅度达到10万kW以上，2016年以后增幅逐渐放缓，并且研究期前半段朝阳市主要粮食产量存在较大波动，而后期相对平稳，该变化趋势与农业用水量变幅存在密切联系。

图3 朝阳市农业用水与农业机械总动力变化特征

3.3.4 气象条件

农业用水量受降水变化和气温的影响较大。从气温变化上，气温升高会增大作物蒸腾量及土壤蒸发量，相应的农业需水量也会增大；从降水变化上，灌溉用水需求量随着降水量的减少而增加。

从图4可以看出，朝阳市2013年、2019年、2020年温度明显偏高，并且降水量相对减低，这在一定程度上增大了农业用水量，与降水和气温影响作用基本保持一致。

图4 朝阳市农业用水与气候条件变化特征

4 结 论

1）2011-2020年，朝阳市农业用水变化受种植结构、灌溉面积、农业生产水平和气象条件等因素影响较大，整体表现出波动减小趋势。研究期间，朝阳市有效灌溉面积和农作物总播种面积呈上升趋势，农产品产量也有所增加，但农业用水量呈现出稳中缓降的趋势，由此表明农业用水效率不断提高。

2）随着朝阳市西部低山丘陵区新开耕地面积的增加以及城镇化、工业化的快速推进，加之未来凌河流域来水的逐年减少和未来气温的上升趋势，朝阳市将面临着更加突出的农业用水短缺矛盾，为保障农业生产和粮食安全，必须适度增加饲草、瓜菜等经济比例，进一步优化作物种植结构。此外，为促进朝阳市农业现代化发展，还要进一步提升农业劳动生产效率、增强农民节水意识以及夯实基层水利服务基础。

3）本文没有深入探讨农业用水量与农业生产效率之间的关系及其受农业水价的影响，今后仍需进一步研究农业用水与更多的农业投入指标之间的综合关系。