长江流域灌溉效率指标分析

2017-03-21李亚龙范琳琳王建鹏罗文兵

中国农村水利水电 2017年12期

李亚龙，范琳琳，王建鹏，罗文兵

(1长江科学院农业水利研究所，武汉 430010；2长江勘测规划设计研究有限责任公司，武汉 430013)

0 前言

长江流域是我国重要的粮、棉、油生产基地，承担全国新增粮食产能任务56亿kg，占全国新增产能的11.2%，发展灌溉对保障粮食安全和稳定农业生产有至关重要的意义。流域内农业灌溉用水占用水总量的50%以上[1,2]，随着流域经济社会不断发展，用水量不断增加，各行业挤占农业用水现象日益突出，保障粮食安全就是要在农业用水总量不增加甚至会减少的情况下增加灌溉面积、提高灌溉保证率[3-6]。由于长江流域地域广阔，上、中、下游地形地貌差异显著，水土资源分布和匹配不均衡，区域间差异显著，灌溉用水特征和效率空间变异较大[7,8]；同时由于气候变化等原因，流域内季节性干旱和洪涝灾害频发，给农业生产造成了巨大损失。如何从流域角度分析不同区域水土资源匹配特性，并针对性地提出灌溉发展策略，是提高农业水资源利用效率、推动农业供给侧结构改革的重要课题[9-12]，因此本文依据第一次全国水利普查有关灌区普查成果，从流域尺度对灌溉效率相关指标进行了初步分析和探讨。

1 长江流域的灌区及灌溉特征

长江流域是我国重要的粮棉基地，对保障我国粮食安全和农村经济发展有着极其重要的作用。了解长江流域灌区基本情况并分析灌溉指标空间特征，对指导节水灌溉技术在长江流域的推广应用有重要的现实意义。

1.1 灌区灌溉指标的空间特征分析

1.1.1 长江流域灌区空间分布特征

针对在长江流域范围内有灌区数据统计的14个省(市、自治区)，以大型灌区(2 万hm2)、重点中型灌区(0.33～2 万hm2)和一般中型灌区(0.067～0.33 万hm2)为研究对象，选择灌区数量、设计灌溉面积、有效灌溉面积及灌溉水利用系数等为灌溉效率指标，并进行统计分析。

流域内14个省(市、区)共有灌区1 897个。其中，2 万hm2以上规模的灌区104个，0.33～2 万hm2规模的重点中型灌区426个，0.067～0.33 万hm2规模的一般中型灌区1 367个。灌区数量较多的是四川、湖北、湖南、江西，灌区总数均超过300个；其次是重庆、贵州，灌区总数量为100个。

1.1.2 不同规模灌区的设计灌溉面积

流域内14个省(市、区)灌区设计灌溉面积共733.03 万hm2。其中，2 万hm2以上规模的灌区设计灌溉面积391.44 万hm2，占总面积的53.4%；0.33～2 万hm2规模的灌区设计灌溉面积208.70 万hm2，占总面积的28.47%；0.067～0.33 万hm2规模的灌区设计灌溉面积132.89 万hm2，占总面积的18.13%。

长江流域各省(市、区)设计灌溉面积的空间分布规律与灌区数量相似。湖北、四川、湖南、江西4省设计灌溉面积均超过100 万hm2，其中湖北省为284.66 万hm2。其次为安徽、江苏、云南、贵州省，面积均超过26.67 万hm2。

各省(市、自治区)不同规模灌区的设计灌溉面积所占比例差异较大。如四川省、湖北省、重庆市、河南省以2 万hm2以上大型灌区为主，大型灌区设计灌溉面积占总面积的比例均超过50%。贵州省、云南省同样以大型灌区为主，但比例未超过总面积的50%，且0.067～0.33 万hm2一般中型灌区的比例大于0.33～2 万hm2中型灌区。湖南省三种类型灌区设计灌溉面积所占比例基本相同。长江流域中下游的江西省、江苏省0.33～2 万hm2中型灌区所占比例最大，接近50%，大型及小型灌区所占比例相当。

1.1.3 不同规模灌区的有效灌溉面积

根据统计，流域内14个省(市、区)灌区有效灌溉面积共556.86万亩，占全流域灌区设计灌溉面积的76%。其中，2 万hm2以上大型的灌区有效灌溉面积278.89 万hm2，占设计灌溉面积的71.25%，占流域总有效灌溉面积的50.1%；0.33～2 万hm2中型灌区的有效灌溉面积170.93 万hm2，占设计灌溉面积的81.9%，占流域总有效灌溉面积的30.7%；0.067～0.33 万hm2小型灌区的有效灌溉面积107.04 万hm2，占设计灌溉面积的80.55%，占流域总有效灌溉面积的19.2%。

有效灌溉面积及不同规模灌区所占比例的空间分布规律分别如图1所示。从图1可以看出，有效灌溉面积较大的地区仍为湖北省、四川省、湖南省、安徽省及江西省，均超过66.67 万hm2。从空间分布特征来看，有效灌溉面积较大的省份主要集中在长江中下游地区。

图1 有效灌溉面积空间分布及不同规模灌区有效灌溉面积比例图

各省(市、自治区)不同规模灌区的有效灌溉面积所占比例，与设计灌溉面积所占比例的空间分布特征相似。

1.2 灌区灌溉指标的尺度效应分析

1.2.1 大型灌区

除湖北省、四川省、湖南省、安徽省外，其余省份大型灌区的设计灌溉面积及有效灌溉面积均小于33.33 万hm2，空间差异不大(如图2所示)。面积最大的为湖北省，其设计灌溉面积为168.01 万hm2，有效灌溉面积为113.31 万hm2，但有效灌溉面积占设计灌溉面积的比例较小，为67.4%。各省的灌溉水利用系数相差不大，除陕西省、贵州省外，其他大部分省份的灌溉水利用系数都集中在0.4～0.5之间。

1.2.2 重点中型灌区

重点中型灌区灌溉面积及灌溉水利用系数的空间分布与大型灌区有一定的差异(如图3所示)。湖北省是设计灌溉面积及有效灌溉面积最大的省份，两个指标均大于53.33 万hm2；其次是湖南省与江西省，两个指标均大于26.67 万hm2；而四川省中型灌区的灌溉面积有所减少，其有效灌溉面积仅19.23 万hm2。从空间上来看，长江中下游省份的中型灌区灌溉面积较大。除广西自治区、重庆市外，其他省份的灌溉水利用系数均大于0.4，其中江苏省、湖北省、湖南省、陕西省的灌溉水利用系数均大于0.5。

图2 2 万hm2以上大型灌区各指标空间分布图

图3 0.33～2 万hm2中型灌区各指标空间分布图

1.2.3 一般中型灌区

一般中型灌区灌溉面积及灌溉水利用系数的空间分布差异较大(如图4所示)。面积最大的是湖南省，其设计灌溉面积41.46 万hm2，有效灌溉面积32.68 万hm2。四川省、湖南省、江西省、湖北省面积次之。灌溉水利用系数重庆市最小为0.4，湖南省灌溉水利用系数最大为0.559。

2 长江流域灌溉效率指标时空变化规律

2.1 长江流域灌溉水利用系数

(1)灌溉水利用系数空间分布特征。从图5中可以看出，长江流域各省(市、区)的灌溉水利用系数的数值集中在0.3～0.55之间(安徽省由于缺少调查数据，显示为0)。灌溉水利用系数最高的陕西省为0.536，最低的西藏自治区为0.355。各省的灌溉水利用系数差别不大，特别是长江流域内主要的湖北、湖南、四川、重庆、贵州、云南、江西等省(市)，其灌溉水利用系数都在0.45上下波动。

图4 0.067～0.33万hm2小型灌区各指标空间分布图

图5 灌溉水利用系数空间分布图

(2)灌溉水利用系数省际差异分析。2010年流域17个行政区的灌溉水利用系数见图6。西藏自治区灌溉水利用系数是全国最低的，仅为0.384。上海市灌溉水利用系数均值为全国最高，达到0.708，且其大型和小型灌区的灌溉用水有效利用系数在全国也是最高。主要原因为：①上海的灌区全部为提水灌区；②崇明灌区虽然为大型灌区，但实际上是由若干个小型灌溉区域打捆组成，灌区骨干渠道均为灌排两用，从骨干渠道提水灌溉，实际上只有斗、农两级渠道，且两级渠道防渗率较高；③上海小型灌区按灌溉泵站的数量划分，一个灌区控制面积大多数为13.33～33.33 hm2(一般不超过66.67 hm2)，大部分灌区只有农渠、毛渠两级，且渠道防渗率较高；④全市节水灌溉工程面积占有效灌溉面积的比例较高。

图6 长江流域分行政区和灌区灌溉水有效利用系数

(3)灌溉水利用系数的时间变异规律。2005年灌溉水利用系数处于0.3～0.35之间的仅有西藏，0.35～0.45之间的省市有广西、云南、四川、贵州、江西、重庆、湖南、湖北、青海、安徽，甘肃、陕西、浙江、江苏、河南灌溉水利用系数处于0.45～0.55之间，仅上海超过0.55，为0.599 5。截至2010年，西藏自治区灌溉水利用系数提高为0.384，全流域灌溉水利用系数均高于0.35，其中西藏、云南、广西、四川、贵州、江西省处于0.35～0.45之间，重庆、湖南、青海、湖北、安徽、甘肃、陕西省处于0.45～0.55之间，浙江、江苏、河南、上海灌溉水有效利用系数均高于0.55。可见，经过5年的发展，长江流域省市灌溉水有效利用系数分布逐渐由多数低于0.45向高于0.45转变，2005年灌溉水有效利用系数高于0.45省市仅占35%，而2010年占65%。见图7。

图7 长江流域灌溉水有效利用系数分布情况

2.2 长江流域节水灌溉率空间特征

经过10年的发展，除贵州外，各地区的节水灌溉率就有显著的增长。从图8可见，长江流域内17个行政区节水灌溉发展水平参差不齐，上游和下游各有节水灌溉率的高峰，而中游节水灌溉率相对较低。上游甘肃、陕西节水灌溉发展较快，2010年节水灌溉率达到65%，上游地区缺水，如何利用更少的水生产更多的粮食，发展节水灌溉是保证粮食安全的首要措施。下游浙江、上海节水灌溉率也较高，这些地区经济发展较快，发展节水农业的条件比较完善，节水灌溉率为全流域最高值，超过70%。中游地区节水灌溉发展较慢，其中湖南省节水灌溉率只有11.5%，为全流域的最低值。

图8 长江流域17个行政区2000年及2010年节水灌溉率

2.3 长江流域灌溉水分生产率变异规律

灌溉的最终目的是生产粮食，因此单方灌溉水生产出的粮食越多，那么灌溉水的利用效率也就越高。我国2010年单方灌溉水粮食产量约为1.1 kg/m3，远小于发达国家2.5～3 kg/m3的水平。从图9可见，长江流域单方灌溉水粮食产量总体呈现逐年上升的趋势，年增长约1.342%。其中，中游增长较快，且单方灌溉水粮食产量显著高于上游、下游及长江流域平均水平。上游增长幅度缓慢，然而下游却有逐年缓慢下降的趋势。上海市单方灌溉水粮食产量由2002年的1.012 kg/m3下降到2010年的0.743 kg/m3；浙江省基本不变，维持在0.9 kg/m3左右；江苏省2007年达到最高点1.312 kg/m3，2010年又下降到1.197 kg/m3；安徽省则由2002年的2.205下降到2010年的1.945 kg/m3。

图9 1999-2011年长江流域水分生产率变化规律

3 长江流域农业供给侧机构性改革对策

3.1 长江流域灌溉水产值

长江流域承担着生产我国粮食总产量的40%，是农业发展的重要地区。然而，长江全流域人均耕地面积仅0.056 hm2，接近联合国粮农组织确定的0.053 hm2警戒线，但长江流域粮食产量保持稳定增长。

长江流域粮食单产总体呈上升趋势，但上升的幅度逐渐减小，增长潜力有限。其中，粮食单产呈现下游>中游>上游的趋势。长江流域平均粮食单产与中游几乎一致，且高于全国水平。然而，从2000-2010年，长江流域粮食单产增加537 kg/hm2，平均增长1.056%；全国粮食单产增加712 kg/hm2，平均增长1.559%；与全国增幅相比，长江流域粮食单产增幅仍显缓慢。总体上，长江流域中游耕地面积大，是耕地整理挖潜和提高粮食单产的重点；上游耕地面积较小，但粮食单产仍有较大上升空间。

从图10可以看出，2000-2003年，下游单方水产值最高。然而，从2003年开始，中游单方水产值增长加快，成为流域最高值；上游次之，且与长江流域平均水平相似；下游最低，2010年单方水产值为9.244 元/m3，年均增长幅度为6.38%，上游增长幅度为10.24%，中游12.17%，长江流域平均增长幅度也为9.89%。经过10年农业节水科技进步和农业生产规模的扩大，长江流域单方水产值由4.669元提高到11.992元。

图10 长江流域2000-2010年粮食单产及单方水产值变化图

3.2 长江流域农业节水对策

从图11可以看出，除江西、安徽粮食种植比例有所上升之外，其他地区粮食种植比例均有一定的下降，作物种植结构做出了相应的调整。然而，农业种植结构调整的幅度并不大，10年间粮食作物种植面积下降幅度均不足5%，可见，在我国粮食安全问题突出的情势和现状单位面积粮食生产能力下，粮食种植比例还需要得到一定的保证，作物种植结构难以做出很大的调整。

图11 长江流域及行政区2000年及2010年粮食种植比例

湖北省作为长江流域的粮食主产省份之一，从1992-2000年，粮食播种面积逐年下降，减少14%左右，水稻种植面积减少9%；而从2000-2010年，粮食种植面积经过波动减少不到4%，水稻种植面积减少不到1%；可见，在粮食生产的要求下，进行作物种植结构调整的潜力已经非常有限(见表1)。因此，应针对区域现有农业种植结构相对稳定的现状，制定流域农业节水发展规划；鉴于水稻仍然是流域内最大的耗水大户，今后应重点开展水稻高效节水灌溉技术的研发和推广，同时对油料、棉花、果树等经济附加值较高的农林作物实施精准灌溉和水肥一体化。

表1 湖北省1992-2010年作物种植结构 %

注：数据来源于湖北省历年统计年鉴。

4 结语

近年来，长江流域灌区节水改造提高了输配水和灌溉管理效率，灌溉水利用系数有了明显的提高。然而，与全国相比，长江流域灌溉水利用系数还较低，只有少数省(市、自治区)达到全国平均水平。

目前，因流域内水资源较为丰富，节水灌溉发展并不完善，且节水意识不强，诸如渠道衬砌、节水灌溉制度、低压管道输水、喷滴灌系统、灌溉输配水优化策略等工程节水技术仍未在长江流域的广大地区得到大范围推广应用，大部分农民仍在沿用传统的地面灌溉和水田淹灌方式，这表明长江流域仍存在着巨大的节水潜力与节水技术推广远景。

在保障粮食安全的前提下，长江流域农业种植结构调整的潜力非常有限，因此大田作物的规模化高效节水和经济作物的精准灌溉及水肥一体化应当时今后流域农业节水的主要发展方向。

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[1] 台世舜. 长江流域水资源利用现状与前景[J]. 人民长江，1998，29(2)：35-37.

[2] 王政祥，郭海晋，丁志立. 长江和西南诸河近10年水资源及利用状况分析[J]. 人民长江， 2008，39(17)：85-87.

[3] 钱萍，曹正浩. 促进长江流域灌溉发展，保障流域粮食安全[J]. 人民长江，2013，44(10)：84-87.

[4] 徐成剑，谈昌莉，刘晖.长江流域水利建设对粮食安全的影响分析[J]. 水利经济， 2002，20(5)：51-56.

[5] 廖永松. 我国流域尺度上的灌溉水平衡与粮食安全保障[D]. 北京：中国农业科学院，2003.

[6] 鲍超，方创琳. 长江流域耕地-粮食-人口复合系统的动态分析及调控途径[J]. 中国人口·资源与环境， 2007，17(2)：115-120.

[7] 佟金萍，马剑锋，王圣，等. 长江流域农业用水效率研究：基于超效率DEA和Tobit模型[J]. 长江流域资源与环境，2015，24(4)：603-608.

[8] 池营营. 中国长江、黄河流域灌溉用水效率研究[D]. 西安：陕西师范大学，2012.

[9] 桑连海，姜兆雄，杨永德. 对长江流域农业节水的认识和思考[J]. 节水灌溉，2006，(5)：60-63.

[10] 陈云明，吴普特. 长江流域发展集流灌溉农业前景分析[J]. 水土保持通报，1997，18(1)：84-88.