秘鲁水资源规划中农业灌溉发展目标确定方法

许 凯，何子杰(长江勘测规划设计研究院，武汉 430010)

农业是民生之本，粮食安全是社会安定的基本保障，农业在社会经济发展中的地位举足轻重。灌溉是保障和提高作物产量的重要手段，尤其在干旱少雨的年份。在以农业生产为主的地区，灌溉用水是总用水量的最重要组成部分，有些地区甚至高达90%及以上。因此，农业灌溉发展规划和灌区工程规划是水资源综合规划中的重中之重。水资源合理配置和水利基础设施的合理布局是灌溉保证率的保障。

在我国的水资源综合规划中，农业灌溉发展目标是在国家和区域发展规划的要求和框架下，结合当地的农业发展现状和未来需求确定的。而许多国家，受制于社会体制和技术水平，往往缺少明确具体的整体或区域性的社会经济发展规划。因此，国外的水资源综合规划中，确定一个合理的农业灌溉发展目标是整个规划的重点和难点。

在秘鲁水资源综合规划中，根据过去十年人口和作物产量的变化趋势，预估规划水平年需要达到的产量发展目标。然后，根据雨养种植和灌溉种植面积历史数据，剔除农业科技发展对产量的促进因素，确定雨养种植和灌溉种植发展对产量的促进作用。在此基础上，根据产量发展目标，推求出规划水平年雨养种植面和灌溉种植面积的发展目标。

1 研究区域简介

秘鲁(PERU)位于南美洲西部，是南美洲第三大国家，国土面积128.52 万km2, 仅次于巴西和阿根廷，2012年人口3 014 万人, GDP 1 926 亿美元[1]，地理位置如图1所示。根据河流水系，秘鲁可以分为太平洋水系、Titicaca湖水系和亚马逊水系三部分。太平洋水系为一些独流如海的河流组成，一般流域面积较小，河流比降大，河川径流量较小，主要来源于上游山区的降水和冰川融水，下游几乎不产流。Titicaca湖水系为汇入Titicaca湖的河流组成。Titicaca湖位于研究区南部安第斯高原，共属秘鲁和玻利维亚，湖面海拔3 800 m，是世界上海拔最高的可以通航的湖泊。亚马逊水系主要为亚马逊流域上游的Mantaro、Urubamba和Madre de Dios 3条支流，最终汇入亚马逊河，注入大西洋。根据地形地貌，秘鲁可以分为西部太平洋沿岸地区，中部安第斯山区和东部亚马逊丛林区三部分。太平洋沿岸地区受副热带高气压控制，终年盛行下沉气流，降水稀少，多年平均降水量少于100 mm，沙漠和戈壁广布。安第斯山区，地形崎岖，海拔较高，降水量较为丰富，多年平均降水量500～1 000 mm，沿海拔由低到高依次分布森林、草地、高山草甸、常年积雪和冰川。亚马逊丛林区，降水量十分丰富，多年平均降水量超过2 000 mm[2]，分布广袤的原始森林。

图1 秘鲁地理位置

受地形、地貌、植被、气候等自然地理条件的限制，安第斯山区和亚马逊丛林区居住条件恶劣。太平洋沿岸地区温度适宜、阳光充分，秘鲁主要的人口聚居区和灌区都集中于此，导致水资源空间分布与社会经济空间布局严重不匹配。太平洋地区水资源短缺现象十分严重，大型城市和灌区多靠跨流域调水供给。秘鲁汛期为12月至次年3月，短短4个月的降水量占全年总降水量的60%～70%，水资源时间分布不均。秘鲁作物播种时间多为9-10月，生长期为3～5个月，农业需水过程与来水过程不匹配。

为解决秘鲁水资源时空分布不均所导致的资源型缺水问题，水利基础设施薄弱所导致的工程性缺水问题，以及由于水资源管理手段落后所导致的水资源浪费和水污染问题。秘鲁水资源综合规划进行了水资源现状调查和问题分析、水资源优化配置模型建立、水资源开发利用工程规划等多方面的工作。规划的现状年为2012，规划水平年为2035年。其中农业灌溉需水占总需水量的85%以上。灌溉发展规划和灌溉工程规划是整个水资源综合规划的重点。

2 秘鲁农业灌溉现状和发展分析

(1) 农业种植面积和灌溉面积。秘鲁在1994和2012年进行过全国农业普查，是分析秘鲁农业灌溉发展的重要资料。农业种植面积可分为灌溉和雨养种植面积两部分，两次农业普查的结果如表1所示。1994年秘鲁全国种植面积547.70 万hm2，人均种植面积0.23 hm2，其中灌溉种植面积172.91 万hm2，人均灌溉面积0.07 hm2，雨养种植面积374.79 万hm2，人均雨养面积0.15 hm2。2012年秘鲁全国种植面积712.50 万hm2，人均种植面积0.24 hm2，其中灌溉种植面积257.99 万hm2，人均灌溉面积0.09 hm2，雨养种植面积454.51 万hm2，人均雨养种植面积0.15 hm2。2012年较1994年种植面积增加164.80 万hm2，灌溉面积增加85.08 万hm2，雨养面积增加79.72 万hm2，就人均而言，人均灌溉面积增加0.02 hm2，人均雨养面积几乎没有增加。

表1 1994和2012年秘鲁农业种植、雨养、灌溉面积

注：来源于1994和2012年秘鲁全部农业普查, 秘鲁农业部&信息统计部[3]。

(2)作物结构和产量。秘鲁地形地貌多种多样，自然地理形态各异，128.52 km2国土面积上囊括太平洋沿岸干旱荒漠、安第斯高原山区、亚马逊热带雨林3种自然地理分区。这造就了多样的物候条件，作物多种多样，物产丰富。秘鲁是马铃薯的发源地，目前有马铃薯种类超过100种，是世界上马铃薯种类最多的地区。马铃薯、玉米、豆类是秘鲁主要的粮食作物。咖啡豆和可可的种植面积广，出产优质咖啡。沿海地区常年少雨，日照时间长，非常利于棉花的生长，秘鲁棉花品质闻名于世。秘鲁是鳄梨、芦笋、藜麦等经济作物的最主要出口国。

秘鲁农业部将作物分为谷物、蔬菜、水果和坚果、油料作物、根和块茎作物、香料作物、干的豆类蔬菜、糖料作物、草料和鲜花(包括草料、鲜花、绿植、生烟叶、天然橡胶等)、非木材林产品共十类。根据2006-2013年秘鲁农业统计年鉴，各类作物的产量如表2所示。2006-2013年期间，秘鲁作物产量2 828.39 万t增长到3 809.95 万t，人均产量1.00 t/人增长到1.25 t/人。人均产量的增长趋势分析如图2所示，结果显示，秘鲁人均作物产量呈线性增加趋势，确定系数R2达0.95。

y=0.032 2x- 63.525

(1)

式中：y为人均产量，t/人；x为年份。

表2 2006-2013年秘鲁作物产量和人口

注：来源于2006-2013年秘鲁农业统计年鉴，秘鲁农业部[4]。

图2 2006-2013年秘鲁作物人均产量变化趋势

3 秘鲁农业灌溉发展目标确定

农业灌溉发展目标的重点在于确定到规划水平年应该增加的灌溉和雨养的面积，以保证人口增长和社会经济发展需要。灌溉和雨养面积的增加最终都会体现为粮食产量的增加。而粮食产量的增加原因不仅仅是灌溉和雨养面积的增加，科技提高(种子质量及育种技术、种植技术、灌溉技术等的提高，以及土壤改良等)也是引起产量增加的重要因素。因此，在分析灌溉和雨养面积增加对产量的促进作用的时候，需要将这些因素剔除。记人均灌溉面积和人均雨养面积分别为Ai和Ar(hm2/人)，灌溉作物和雨养作物的单位面积产量分别为yi和yr(t/hm2)，人均产量为Y(t/人)，那么1994人均产量Y1994可表示为：

yiAi_1994+yrAr_1994=Y1994

(2)

记1994-2012年，因为科技提高导致的人均产量增加为ΔY1994-2012，那么：

yiAi_2012+yrAr_2012+ΔY1994-2012=Y2012

(3)

根据Spatial Production Allocation Model (SPAM, http:∥mapspam.info/)的数据，秘鲁境内灌溉作物的单位面积产量是雨养的2.22倍，即：

yi=2.22yr

(4)

Ai和Ar可从表1中获得，Y1994和Y2012可从表2中获得，综合公式(2)～(4)可得yi=4.84，yr=2.18，ΔY1004-2012=0.46。若记1994-2035年因为科技提高导致的人均产量增加为ΔY1994-2025，那么：

yiAi_2035+yrAr_2035+ΔY1994-2035=Y2035

(5)

式(5)减式(3)可得：

yiΔAi2012-2035+yrΔAr2012-2035+ΔY2012-2035=Y2035-Y2012

(6)

ΔAi2012-2035和ΔAr2012-2035为规划水平年(2035年)较现状年(2012年)的人均灌溉面积和雨养面积增加量。通过式(1)计算得到Y2035=2.00(t/人)。假设科技提高对产量的促进作用是线性的，那么ΔY2012-2035=(2035-2012)/(2012-1994)ΔP2012-1994=0.59(t/人)。代入式(6)可得：

4.83ΔAi2012-2035+2.18ΔAr2012-2035=0.20

(7)

上式即为农业灌溉的发展目标，也就是到规划水平年(2035年)为了满足人口增长和社会经济发展，人均灌溉面积和人均雨养面积应该满足的关系式。1994-2012年间人均雨养面积的增加量微乎其微，同样若2012-2035年期间ΔAr2012-2035=0，那么ΔAi2012-2035=0.04。根据秘鲁经济统计部的预测，2035年人口约为3 700 万人[5]，计算得到2012-2035年期间秘鲁全国需要新增灌溉面积150 万hm2。具体到每个流域和地区，则需要根据具体的水土资源禀赋，气候地形条件，已有研究情况，以及人力资源分布等确定自己的规划发展目标和工程布局。太平洋水系水资源比较匮乏的流域，应以改善灌溉为主。亚马逊流域降水丰沛，应以发展雨养种植为主。安第斯山区，水资源相对较为丰富，应新增灌溉面积和新增雨养种植面积相结合。最后，所有流域的规划的新增灌溉面积和新增雨养种植面积应该满足式(7)。

4 结 语

基于历史农业灌溉统计数据和趋势分析，本文提出了一个确定水资源综合规划中农业灌溉发展目标的 分析方法，并将其应用于秘鲁水资源规划中，主要取得以下结论。

(1)1994-2012年期间秘鲁全国人均灌溉面积增加0.02 hm2，人均雨养面积几乎没有增加。

(2)2006-2013年期间秘鲁作物产量呈线性增加趋势，由1.00 t/人增长为1.25 t/人，这其中科技提高的贡献为0.46 t/人。

(3)为了满足人口增长和社会经济发展的需求，从现状水平年(2012年)到规划水平年(2035年)，秘鲁全国范围内需要新增灌溉面积约150 万hm2。

本文所提出的农业灌溉目标的确定方法，适用于从宏观尺度分析，确定一个区域的总体发展目标。具体到每个流域或者地区，则需要根据具体的水土资源禀赋，气候地形条件，已有研究情况，以及人力资源分布等确定具体的规划发展目标和工程布局。

[1] INEI. Compendio Estadístico PER2006-2015[R]. Lima: Instituto Nacional de Estadística e Informtica, 2015.

[2] ANA. Plan Nacional de Recursos Hídricos[R]. Lima: Autoridad Nacional del Agua, 2014.

[3] MINAGRI, INEI. IV CensoNacional Agropecuario Resultados Definitivos[R]. Lima: Ministerio de Agricultura y Riego y Instituto Nacional de Estadística e Informtica, 2012.

[4] MINAGRI. Anuario Produccion De Principales Productos Agricolas[R]. Lima: Ministerio de Agricultura y Riego, 2014.