河西走廊典型灌区农业水资源利用研究

王建莹 赵文发 刘春成

摘要 河西走廊地区气候干旱、降水稀少，水资源不合理利用导致区域地下水位不断下降，严重威胁灌区的生态安全。根据实测水文气象资料及灌区实际调查资料，利用水量平衡法分析灌区农业水资源供需存在的问题，研究成因关系，提出解决思路。结果发现，金昌市灌区农业水资源存在较大缺口，其主要原因是渠系水利用系数较低等，深层次原因则是缺乏有效的调蓄工程。因此，加强水资源优化调度和水资源统一管理，建设雨洪调蓄工程，是金昌灌区也是河西走廊地区持续发展的重要途径之一。

关键词 河西走廊；典型灌区；农业水资源

中图分类号 S27 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）18-0163-04

Analysis of Agricultural Water Resources Supply and Demand in the Typical Irrigation District of Hexi Corridor—Taking the Jinchang Irrigation District as an Example

WANG Jianying1，ZHAO Wenfa1，LIU Chuncheng2

（1. China Electric Construction Group，Northwest Survey and Design Research Institute Limited，Xi'an，Shaanxi 710065；2.Farmland Irrigation Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Xinxiang，Henan 453002）

Abstract In the Hexi corridor region，the climate is arid，the precipitation is scarce，and the unreasonable utilization of water resources leads to the decline of groundwater level，which threatens the ecological safety of irrigation area. According to the measured hydrology and meteorology data and the actual survey data of irrigation area，the paper analyzes the problems of supply and demand of agricultural water resources in irrigation area by means of water balance method，studies the genetic relationship and puts forward solutions. The results show that there is a big gap in agricultural water resources in Jinchang irrigation area，the main reason is the low water utilization coefficient of canal system，and the deep reason is lack of effective regulation and storage project. Therefore，it is one of the important ways of sustainable development of Jinchang irrigated area to strengthen water resources optimal dispatch and unified management of water resources and to construct rain and flood storage project.

Key words Hexi corridor；The typical irrigation areas；Agricultural water resources

水循环规律是治水和解决水源问题应当遵循的基本规律[1]。由于水资源开发利用不合理，从20世纪50年代开始，河西走廊地区河流下游的生态不断退化[2]。以石羊河流域为例，下游地下水开采量从20世纪50年代的1.5亿m3增加到2000年的14.5亿m3，地下水埋深也从1.00 m增加到14.26 m，地表植被破坏，生态系统遭受重创，造成大面积土地荒漠化、沙漠化[3]。有数据表明，到2012年，民勤的荒漠化面积已占土地面积的94%[4]。

河西走廊是“一带一路”战略发展的重要节点和黄金通道，金昌市位于河西走廊中东部石羊河流域，是甘肃省河西内陆河流域中人口最多、水资源开发利用程度最高、用水矛盾最突出、生态环境问题最严重、水资源对经济社会发展制约性最强的地区[5]。河西走廊绿洲农业是区域经济发展的基础，是人类长期改造利用自然环境的产物[6]。金昌市农业灌溉用水量占总用水量的80%以上，但农田灌溉水利用系数仅为0.54。在区域水资源问题日益加剧的背景下，研究解决金昌市灌区农业水资源问题，对于缓解区域用水矛盾和保障绿洲生态安全具有一定的借鉴意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

金昌市全市水资源总量约为5.4亿m3，其中地表水资源量约5.0亿m3，地下水资源量约0.4亿m3（不计重复利用量）。境内河流主要有东大河、西大河和金川河三大河流，均屬石羊河水系，为常年性内陆河。东大河、西大河均发源于祁连山主峰冷龙岭北坡，其中东大河多年平均径流量约3.2亿m3，平均流量10.16 m3/s；西大河多年平均径流量约1.5亿m3，平均流量4.90 m3/s。金川河是由出山地表水下渗并在山前洪积平原溢出形成的泉水汇集而成，同时接纳汛期东、西大河部分下泄洪水，多年平均径流量0.597亿～0.887亿m3。除此之外，还有诸多间歇性沟河，多年平均径流量约0.26亿m3。

近年来，金昌市水资源供需矛盾逐渐凸显；同时，由于全球气候变暖导致的极端气候事件发生机率增加，旱涝灾害愈加频繁。1991年金昌市特大干旱年，超过150 d未下雨，全年降水量仅为110.5 mm，虽然皇城、西大河、金川峡三大水库充分发挥了调节作用，但由于地表水径流量大幅度减小，依然造成粮食减产1 910万kg，农业直接损失6 494万元以上； 1997年特大干旱年，作物生长关键期的4—6个月几乎无有效降雨，全市受旱面积达3.65万hm2，粮食减产4 026万kg ，工业经济损失6 869万元，城镇7.6万人饮水受到影响。

1.2 研究方法

利用多年实测水文及气象资料，在灌区用水实际调查资料的基础上，运用区域水资源平衡分析方法等，分析和评价区域抗旱形势，提出区域农业水资源供需中存在的主要问题，研究解决金昌市灌区农业水资源短缺问题。

2 结果与分析

2.1 灌区需水量预测分析

金昌市按水系划分为5个灌区，分别为东河灌区、西河灌区、四坝灌区、金川灌区、清河灌区。其中东河、西河、金川灌区为渠灌区，灌溉水源来自水库蓄水；四坝灌区为井河混灌区；东部的清河灌区为井灌区。

金昌市农业灌溉面积根据每年灌溉供水量情况而变化，具有不稳定性，呈现“以水定灌”的特点。根据统计资料，2008—2015年，金昌市平均有效灌溉面积为7.92万hm2。因此，金昌市农业有效灌溉面积暂按7.92万hm2考虑，同时应提高高效节水灌溉比例。金昌市农业灌溉面积分布见表1。

根据《甘肃省行业用水定额（修订本）》（2011年5月），结合《甘肃省河西走廊國家级高效节水灌溉示范区项目实施方案》等，预测2020、2025年金昌市农业灌溉需水量分别为58 907万、54 232万m3。农业灌溉设计保证率为50%，高效农业（喷灌、微灌）灌溉设计保证率为75%。金昌市不同水平年农业灌溉需水量预测成果见表2。

2.2 灌区可供水量分析

2.2.1 地表水可供水量。

金昌市地表径流主要为属于石羊河水系的西大河、东大河等，多年平均地表水资源量50 030万m3。地表水可供水量水源主要为皇城水库、西大河水库、金川峡水库。经计算，平水年（P=50%）、一般枯水年（P=75%）、枯水年（P=95%）来水年份，地表水可供水量分别为38 122万、34 250万、30 467万m3。

金昌市不同来水年份地表水可供水量成果见表3。

2.2.2 其他水源可供水量。

2.2.2.1 地下水。

地下水可供水量由当地地下水可开采量确定。考虑重复利用水量后，金昌市地下水可开采利用量为23 700万m3。考虑5%的开采损失水量后，金昌市地下水可供水量为22 515万m3。

2.2.2.2 外流域调水。

“引硫济金”工程设计年引水量4 000万m3，输水系数0.9，实际可供水量为3 600万m3。

2.2.2.3

中水回用。

金昌市污水处理厂于2007年5月建成投入使用，设计日处理城市生活污水8万m3，年处理污水能力2 920万m3，现状实际日处理4万m3左右，现状中水回用量约为645万m3。

2020年、2025年，金昌市城镇排污量合计分别为1 595.0万、1 816.5万m3，污水处理能力大于排污量，可以做到“全收集、全处理”。按污水损失率15%估算，2020年、2025年，金昌市中水可供水量分别为1 356万、1 544万m3。中水主要用于生态用水等。

2.2.2.4 总可供水量。

总可供水量为地表水可供水量、地下水可供水量、“引硫济金”可供水量、中水可供水量之和。

2020年水平年，50%保证率情况下，金昌市可供水量65 593万m3；75%保证率情况下，金昌市可供水量61 721万m3；95%保证率情况下，金昌市可供水量57 938万m3。

2025年水平年，50%保证率情况下，金昌市可供水量65 781万m3；75%保证率情况下，金昌市可供水量61 909万m3；95%保证率情况下，金昌市可供水量58 126万m3。

2.3 水量平衡分析

根据金昌市的可供水量与预测的需水量，进行水资源一次供需平衡分析，结果见表5。

从金昌市水资源供需平衡分析结果看出，无论是2015年（现状年）、2020年、2025年均存在较大缺口，具体分析如下。

2.3.1 2015年（现状年）。

2015年（现状年），50%、75%、95%来水年份，缺水量分别为16 256万、20 128万、23 911万m3，缺水程度分别为20.04%、24.81%、29.47%。

按首先满足城乡居民生活用水，并兼顾农业、工业、生态环境用水的原则，结合金昌市实际情况，现状年50%来水年份，需要减少灌溉面积约1.86万hm2，仅能保证供水灌溉面积约6.05万hm2；75%来水年份，需要减少灌溉面积约2.30万hm2，仅能保证供水灌溉面积约5.61万hm2；95%来水年份，需要减少灌溉面积约2.73万hm2，仅能保证供水灌溉面积约5.18万hm2。

2.3.2 2020年。

2020年，50%、75%、95%来水年份，缺水量分别为10 271万、14 143万、17 926万m3，缺水程度分别为13.54%、18.64%、23.63%。

按首先满足城乡居民生活用水，并兼顾农业、工业、生态环境用水的原则，结合金昌市实际情况，2020年50%来水年份，需要减少灌溉面积约1.38万hm2，仅能保证供水灌溉面积约6.53万hm2；75%来水年份，需要减少灌溉面积约1.90万hm2，仅能保证供水灌溉面积约6.01万hm2；95%来水年份，需要减少灌溉面积约2.41万hm2，仅能保证供水灌溉面积约5.51万hm2。

2.3.3 2025年。

2025年，50%、75%、95%来水年份，缺水量分别为10 133万、14 005万、17 788万m3，缺水程度分别为13.35%、18.45%、23.43%。

按首先满足城乡居民生活用水，并兼顾农业、工业、生态环境用水的原则，结合金昌市实际情况，2025年50%来水年份，需要减少灌溉面积约1.48万hm2，仅能保证供水灌溉面积约6.44万hm2；75%来水年份，需要减少灌溉面积约2.05万hm2，仅能保证供水灌溉面积约5.87万hm2；95%来水年份，需要减少灌溉面积约2.59万hm2，仅能保证供水灌溉面积约5.32万hm2。

2.4 影响因素分析

金昌市农业灌溉用水不足与灌溉效率较低，已经成为影响绿洲农业发展的瓶颈，亟待破除[7]。影响金昌市灌区农业水资源的因素很多，主要包括自然因素和人为因素等。

2.4.1

降雨因素。

金昌市地处河西走廊东部，由于受地形条件抬升的影响，多年平均降水量约为296 mm，且主要集中在西南部和南部，往往形成山洪灾害。南部祁连山山区海拔在2 500～4 000 m，年降水量311～600 mm。浅山区海拔在2 000～2 500 m，年降水量158～311 mm。走廊平川区海拔在1 300～2 000 m，年降水量100 mm左右。

受大陆性气候的影响，该区域降水量的年内分配很不均匀，汛期6—9月降水量占年降水总量的70%以上，最大月降水量发生在7月或8月；其他月份降水量少，占年降水总量不足30%；最小月降水量发生在12月—次年1月，占年降水总量的1.0%～1.8%。从永昌气象站年降水量系列（图1）可以看出，年降水量有一定的上升趋势：在这一系列中有2个平稳时段，1969—1989年平均年降水量为149.8 mm，1993—2015年平均年降水量为171.3 mm，第2个时段比第1个时段平均年降水量增加21.5 mm，是第1个平稳阶段的14.4%。

研究表明，整個河西走廊秋季及酒泉市东部到张掖市冬季降水呈显著增加，2000年之后秋季、春季和冬季降水量占年降水量的比重有所提高，而夏季降水比重有所减少，有暖干化趋势[8]。这与该研究中永昌气象站数据分析结果基本一致。但是，分析永昌气象站2011—2015年季节降水变化，发现该段时期冬季和夏季降水量显著增加，春秋季节降水量有所减少。

2.4.2

径流因素。

金昌市地表径流主要来源于西大河、东大河等，地表水供水水源主要为皇城水库（东大河）、西大河水库（西大河）、金川峡水库（金川河）等。

东大河祁连山山区有冰川发育，植被较好，为金昌市第一大河流，主要补给来源为降水、融冰融雪和地下水。西大河为金昌市第二大河流，主要补给源是融雪、降水和地下水。金川河主要靠东大河和西大河调水以及二次溢出泉水补给，属东、西大河之尾闾。

东大河、西大河来水量年内分配不均，多年平均6—9月丰水期来水量分别占全年来水量的62.6%、61.6%；多年平均12月—次年3月枯水期来水量分别占全年来水量的13.0%和10.0%。从皇城水库（东大河）年入库水量系列（图2）可以看出，多年来皇城水库入库水量变化不大。

2.4.3 气温因素。

金昌市水利设施较为完备，东河灌区现已建成皇城水库、东大河渠首和相应的输水渠道，总干渠1条长8.50 km，干渠16条长194.10 km，支渠341条长394.00 km；西河灌区现已建成水库2座（西大河水库、大泉水库）、石梯子渠首和相应的输水渠道，总干渠1条长5.82 km，干渠14条长191.10 km，支渠189条长447.40 km。但由于干渠较长，中途蒸发渗漏损失很大，渠系水利用系数仅有0.54。

世纪80年代后期开始，年均气温开始缓慢上升。年代统计数据显示，1960—1969年平均气温4.76 ℃，1970—1979年平均气温4.71 ℃，1980—1989年平均气温4.91 ℃，1990—1999年平均气温5.36 ℃，2000—2009年平均气温5.87 ℃，2010—2015年平均气温6.24 ℃。由此可以看出，1960—1979年平均气温基本稳定在4.7～4.8 ℃；20世纪80年代比上一年代上升了0.2 ℃，之后气温持续攀升，到2010—2015年平均气温达到了6.24 ℃，比20世纪60年代上升了1.48 ℃。气温的上升加剧了区域的蒸发，导致水面蒸发量不断增加，渠系水损失日益严重。

3 结论与建议

河西走廊灌区地下水位不断下降，渠系水损失严重，水资源利用效率较低，严重制约着绿洲农业的发展。

分析表明，金昌市水资源供需矛盾突出，无论是现状年的2015年，还是近中期的2020年、2025年均存在较大缺口。近年来，区域受暖湿气候影响较大，虽然降水量略有增加，但不足以应对日益变暖的气候。基于以上分析，提出以下建议：

（1）强化涵养水源，营造良性循环。随着近年来气候变暖日益明显，暴雨洪水等突发灾害更加频繁。有必要分析洪水的利害两重性，提高水资源调蓄能力，增加调蓄水库，拦蓄洪水，加强洪水资源化综合利用管理，化害为利，实现多种水资源综合利用。

（2）修建调蓄工程，增强调配能力。随着洪水资源化的发展，金昌市已有水库的调蓄能力已经不能满足水资源优化配置的需求，迫切需要增加调蓄水库；同时也是为了提高水资源优化配置能力，接纳上游水库泄水，为发展管灌、喷灌等高效节水灌溉奠定基础。对河道洪水进行消峰调洪，可更好地满足金昌市各行各业的用水需求。

（3）推进高效节水，井渠统一管理。灌区水资源量较少，而当前渠系水利用系数仅有0.54，在提升灌溉水平的基础上，积极发展高效节水，减少无效耗损等。按照“井渠结合、采补均衡、统一供水”的原则，注重节水与养水，合理控制水价。

（4）提高管理水平，优化管理结构。积极推进土地流转，优化管理结构，让用水群众参与管理。有计划、有步骤、分阶段地对渠系的管理权、使用权、经营权进行公私合营模式（PPP）项目融资，发展农民用水协会，增强农业发展活力。

参考文献

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