长武县农业水资源利用潜力分析

王稳江， 李俊锋， 霍春平

(1.杨凌职业技术学院， 陕西 杨凌 712100； 2.陕西测绘地理信息局， 陕西 西安710054；3.西安市水土保持工作总站， 陕西 西安 710000)

水资源是自然资源中最为基础的一种资源，同时也是农业发展不可缺少的，其担负着为粮食农作物的生长提供必要条件的重任[1-2]。粮食安全是一个地区正常发展所必须的条件，人们生活需要粮食，只有粮食安全状态稳定，人们才能正常生存，才能不断发展。制约粮食安全的因素很多，农业水资源的供给直接影响着粮食安全的稳定性，分析农业水资源利用潜力对制定保证粮食安全的决策有着重要意义[3]。本文以国家耕地保育与持续高效现代农业试点县——陕西省长武县为分析对象，针对长武县的水资源，特别是农业水资源的利用潜力进行了分析，提出了缓解长武县水资源紧缺压力的办法，以期为长武县水资源的合理利用提供依据。

1 研究区概况

长武县位于陕西省西北部，距离西安市约180 km，县境南北长30.05 km、东西宽27.23 km，总面积约567.1 km2。海拔最高1 274 m，最低847 m，全县平均海拔1 209 m。耕地面积19 933.33 hm2，以山坡为主。全县属黄土高原丘陵沟壑区。

大气降水是长武县地表水和地下水的主要补给来源。全县年均降水量570 mm左右，年均蒸发量约为1 000 mm，干燥指数1.70[4]。降水多集中在6～10月份，占全年降水量的70%左右。水资源总量约为3 900万m3。社会的发展和生活水平的提高，使得水资源需求增加，现有的水资源利用模式和水平不足以满足需求，成为长武县今后发展亟待解决的问题。

2 分析方法

本文分析研究使用的数据主要有农作物种植数据和水资源数据(包括水资源总量和降水量)，数据来源于《长武年鉴2017》[5]。

2.1 水资源利用潜力的分析方法

县域的水资源利用潜力的研究可以通过计算水资源负载指数来进行。水资源负载指数是水资源开发利用潜力评价的主要指标，县域内水资源所能负载的人口和经济规模均可由水资源负载指数来表达[6]，它所反映出的是县域内的水资源、人口和经济发展之间的关系。计算方法如公式(1)：

(1)

其中：C为水资源负载指数；P为人口数(万人)；G为GDP(万元)；W为水资源总量(亿m3)；K是系数。

K与降水量R(mm)有关，计算方法如公式(2)：

(2)

根据公式(1)和公式(2)，通过ArcGIS9.3处理栅格数据，然后再处理统计数据，可以计算得到水资源负载指数。首先将长武县的降水量和水资源总量资料数据加载到点状图层上，采用Kriging插值的方法对其进行空间差值，得到降水量和水资源总量的栅格数据，栅格单元大小为400 m×400 m，然后利用公式(1)和公式(2)对人口、GDP、降水量和水资源总量的栅格数据进行计算处理[7]，最后计算出水资源负载指数的图层数据。

依据水资源负载指数的高低，将长武县水资源利用潜力划分为5个等级，分级结果如表1所示。

2.2 农业水资源利用率的分析方法

(1) 作物需水量。计算作物需水量的方法如公式(3):

ET=KY或ET=KYn+c

(3)

其中：ET为作物全生育期内总需水量(m3/hm2)；Y为作物单位面积产量(kg/hm2)；K为以产量为指标的需水系数，即单位产量的需水量(m3/kg)；n,c为经验指数和常数。

式中：K，n,c值通过试验确定。

表1 水资源负载指数分级评价

长武县主要农作物在当地气候下的需水量及其播种面积见表2。

表2 长武县主要农作物需水量和播种面积

(2)不同灌溉水利用率下的农业水资源需求分析方法。农业用水主要指农田灌溉用水。长武县目前的灌溉水量和水平能否满足农作物的生长需水要求，将决定农作物的生长状况和水资源利用方式。本文选取夏粮(主要是小麦)、秋粮(大秋)这两类长武县的主要农作物以及长武县农作物总体需水量(W)，根据不同的灌溉水利用率求算出农作物实际可以得到的灌水量(G)。在某一灌溉水利用率下，若GW时，灌水量大于农作物实际所需水量，造成了农业水资源的浪费。

3 结果分析评价

3.1 水资源利用潜力分析的评价

通过公式(1)和公式(2)的算法和ArcGIS9.3的处理，得到了长武县的水资源负载指数的评价图，见图1。

图1 长武县水资源负载指数评价图

从图1中可以看出，长武县各乡镇的水资源开发利用程度非常高，只有枣园乡区域的水资源利用负载指数属于Ⅱ级，说明此处还有一定的开发潜力，但是开发过程也会很困难。其余各乡镇的水资源利用负载指数均属于Ⅰ级，即开发利用程度很高，开发潜力非常小。

长武县全县的水资源负载指数为27.87，属于Ⅰ级。说明长武县水资源总体上的利用率比较高，开发潜力很小。

3.2 不同利用率下的农业水资源需求分析

经过计算，长武县全县田间作物需水量为466.57 mm。长武县农作物不同灌溉水利用率下水分的供需分析如图2。

图2 长武县夏粮、秋粮和农作物总体在不同灌溉水利用率下水分供需分析

由图2可以看出，目前40%左右的灌溉水利用率无法满足夏粮、秋粮以及长武县的农作物总体需水要求。按照计算，灌溉水利用率需要达到60%左右才能满足夏粮和农作物总体生产需水要求，而要达到秋粮的需水量，灌水利用率则要达到66%以上。以目前的灌水量和灌溉水利用率计算，长武县夏粮的缺水量大约为162.5 mm，秋粮的缺水量约为196 mm，而农作物总体的缺水量约为146 mm。这反映了长武县农作物在目前的灌水量和灌溉水利用率下农作物的有效灌水量不足。通过分析也不难发现，真正造成缺水的主要原因并不是灌水量不足，而是灌溉水利用率较低。只要将灌溉水利用率提高到约60%便可以很好地缓解目前长武县夏粮和农作物总体有效灌水量不足的压力，而秋粮也只需将灌水利用率提高到66%左右即可。因此长武县农作物灌水利用率较低，存在着明显的浪费，从而导致了该地区农业水资源短缺。

4 结 论

本文使用ArcGIS9.3对栅格数据和统计数据进行处理计算了长武县水资源负载指数，确定了其水资源利用潜力的等级，并在不同的灌溉利用率下农业水资源需求基础上，分析了长武县农业水资源的利用潜力。

(1)长武县全县的水资源负载指数为27.87，属于Ⅰ级。说明长武县水资源总体上的利用程度比较高，开发潜力很小。

(2)长武县农作物灌溉水利用率较低，存在着明显的浪费，从而导致了该地区农业水资源短缺。

(3)提高水资源利用率就是很好的缓解长武县水资源紧缺压力的办法。在农业灌溉水总量一定的情况下，提高有效灌水率则是增加有效灌水量的最佳方法，同时也是节省农业水资源开销的最佳途径。