谭翻 杨鹏年 汪昌树 张林海 杨一飞 徐杰 王翠

摘 要：为确保用水总量控制下绿洲安全及干旱区可持续发展目标的实现，以新疆开孔河流域为例，提出基于用水总量控制指标、地下水安全等约束条件的干旱区灌溉节水潜力计算新方法。结果表明：１） 开孔河流域现状年（２０２０ 年） 地下水开采量为１２．９７ 亿ｍ３，灌溉用水总量为３４．８５ 亿ｍ３；传统节水模式下，流域中期规划年（２０３０ 年）节水潜力为０．７４ 亿ｍ３，远期规划年（２０５０ 年）节水潜力为５．０２ 亿ｍ３。２）在节水潜力新内涵下，开孔河流域中期规划年没有节水潜力，且需要休耕１８ ６６７ ｈｍ２，远期规划年节水潜力为１．７７ 亿ｍ３。３）为防止干旱区次生盐渍化，实现水资源短缺的干旱区可持续发展，在节水后应控制绿洲地下水位在３．５～４．０ ｍ 之间。对于水土不均衡的干旱区灌区而言，传统节水思路对绿洲安全的重视程度不够，对节水潜力评价过高。

：节水潜力；灌区节水；用水总量控制指标；干旱区；开孔河流域

中图分类号：ＴＶ２１３．４ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０３．０１３

引用格式：谭翻，杨鹏年，汪昌树，等．面向绿洲安全和干旱区可持续发展的农业节水潜力研究［Ｊ］．人民黄河，２０２４，４６（３）：７０－７４．

联合国气候变化专门委员会（ＩＰＣＣ）评估报告认为，未来全球极端气象灾害可能呈现多发、频发的态势，涵盖农业生产在内的世界可持续发展将面临巨大挑战。全球自然与社会环境变化的不确定性，使干旱区绿洲安全和可持续发展面临一系列重大问题。随着最严格水资源管理制度的落实，水资源日益成为经济社会发展与生态保护的决定性要素。西北干旱区绿洲农业如何化解经济社会高质量发展与生态安全用水间的矛盾成为当前面临的重大问题。

节水灌溉是有效解决变化环境下保障国家粮食安全及农业可持续发展的关键举措［１］ 。针对节水在农业生产中的重要作用，许多学者进行了深入探讨。Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ 等［２］ 分析了美国加利福尼亚州的农业灌溉节水潜力，Ｚｅｒｉｈｕｎ 等［３］ 指出可使用农业灌溉水有效率评价农业节水潜力。还有学者从不同角度对节水潜力进行研究并给出了不同耗水方式下的节水潜力计算方法［４－１０］ 。沈振荣等［１１］ 分析了我国农业节水现状和存在问题，认为需大力推进农业节水的发展，加大农业节水技术应用力度。赵西宁等［１２］ 研究表明农业节水方法和水平、区域农业用水规模等因素对农业节水潜力的影响较大。王学渊等［１３］ 综合多种因素分析表明中国农业还有巨大的节水潜力。裴源生等［１４］ 定义了取水节水和耗水节水的概念，认为耗水节水为真正的节水潜力。总体来看，前人的研究多侧重于水量的节约，而对灌区生态与水土安全等问题研究不多，不能满足目前用水总量控制下的经济、环境、可持续发展等用水安全要求。因此，针对变化环境下干旱区节水潜力研究思路及计算方法存在的问题，本文提出节水潜力新内涵，探讨在用水总量控制下兼顾绿洲安全和可持续发展的干旱区农业节水潜力计算方法。

１ 研究区概况与数据来源

以开孔河流域为研究区，该流域地处新疆南部、塔里木盆地东北侧，属大陆干旱气候区，包括开都河和孔雀河两个子流域（见图１）。开都河子流域的焉耆盆地与孔雀河灌区分属两个不同的地貌单元与气候类型，因此两个区域的作物种植类型及灌溉制度有一定的差异。焉耆盆地年平均降水量７６．１ ｍｍ，年均日照时数为２ ９８０ ｈ，年均气温８．５ ℃，年均水面蒸发量１ ８７６．７ｍｍ，主要种植作物有小麦、玉米、辣椒等。孔雀河子流域的库尔勒市年平均降水量５８．６ ｍｍ，年均日照时数为２ ９９０ ｈ，年均气温１１．４ ℃，年均水面蒸发量２ ７８８．２ｍｍ，主要种植作物有香梨、棉花等。

研究区内有焉耆和库尔勒两个气象站，观测项目包括逐日降水量、气温、风速、日照时数和相对湿度等。本研究所用的这两个气象站的气象数据来源于国家气象数据中心（ｈｔｔｐ：／／ ｄａｔａ．ｃｍａ．ｃｎ）。各类土地类型面积来源于２０２０ 年遥感影像数据解译，并与第三次全国土地调查数据进行对比得到；结合实地踏勘，得到灌区供耗水过程与物候特征等基础信息。

开孔河流域２０２０ 年灌溉面积为３５４ １０７ ｈｍ２，地表水实际供水量为２１．８８ 亿ｍ３［ １６］ 。开孔河流域现有机井１１ ７３６ 眼，地下水开采量不仅与当年地表水的引水量有关，而且与农作物需水及灌溉方式有关，因此地下水的实际开采量不易准确获取。鉴于农作物基本为充分灌溉，因此本文利用水量平衡法计算得出现状年（２０２０ 年）地下水实际开采量为１２．９７ 亿ｍ３，并由此得到灌溉水总量为３４．８５ 亿ｍ３。

３ 开孔河流域节水潜力分析

传统节水潜力一般包括取用水节水和耗水节水，取用水节水反映区域水资源取用的节约量，耗水节水是采取节水措施的耗水与不采取节水措施的耗水差值（蒸发蒸腾量的减少量）。本文从取用水节水和耗水节水两方面分析开孔河流域在用水总量控制下兼顾灌区发展与生态安全等多重目标的节水潜力。

３．１ 取用水節水

开孔河流域除香梨等成龄果树主要采用管道灌溉外，绝大部分农田采用膜下滴灌，因此现状灌溉模式下斗渠以下基本为膜下滴灌。其中：地表水从斗渠末端进入压力前池，经加压后送入田间；地下水则从井口进入压力前池或直接进入管道经加压后送入田间。目前流域灌溉水利用系数较低，有较大的提升空间，可通过对灌区渠系进行防渗衬砌、加强田间配套工程建设及提升田间灌溉节水技术水平等措施提高灌溉水利用系数。考虑到灌区地表水与地下水的灌溉水利用系数不同，根据现状年灌区地表用水量与地下用水量的占比加权计算出规划年综合灌溉水利用系数（见表１）。

３．２ 耗水节水

１）田间农艺节水。农作物灌溉定额主要由土壤蒸发与叶面蒸腾两部分水量组成。农作物在生长早期耗水以土壤蒸发为主，生长中后期耗水则以叶面蒸腾为主。考虑采取覆膜、中耕等田间措施、选用抗旱农作物品种、发展农艺节水技术等，预测中期规划年（２０３０年） 灌溉定额比现状年低１５０ ｍ３ ／ ｈｍ２，远期规划年（２０５０ 年）灌溉定额比现状年低３００ ｍ３ ／ ｈｍ２［１７］ 。

２）冬灌控水。开孔河流域冬灌定额约为１ ８００ｍ３ ／ ｈｍ２，冬灌在以地表水灌溉为主的时期起到调控水盐的作用。随着灌区地下水利用量增大后潜水位下降、生长期采用滴灌对土壤盐分定向调控等措施，冬灌对土壤盐分淋洗的作用大为减弱。因此，中、远期规划年灌区冬灌可定为３ ａ 冬灌１ 次，预测２０３０ 年灌溉定额为１ ８００ ｍ３ ／ ｈｍ２、２０５０ 年为１ ５００ ｍ３ ／ ｈｍ２［１７］ 。

３．３ 传统节水模式下的节水潜力

１）主要农作物及其植被覆盖度（见图２、图３）。开孔河流域２０２０ 年主要农作物种植面积为４５．０２ 万ｈｍ２，其中：开都河子流域主要农作物小麦、玉米、辣椒种植面积分别为５．１２ 万、１１．１４ 万、５．４５ 万ｈｍ２，利用Ｅｎｖｉ 软件的监督分类法计算得到的植被覆盖度分别为３４％、４２％、５３％；孔雀河子流域主要农作物棉花、香梨种植面积分别为２０．１１ 万、３．２ 万ｈｍ２，植被覆盖度分别为４４％、３９％。

２）主要农作物需水量。开孔河流域农作物需水量根据库尔勒市、焉耆县两个气象站的气象数据和不同农作物植被覆盖度，利用ＦＡＯ－５６ 推荐的彭曼公式计算得出。开都河子流域主要农作物小麦、玉米、辣椒平均需水量分别为３８４、４１７、３９３ ｍｍ，孔雀河子流域主要农作物棉花、香梨平均需水量分别为４８４、７３６ ｍｍ。农作物需水量空间分布见图４。

３）节水潜力。根据上文确定的节水潜力相关参数，在满足充分灌溉的前提下，可计算出开孔河流域现状灌溉面积的需水量为３４．８５ 亿ｍ３，开孔河流域中期规划年（２０３０ 年）农业灌溉需水量为３４．１１亿ｍ３、远期规划年（２０５０ 年）农业灌溉需水量为２９．８３ 亿ｍ３。结合流域现状灌溉水量，可计算得出２０３０ 年的节水潜力为０．７４ 亿ｍ３、２０５０ 年的节水潜力为５．０２ 亿ｍ３（相当于１ ４１８ ｍ３ ／ ｈｍ２）。

４ 变化环境下节水潜力内涵分析

传统方法利用规划年需水量与现状年耗水量差值计算出的节水量未考虑用水总量红线、灌区生态安全和干旱区可持续发展等。本文提出变化环境下节水潜力新内涵：在用水总量红线与绿洲安全目标约束下，对于水土不均衡的干旱区而言，规划年灌溉可用水量将远小于现状用水量，计算节水潜力的目标水量会随着不同阶段而变。

４．１ 开孔河绿洲安全内涵分析

在用水总量的约束下，如何保障绿洲生态安全、粮食安全、干旱区可持续发展等是目前需要解决的重要问题。开都河子流域是开孔河流域重要的粮食生产基地，孔雀河子流域农作物以香梨、棉花等为主，确保了流域的粮食安全和农民收入。因此，在不突破用水总量的前提下保障灌区水土资源的可持续发展，灌区节水不仅显得更加重要，而且被赋予了更多内涵。

４．２ 用水总量红线约束指标

根据《巴音郭楞蒙古自治州用水总量控制规划》，２０３０ 年规划水平年巴音郭楞蒙古自治州用水总量为３６．９９ 亿ｍ３。根据文献［１８］可知，２０３０ 年开孔河流域城镇居民生活需水量为１．４０ 亿ｍ３、工业需水量为２．４１亿ｍ３，２０５０ 年生活需水量为１．４４ 亿ｍ３、工业需水量为３．９５ 亿ｍ３。在用水总量红线约束条件下，２０３０ 年、２０５０ 年开孔河流域农业可用水量分别为３３．１８ 亿、３１．６０亿ｍ３，灌溉用水量分别为３４．１１ 亿、２９．８３ 亿ｍ３，通过计算可得出节水潜力分别为－０．９３ 亿、１．７７亿ｍ３。２０３０ 年流域节水潜力为负值，表明在红线约束条件下２０３０ 年无节水潜力、无法满足灌溉需水要求，需要采取休耕轮作等措施，休耕轮作面积为１８ ６６７ ｈｍ２。

４．３ 灌区地下水生态水位约束指标

在挖掘农业节水潜力的同时，为避免井渠结合灌区出现地下水超采风险，必须确保灌溉水对地下水的净补给量为正值。通过对开孔河流域中、远期规划年水量平衡计算可知：流域中期规划年（２０３０ 年）蒸发蒸腾总量为２７．８８ 亿ｍ３、地下水开采量为７．２８ 亿ｍ３、地下水净补给量为６．０２ 亿ｍ３，遠期规划年（２０５０ 年）蒸发蒸腾总量为２９． ５９ 亿ｍ３、地下水开采量为７．０４亿ｍ３、地下水净补给量为３．６９ 亿ｍ３。在用水总量红线约束下，尽管因渠系水利用系数提高而对地下水补给量减小，但地下水开采量的压减幅度更大，因此流域地下水位仍将处于上升状态，可避免因地下水位下降而引发生态问题。

４．４ 干旱区节水潜力新内涵下未来可能的风险分析

绿洲安全内涵会随着时间推移和人类活动而不断变化。在地下水超采的绿洲区，地下水位的回升对维持绿洲安全非常重要，但当地下水位太高时会出现盐渍化等环境问题，因此厘清灌区次生盐渍化问题将成为节水潜力新内涵的研究重点。

为避免未来可能出现的次生盐渍化问题，需要弄清地下水埋深与土壤含盐量、地下水矿化度之间的关系，确定绿洲适宜地下水埋深。土壤积盐程度主要与大气蒸发能力、土壤岩性特征、地下水埋深和矿化度有直接关系。在大气蒸发能力和土壤岩性一定的情况下，土壤积盐程度主要与地下水埋深和矿化度有关。根据相关资料，开孔河流域地下水适宜埋深为３．５ ～４．０ ｍ。

５ 讨论

本文从取用水和耗水节水出发，对开孔河流域农业节水潜力进行了定量计算，确定２０５０ 年流域农业节水潜力为１ ４１８ ｍ３ ／ ｈｍ２。与２００４ 年吴旭春等［１９］ 研究得到的巴音郭楞蒙古自治州节水潜力２ ５２０ ｍ３ ／ ｈｍ２有一定差异，原因是该研究是基于早期新疆水利基础设施较弱、工程性节水和技术性节水水平较低背景下进行的，且研究尺度较大；本研究采用的渠系水利用系数是根据２０２０ 年开孔河流域各县（市）统计渠系防渗数据及新疆水利厅发布的《水利统计资料汇编》相关数据计算所得，结果可信度更高。

本文基于节水潜力新内涵得到２０３０ 年开孔河流域节水潜力为－０．９３ 亿ｍ３、２０５０ 年节水潜力为１．７７亿ｍ３，与王水献［２０］ 的研究结果基本一致。随着时间的推移，远期规划年用水总量红线存在重新调整的可能性。目前提出的用水总量控制制度对应的供水保证率不明确，若不管来水频率如何变化，那么坚持用水总量红线可能导致灌区用水量与生态用水量比例的失衡。

节水不仅要关注用户端技术性节水，而且要关注全过程节水，尤其需要在规模、结构和效率层次上深度节水，同时要关注节水边际效益，深入研究节水潜力与成本之间的关系，做到节水综合效益最大化。

６ 结论

１）在用水总量控制的经济、环境等多目标用水安全背景下，本文提出了针对变化环境下干旱区节水要兼顾绿洲安全和干旱区可持续发展的研究思路。

２）在水土不均衡的干旱区，传统节水思路对可持续发展、地下水安全等考虑不足。为保证绿洲安全，除采取强化节水及休耕轮作等措施外，还需合理开采地下水，维持适宜的生态水位。

３）为确保绿洲安全和干旱区可持续发展，开孔河流域中期规划水平年（２０３０ 年）需休耕１８ ６６７ ｈｍ２，休耕面积可在远期规划水平年（２０５０ 年）逐步恢复，远期规划年（２０５０ 年）节水潜力为１．７７ 亿ｍ３。

参考文献：

［１］ 武雪萍，梅旭荣，蔡典雄，等．节水农业关键技术发展趋势及国内外差异分析［Ｊ］．中国农业资源与区划，２００５（４）：２８－３２．

［２］ ＤＡＶＥＮＰＯＲＴ Ｃ Ｄ，ＨＡＧＡＮ Ｍ Ｒ．Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎ?ｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ｗｉｔｈ Ｅｍｐｈａｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｓａｎ ＪｏａｑｕｉｎＶａｌｌｅｙ［Ｒ］． Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ：Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｌａｎｄ，Ａｉｒ ａｎｄＷａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，１９８２：２１９．

［３］ ＺＥＲＩＨＵＮ Ｄ，ＷＡＮＧ Ｚ，ＲＩＭＡＬ Ｓ， ｅｔ ａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＳｕｒｆａｃｅＩｒｒｉｇａｔｉｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｔｅｒｍｓ ａｎｄ Ｉｎｄｉｃｅｓ［ Ｊ］． Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｗａｔｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，１９９７，３４（１）：２５－４６．

［４］ ＷＡＬＬＥＮＤＥＲ Ｗ Ｗ，ＧＲＩＳＭＥＲ Ｍ Ｅ．Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ：Ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ｓｃａｌｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ｅｎｇｉ?ｎｅｅｒｉｎｇ，２００２，１２８（４）：２０３－２１１．

［５］ ＳＣＨＵＬＺＥ Ｒ．Ｔｒａｎｓｃｅｎｄｉｎｇ Ｓｃａｌｅｓ ｏｆ Ｓｐａｃｅ ａｎｄ Ｔｉｍｅ ｉｎ Ｉｍ?ｐａｃｔ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ Ｃｌｉｍａｔｅ ａｎｄ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｃｈａｎｇｅ ｏｎ Ａｇｒｏｈｙｄｒｏ?ｌｏｇｉｃａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ［Ｊ］．Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎ? ｍｅｎｔ，２０００，８２（１）：１８５－２１２．

［６］ ＳＥＣＫＬＥＲ Ｄ．Ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｅｒａ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ：Ｆｒｏｍ “Ｄｒｙ” ｔｏ “Ｗｅｔ” Ｗａｔｅｒ Ｓａｖｉｎｇｓ［Ｊ］．Ｇｅｎｅｒａｌ Ｉｎｆｏｒｍａ? ｔｉｏｎ，１９９６，３９（１）：２３－５７．

［７］ ＳＯＬＯＭＯＮ Ｋ Ｈ，ＤＡＶＩＤＯＦＦ Ｂ．Ｒｅｌａｔｉｎｇ Ｕｎｉｔ ａｎｄ Ｓｕｂ?ＵｎｉｔＩｒｒｉｇａｔｉｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＳＡＥ，１９９９，４２（１）：１１５－１２２．

［８］ ＴＵＯＮＧ Ｔ Ｐ，ＢＨＵＩＹＡＮ Ｓ Ｉ．Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ Ｗａｔｅｒ?Ｕｓｅ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎ Ｒｉｃｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ：Ｆａｒｍ?Ｌｅｖｅｌ Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ［Ｊ］．ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＷａｔｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，１９９９，４０（１）：１１７－１２２．

［９］ ＧＵＥＴＲＡ Ｌ Ｃ，ＢＨＵＩＹＡＮ Ｓ Ｉ，ＴＵＯＮＧ Ｔ Ｐ，ｅｔ ａｌ．ＰｒｏｄｕｃｉｎｇＭｏｒｅｒｉｃｅ ｗｉｔｈ Ｌｅｓｓ Ｗａｔｅｒ（ＳＷＩＭ Ｐａｐｅｒ ５） ［Ｒ］．Ｃｏｌｏｍｂｏ，Ｓｒｉ Ｌａｎｋａ： Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗａｔｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，１９９８：２９．

［１０］ 茆智，韋凤年，邵自平，等．节水潜力分析要考虑尺度效应［Ｊ］．中国水利，２００５（１５）：１４－１５．

［１１］ 沈振荣，贺伟程．中国农业用水的评价、存在问题及解决途径［Ｊ］．自然资源学报，１９９６（３）：２２１－２２５．

［１２］ 赵西宁，王玉宝，马学明．基于遗传投影寻踪模型的黑河中游地区农业节水潜力综合评价［Ｊ］．中国生态农业学报，２０１４，２２（１）：１０４－１１０．

［１３］ 王学渊，赵连阁．中国农业用水效率及影响因素：基于１９９７—２００６ 年省区面板数据的ＳＦＡ 分析［Ｊ］．农业经济问题，２００８（３）：１０－１８，１１０．

［１４］ 裴源生，张金萍，赵勇．宁夏灌区节水潜力的研究［Ｊ］．水利学报，２００７（２）：２３９－２４３，２４９．

［１５］ ＡＬＬＥＮ Ｒ Ｇ，ＰＥＲＥＩＲＡ Ｌ Ｓ，ＲＡＥＳ Ｄ，ｅｔ ａｌ．Ｃｒｏｐ Ｅｖａｐｏ?ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ：ＦＡＯ Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ｐａｐｅｒ Ｎｏ ５６［Ｒ］．Ｒｏｍｅ，Ｉｔａｌｙ：ＦＡＯ，１９９８：１－２５６．

［１６］ 新疆水利厅．巴州用水总量控制方案［Ｒ］．乌鲁木齐：新疆水利厅，２０２０：１６．

［１７］ 杨鹏年．开孔河流域节水潜力报告［Ｒ］．乌鲁木齐：新疆水利水电勘测设计研究院，２０２０：３．

［１８］ 新疆水利厅．巴音郭楞蒙古自治州地方水资源管理“三条红线”控制指标分解方案［Ｒ］．乌鲁木齐：新疆水利厅，２０２０：２１．

［１９］ 吴旭春，陈莉．新疆农业灌溉用水节水潜力分析［Ｊ］．吉林水利，２００４（８）：２２－２４．

［２０］ 王水献．开孔河流域绿洲水土资源开发及其生态环境效应研究［Ｄ］．乌鲁木齐：新疆农业大学，２００８：１０．

【责任编辑 张华兴】