周祖昊，楊 波，劉海振，邵薇薇，曹小磊

(1.中國水利水電科學研究院，流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100038；2.水利部水資源與水生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京 100038；3.長江水利委員會總工辦，武漢 430010；4.水利部珠江水利委員會珠江水利綜合技術(shù)中心，廣州 510610;5.沈陽市環(huán)境科學研究院，沈陽 110000)

0 引 言

糧食安全、能源資源安全與金融安全并稱為全球三大經(jīng)濟安全，為國際社會和各國政府高度關(guān)注。中國既是糧食生產(chǎn)大國，又是糧食消費大國，決定了農(nóng)業(yè)在我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中占有舉足輕重的地位。由于我國水土光熱資源在時空分布上極不均衡，導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對水利灌溉具有很強的依賴性，國內(nèi)外灌溉實踐表明，與旱作農(nóng)業(yè)相比，灌溉農(nóng)業(yè)谷物產(chǎn)量可提高6倍左右?？梢?，保障農(nóng)業(yè)用水對確保糧食安全至關(guān)重要。然而，近年來隨著我國城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進程的不斷推進，農(nóng)業(yè)用水受到一定影響。特別是在今后一個發(fā)展時期，隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進程的加快，城市人口將繼續(xù)增加，糧食需求也將呈剛性增長，糧食安全保障任務十分艱巨，農(nóng)業(yè)用水面臨巨大挑戰(zhàn)。

1 農(nóng)業(yè)用水情況分析

1.1 典型研究區(qū)選擇

華北地區(qū)包括京、津、冀、晉、蒙、魯、豫7個省市，人口約3.39億人，其地區(qū)生產(chǎn)總值占全國GDP的33.6%[1]。該地區(qū)城鎮(zhèn)化、工業(yè)化發(fā)展水平總體較高，耕地資源豐富，用水需求量大，但地區(qū)間發(fā)展不均衡，水資源可利用量不足，地區(qū)的糧食生產(chǎn)任務較重，水資源供需矛盾日益凸顯[2,3]。作為我國小麥、玉米和稻谷優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)，華北地區(qū)在全國2020年新增500 億kg糧食生產(chǎn)能力規(guī)劃中，承擔了近1/3的增產(chǎn)任務，其中作為糧食主產(chǎn)區(qū)的河北、河南、山東三省均位于華北地區(qū)。本文選擇河北省作為典型地區(qū)，研究分析華北地區(qū)農(nóng)業(yè)用水面臨的挑戰(zhàn)。

河北省位于華北地區(qū)腹地，內(nèi)環(huán)首都北京和環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟中心天津。作為嚴重資源型缺水省份，河北省多年平均水資源量205 億m3，可用水量170 億m3，人均水資源307 m3，僅為全國平均水平的1/7[4,5]。由于水資源短缺，河北省不得不大量超采地下水以維系經(jīng)濟社會發(fā)展，近年來河北省地下水開采量占總用水量的80%以上，其中農(nóng)業(yè)用水占地下水開采量的70%以上。根據(jù)1997-2012年中國統(tǒng)計年鑒[6]和河北省統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)可知，近16年來，河北省城鎮(zhèn)化率增加28.58%，增幅達156.86%；工業(yè)化率增加9.66%，增幅為22.44%；二三產(chǎn)增加值占GDP比重增加7.28%，增幅為9.01%，可見近年來河北省城鎮(zhèn)化、工業(yè)化均呈向上發(fā)展態(tài)勢，如圖1所示。結(jié)合華北地區(qū)各省市地理位置條件、水資源天然稟賦和社會經(jīng)濟發(fā)展特點[7,8]，選擇河北省代表華北地區(qū)具有一定科學性。

圖1 河北省城鎮(zhèn)化率、工業(yè)化率和二三產(chǎn)增加值占GDP比重

1.2 農(nóng)業(yè)灌溉面積

隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的發(fā)展，近年來河北省城鎮(zhèn)用地、工業(yè)用地有逐年增加的趨勢，相應地農(nóng)業(yè)耕地面積有所減少，由1997年的651.73 萬hm2減少到2012年的631.73 萬hm2，16年間減少了20.0 萬hm2，減幅約為3.1%。雖然近年來河北省耕地面積有所減少，但是有效灌溉面積卻有小幅增加，由1997年的432.26 萬hm2增加到2012年的460.31 萬hm2，16年增幅約為6.5%。

1.3 農(nóng)業(yè)用水水量變化情況

根據(jù)《中國水資源公報》，1997-2012年河北省農(nóng)業(yè)用水量和農(nóng)業(yè)用水比重均呈波動下降態(tài)勢，如圖2所示。其中，農(nóng)業(yè)用水量由1997年的174.36 億m3下降到了2012年的142.9 億m3，16年間減少了31.46 億m3，減幅達18.04%。農(nóng)業(yè)用水占總用水量比重由1997年的78.73%降低到2012年的71.72%，16年間降低了5.56%，降幅為7.06%。

圖2 河北省農(nóng)業(yè)用水量和農(nóng)業(yè)用水占總用水量比重比例

1.4 農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)狀況情況

河北省91%的面積均屬海河流域，受資料限制，本文以海河流域農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)來反映河北省及華北地區(qū)農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)變化情況。根據(jù)《海河流域水資源公報》[9]和《中國水資源公報》[10]，2011年、2012年海河流域農(nóng)業(yè)用水區(qū)水質(zhì)達標率分別為11.0%和9.2%，而同期全國農(nóng)業(yè)用水區(qū)水質(zhì)達標率為30.2%和30.5%?？梢娊陙砗：恿饔蜣r(nóng)業(yè)用水區(qū)水質(zhì)達標率不高，且顯著低于全國平均水平。海河流域農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)面臨嚴峻挑戰(zhàn)，由此可見河北省農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)狀況也不容樂觀。

2 農(nóng)業(yè)用水影響因素分析

由上面的分析可知，近年來河北省農(nóng)業(yè)灌溉面積變化不大，1997-2012年間增幅僅為6.5%，而農(nóng)業(yè)用水總量減少18.04%。影響農(nóng)業(yè)用水可能的因素包括自然和社會兩個方面，自然方面主要是氣候變化引起的水資源量條件發(fā)生變化，社會方面包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、灌溉水平、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、城鎮(zhèn)化進程以及農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)狀況等。本文分別采用水資源量、灌溉定額、產(chǎn)業(yè)比較效益、人口結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)等五個指標，采用數(shù)理統(tǒng)計與典型分析相結(jié)合的方法，分析引起華北地區(qū)農(nóng)業(yè)用水減少的主要原因。

2.1 水資源量

根據(jù)《中國水資源公報》，對河北省1997-2012年水資源總量和農(nóng)業(yè)用水量做回歸分析，發(fā)現(xiàn)兩者呈現(xiàn)一定的負相關(guān)性，如圖3所示。1997-2012年16年間，河北省水資源量整體呈小幅上升趨勢，年均增幅3.11 億m3，年均增長幅度2.6%，高于農(nóng)業(yè)用水量年均減小的幅度1.4%。但是，水資源總量增加與農(nóng)業(yè)用水量減小的相關(guān)關(guān)系很小。這表明，水資源量的增加對河北省農(nóng)業(yè)用水量的減小有影響，但不是主要的原因。

圖3 1997-2012年河北省水資源總量變化情況及與農(nóng)業(yè)用水相關(guān)關(guān)系

2.2 灌溉定額

分析發(fā)現(xiàn)，河北省農(nóng)業(yè)用水量與畝均灌溉定額具有很好的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)高達0.96，如圖4所示。1997-2012年間，河北省畝均灌溉定額呈明顯下降態(tài)勢，由1997年的260 m3減少到2012年的216 m3，16年間減少了44 m3，減幅達16.9%。灌溉定額的大幅減少，與河北省持續(xù)推進節(jié)水灌溉，提高灌溉水平密切相關(guān)，反映了人類在水資源有限的條件下的主動適應性。

圖4 畝均灌溉定額變化情況及與農(nóng)業(yè)用水相關(guān)關(guān)系

2.3 產(chǎn)業(yè)比較效益

近年來，華北地區(qū)部分農(nóng)業(yè)灌溉水源的用途發(fā)生了顯著變化。以河北省黃壁莊水庫為例，該水庫位于海河流域子牙河水系兩大支流之一滹沱河干流上，是河北省重要的大(Ⅰ)型水利樞紐工程，總庫容12.1 億m3。20世紀60年代初到80年代末，該水庫只給農(nóng)業(yè)供水，自20世紀90年代以來，黃壁莊水庫除了用于防洪和灌溉之外，還陸續(xù)承擔起發(fā)電、工業(yè)供水、城市生活供水和環(huán)境供水等任務。1993年該水庫開始向西柏坡電廠供水，1996年開始向石家莊市城市生活供水，1998年開始向石家莊市城市環(huán)境供水，2008年開始向北京調(diào)水。隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的進一步推進，這種水源轉(zhuǎn)換現(xiàn)象日趨普遍。

從區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展角度考慮，工業(yè)單方水的收益要遠遠大于農(nóng)業(yè)收益，地方政府部門更愿意將有限的水資源用于支撐工業(yè)發(fā)展，以提高地方GDP；其次，水價的差異使得供水管理部門更愿意將水供給城鎮(zhèn)和工業(yè)。在經(jīng)濟導向作用下，有限的水資源向比較效益更高的行業(yè)流動，導致農(nóng)業(yè)用水持續(xù)減少。

2.4 人口結(jié)構(gòu)

近年來，隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化不斷發(fā)展，人口結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生改變，越來越多的農(nóng)村勞動力從農(nóng)村向城市、從農(nóng)業(yè)向第二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)生轉(zhuǎn)移。根據(jù)1997-2012年《河北省統(tǒng)計年鑒》，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員比重近年來呈現(xiàn)下降趨勢，如圖5所示。1997年河北省農(nóng)業(yè)從業(yè)人員比重為49.2%，到2012年該值下降到34.9%，16年間下降14.3%，降幅達29.1%。大批農(nóng)民進城務工導致城鎮(zhèn)人口增加，一方面擴大了城鎮(zhèn)人口規(guī)模，促進了當?shù)氐诙?、三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，導致了城鎮(zhèn)生活需水和第二、三產(chǎn)業(yè)需水不斷增長；另一方面，農(nóng)村勞動力減少，導致農(nóng)業(yè)灌溉意愿不高，灌水次數(shù)減少，部分農(nóng)田甚至被荒置。將農(nóng)業(yè)從業(yè)人員比重與農(nóng)業(yè)用水占總用水量的比重做回歸分析后發(fā)現(xiàn)，兩者具有較好的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)約為0.83。華北屬于資源型缺水地區(qū)，隨著人口向城鎮(zhèn)集中，農(nóng)業(yè)用水越來越少。

圖5 農(nóng)業(yè)從業(yè)人員比重例變化情況及與農(nóng)業(yè)用水相關(guān)關(guān)系

2.5 農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)

2012年海河流域農(nóng)業(yè)用水區(qū)水質(zhì)達標率僅為9.2%，河北省農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)的達標率也比較低。由于該地區(qū)水資源極其缺乏，使用不達標的水源進行灌溉的現(xiàn)象比較普遍，但因為農(nóng)業(yè)水質(zhì)劣化造成棄耕的現(xiàn)象不太普遍。盡管如此，受污染的水用于農(nóng)業(yè)灌溉，會影響糧食和蔬菜作物的品質(zhì)，嚴重的甚至造成減產(chǎn)、絕收甚至危害人體健康。

3 對策與建議

從以上分析可知，近年來華北地區(qū)農(nóng)業(yè)用水減少，與水資源小幅增加有一定的關(guān)系，但更主要的是灌溉水平提高、人口結(jié)構(gòu)變化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及資源流向變化產(chǎn)生的影響。華北地區(qū)是我國的農(nóng)業(yè)和糧食主產(chǎn)區(qū)，農(nóng)業(yè)用水的明顯減少，勢必會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成一定的影響。針對該地區(qū)農(nóng)業(yè)用水保障面臨的問題和挑戰(zhàn)，提出以下四個方面的建議。

(1)落實最嚴格水資源管理制度，按照水資源承載能力定發(fā)展規(guī)模和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進全社會節(jié)水。強化“三條紅線”管控，組織年度考核工作。健全水資源消耗總量和強度雙控指標體系，將指標分解落實到縣以上行政區(qū)，全面完成市縣兩級行政區(qū)水資源承載能力評價工作。開展省級用水定額評估及修訂完善工作。開展縣域節(jié)水型社會達標建設，開展合同節(jié)水管理試點示范。嚴格重大規(guī)劃和建設項目水資源論證，強化水資源承載能力剛性約束，促進經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級。

(2)推進資源確權(quán)和積極開源相結(jié)合，保障農(nóng)業(yè)用水。為了防止城鎮(zhèn)化和工業(yè)化發(fā)展對農(nóng)業(yè)用水權(quán)的進一步擠占，華北地區(qū)農(nóng)業(yè)用水保障的重要措施是進行資源確權(quán)，保障農(nóng)業(yè)用水的總量。在南水北調(diào)工程通水后，應逐步置換以前受城市和工業(yè)擠占的農(nóng)業(yè)用水。利用豐水年適時增加北調(diào)水量，進一步保障農(nóng)業(yè)用水。利用華北地區(qū)深厚的地下含水層，加強地表水和地下水聯(lián)合調(diào)度，保障農(nóng)業(yè)用水。另外，除了常規(guī)的地表與地下水源，還應加強非常規(guī)水資源的安全利用，大力提倡合理利用雨洪、再生水和微咸水資源。

(3)加強節(jié)水改造。針對黃淮海地區(qū)農(nóng)田水利現(xiàn)代化程度不高、農(nóng)業(yè)灌溉條件仍然比較薄弱、灌溉設施配套率不足、灌溉供水保障能力不強等問題，進一步加強節(jié)水灌溉工程的建設與維護，并在大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造的基礎(chǔ)上，將灌區(qū)節(jié)水改造進一步推廣至中小型灌區(qū)。一是加快大型灌區(qū)骨干工程改造步伐，繼續(xù)實施大型灌區(qū)的續(xù)建配套與節(jié)水改造，全面實施大型灌排泵站更新改造；二是加大大型灌區(qū)田間工程配套力度，全面開展大型灌區(qū)田間工程配套改造，重點解決末級渠系配套不全的問題，努力恢復失灌面積；三是實施中型灌區(qū)更新改造，全面改造中型灌區(qū)，著重解決水源供水能力不足、輸水渠道不暢、灌水設施不配套的問題；四是加強小型農(nóng)田水利工程建設，堅持因地制宜、分類指導的原則，對小型引水灌溉工程進行改造加固、修復配套，適度新建小型灌溉工程。

(4)加強污染防治，科學發(fā)展再生水灌溉。華北地區(qū)的主要河流和淺層地下水的水環(huán)境質(zhì)量，與全國其他地區(qū)相比相對較差，應加強農(nóng)業(yè)灌溉水源的保護。一方面，需加強排污口的科學設置和嚴格管理，應當保證其下游最近的灌溉取水點的水質(zhì)符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準；另一方面，應加強對再生水灌溉標準和技術(shù)的研究，利用不含有害物質(zhì)的工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)污水再生處理后進行灌溉，既解決水資源不足的問題，同時避免土壤、地下水和農(nóng)產(chǎn)品受到污染，保證糧食安全和生態(tài)環(huán)境安全。

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