王海龍

（朝陽市喀左縣白塔子水利服務(wù)站，遼寧 喀左 122300）

水資源是支撐農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展的自然資源，國家糧食安全與水源的可持續(xù)高效利用密切相關(guān)。調(diào)查顯示，我國約70%的用水都消耗于農(nóng)業(yè)灌溉上，生態(tài)環(huán)境、生活和工業(yè)用水的不斷增加，在一定程度上降低了農(nóng)業(yè)可利用水資源[1]。農(nóng)業(yè)作為用水大戶，農(nóng)業(yè)用水量變化會引起區(qū)域用水結(jié)構(gòu)和用水總量的改變[2]?，F(xiàn)有研究主要集中于農(nóng)業(yè)用水效率、用水變化影響因素以及用水結(jié)構(gòu)方面，不同地域的影響因素和用水變化特征也明顯不同[3-4]。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作為朝陽市重要用水部門，農(nóng)業(yè)用水量變化與區(qū)域水資源的可持續(xù)利用及糧食生產(chǎn)直接相關(guān)。因此，本文全面分析了朝陽市2008-2021年農(nóng)業(yè)用水變化特征及其關(guān)鍵影響因素，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和水資源合理配置提出科學對策，旨在為朝陽市農(nóng)業(yè)節(jié)水工作的順利開展和貫徹落實提供一定支持。

1 研究區(qū)概況

朝陽市位于遼寧省西部，地處E118°50′至121°20′、N40°35′至42°20′之間，總面積19736km2。近年來，朝陽市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，生態(tài)水產(chǎn)、畜牧養(yǎng)殖、有機瓜菜和優(yōu)質(zhì)糧食等特色產(chǎn)業(yè)逐步提升。大凌河、青龍河、小凌河和老哈河是朝陽市的主要河流，多年平均地表徑流量13.22億m3，境內(nèi)溝渠成網(wǎng)，農(nóng)業(yè)灌溉以渠首引水為主，灌溉水有效利用系數(shù)0.508。受限于特殊的地理環(huán)境，當?shù)貧夂驐l件蒸發(fā)強烈，少雨干旱，2019年全市總用水量為45617.0萬m3，其中農(nóng)田灌溉19475.0萬m3，林牧漁畜7211.8萬m3，工業(yè)用水5893.5萬m3，城鎮(zhèn)公共用水3245.7萬m3，居民生活用水8909.1萬m3，生態(tài)環(huán)境用水881.9萬m3。總體而言，朝陽市存在水資源利用效率低、用水失衡和水資源總量不足等問題，受大、小凌河分水和來水量持續(xù)偏枯約束仍具有較大的水資源缺口。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)朝陽市實際情況和相關(guān)文獻資料，選擇工業(yè)產(chǎn)值比重Z1、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值比重Z2、主要糧食單產(chǎn)Z3、農(nóng)業(yè)機械總動力Z4、水產(chǎn)品產(chǎn)量Z5、畜產(chǎn)品產(chǎn)量Z6、糧食產(chǎn)量Z7、有效灌溉面積Z8、播種面積Z9、總?cè)丝跀?shù)Z10、年均氣溫Z11、年降水量Z12等因素分析農(nóng)業(yè)用水變化特征，相關(guān)數(shù)據(jù)來源于歷年《朝陽市統(tǒng)計年鑒》、《朝陽市水資源公報》、《朝陽市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》等資料，初始 數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 2011～2020年朝陽市相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

2.2 灰色關(guān)聯(lián)法

灰色關(guān)聯(lián)法主要是利用關(guān)聯(lián)度反映不同因素之間的大小、強弱和次序關(guān)系，即充分考慮各因素間的相似或相異發(fā)展態(tài)勢描述其關(guān)聯(lián)程度，關(guān)聯(lián)程度越高則相似度越高，其計算流程如下：

步驟1：構(gòu)造數(shù)據(jù)序列。設(shè)子序列xi(t)、x0(t)母序列代表數(shù)據(jù)中的自變量和因變量，從而構(gòu)造初始數(shù)據(jù)矩陣Z，即：

步驟2：歸一化處理。為消除子序列與母序列之間的不可通透性，增強不同單位的數(shù)據(jù)序列可比性，利用下式對初始數(shù)據(jù)進行歸一化處理，

步驟3：絕對差值的計算。采用下式計算母序列與子序列之間的絕對差值，并構(gòu)建覆蓋各因素的差序列：

其中，i=1，2，……，n；t=1，2，……，m。步驟4：關(guān)聯(lián)系數(shù)計算。設(shè)公式（3）計算的最大值和最小值為△max、△min，則關(guān)聯(lián)系數(shù)計算方法如下：

式中：k為分辨系數(shù)，取值區(qū)間0～1，為保證關(guān)聯(lián)度分析合理性k取0.5。

步驟5：關(guān)聯(lián)度計算。設(shè)ζ0i為子序列與母序列的關(guān)聯(lián)度，ζ0i值越大則關(guān)聯(lián)程度越高，相應(yīng)的擬合效果越好，其表達式為：

3 農(nóng)業(yè)用水變化及其影響因素

3.1 農(nóng)業(yè)用水變化特征

2011～2020年朝陽市農(nóng)業(yè)用水量變化趨勢如圖1所示。

圖1 2008～2021年朝陽市農(nóng)業(yè)用水量

從圖1可以看出朝陽市農(nóng)業(yè)用水量總體處于10.02億～11.65億m3的范圍，其多年平均值為10.86億m3，整體表現(xiàn)出波動減小趨勢。具體來講，2011-2015年農(nóng)業(yè)用水量波動減小，從最高的11.28億m3波動下降到2015年的10.25億m3；2016年有提高到11.65億m3，2016-2018年變化不大，此期間農(nóng)業(yè)用水量平均值11.37億m3；2019年再次下降到10.02億m3，2020年小幅回升，2019-2020年農(nóng)業(yè)用水量平均值10.24億m3，略小于多年平均值。累積距平曲線表明，2011-2020年共出現(xiàn)2次先增大后減小的變化趨勢，2011-2012年呈增大趨勢，2012-2015年呈現(xiàn)出減小趨勢，總體呈小幅波動減小趨勢；2015-2018年的上升趨勢非常明顯，隨后又出現(xiàn)明顯的回落，相對而言2016-2018的農(nóng)業(yè)用水量較高。

3.2 灰色關(guān)聯(lián)度及排序

采用灰色關(guān)聯(lián)法計算朝陽市農(nóng)業(yè)用水變化個影響因素的關(guān)聯(lián)度與排序，如表2所示。

表2 各影響因素灰色關(guān)聯(lián)度及排序

由表2可知，關(guān)聯(lián)度＞0.8的因素共有5項，其中農(nóng)業(yè)用水量變化與糧食產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度最高達到0.808，顯著高于水產(chǎn)品及畜產(chǎn)品摻量的關(guān)聯(lián)度，表明農(nóng)業(yè)用水量變化在很大程度上取決于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)；在關(guān)聯(lián)度排序上，主要糧食單產(chǎn)和農(nóng)業(yè)機械總動力2項反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的指標分別排在第4位、第2位，表明朝陽市農(nóng)業(yè)用水變化受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平影響顯著；農(nóng)業(yè)用水量變化與有效灌溉面積的關(guān)聯(lián)度達到0.791，排在第3位，農(nóng)業(yè)用水大戶即灌溉用水產(chǎn)生重要影響；農(nóng)業(yè)產(chǎn)值比重的關(guān)聯(lián)度排序為第5位，說明產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整使得各類用水產(chǎn)生相互制約，農(nóng)業(yè)用水變化在一定程度上受工業(yè)發(fā)展用水量增加的影響，其它指標關(guān)聯(lián)度相對較低，特別是年降水量關(guān)聯(lián)度最小只有0.562，該研究結(jié)論與相關(guān)研究不同，深入分析可知2011～2020年朝陽市年降水變率較大，較大的變幅必然使其對農(nóng)業(yè)用水變化的貢獻較低，這也表明朝陽市農(nóng)業(yè)用水變化受降水量的影響程度正不斷減小。

3.3 影響因素分析

3.3.1 有效灌溉面積如圖2所示。

圖2 朝陽市農(nóng)業(yè)用水與糧食作物變化特征

從圖2可知，2011-2020年，朝陽市糧食作物播種面積整體呈上下波動態(tài)勢，其中2011～2017年表現(xiàn)出波動減小趨勢，2018-2020年表現(xiàn)出波動上升趨勢，該變化特征與朝陽市農(nóng)業(yè)用水變化基本一致。2011-2020年，朝陽市經(jīng)濟作物種植面積、有效灌溉面積和農(nóng)作物總播種面積整體呈增加趨勢，其中2012-2015年的有效灌溉面積波動變化不明顯，2016年明顯上升到8.55萬hm2，農(nóng)業(yè)用水量也隨之明顯增加，2016-2020年呈逐年增加趨勢，該變化趨勢與農(nóng)業(yè)用水量基本相同。

3.3.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的提高既有利于抑制農(nóng)業(yè)用水量增加、減小單位農(nóng)業(yè)產(chǎn)值耗水量以及提高農(nóng)業(yè)用水效率，如噴灌、滴灌等節(jié)水技術(shù)，還具有擴大農(nóng)業(yè)用水范圍和促進農(nóng)業(yè)用水量增大的作用，如擴大農(nóng)田水利灌溉面積等。從圖1可以看出，朝陽市農(nóng)業(yè)機械總動力表現(xiàn)出逐漸上升趨勢，不同年份的增幅具有明顯差異，2016年以前增幅較為明顯，年均增長幅度達到10萬kW以上，2016年以后增幅逐漸放緩，并且研究期前半段朝陽市主要糧食產(chǎn)量存在較大波動，而后期相對平穩(wěn)，該變化趨勢與農(nóng)業(yè)用水量變幅存在密切聯(lián)系。

圖3 朝陽市農(nóng)業(yè)用水與農(nóng)業(yè)機械總動力變化特征

3.3.4 氣象條件

農(nóng)業(yè)用水量受降水變化和氣溫的影響較大。從氣溫變化上，氣溫升高會增大作物蒸騰量及土壤蒸發(fā)量，相應(yīng)的農(nóng)業(yè)需水量也會增大；從降水變化上，灌溉用水需求量隨著降水量的減少而增加。

從圖4可以看出，朝陽市2013年、2019年、2020年溫度明顯偏高，并且降水量相對減低，這在一定程度上增大了農(nóng)業(yè)用水量，與降水和氣溫影響作用基本保持一致。

圖4 朝陽市農(nóng)業(yè)用水與氣候條件變化特征

4 結(jié) 論

1）2011-2020年，朝陽市農(nóng)業(yè)用水變化受種植結(jié)構(gòu)、灌溉面積、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和氣象條件等因素影響較大，整體表現(xiàn)出波動減小趨勢。研究期間，朝陽市有效灌溉面積和農(nóng)作物總播種面積呈上升趨勢，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量也有所增加，但農(nóng)業(yè)用水量呈現(xiàn)出穩(wěn)中緩降的趨勢，由此表明農(nóng)業(yè)用水效率不斷提高。

2）隨著朝陽市西部低山丘陵區(qū)新開耕地面積的增加以及城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的快速推進，加之未來凌河流域來水的逐年減少和未來氣溫的上升趨勢，朝陽市將面臨著更加突出的農(nóng)業(yè)用水短缺矛盾，為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全，必須適度增加飼草、瓜菜等經(jīng)濟比例，進一步優(yōu)化作物種植結(jié)構(gòu)。此外，為促進朝陽市農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，還要進一步提升農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)效率、增強農(nóng)民節(jié)水意識以及夯實基層水利服務(wù)基礎(chǔ)。

3）本文沒有深入探討農(nóng)業(yè)用水量與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率之間的關(guān)系及其受農(nóng)業(yè)水價的影響，今后仍需進一步研究農(nóng)業(yè)用水與更多的農(nóng)業(yè)投入指標之間的綜合關(guān)系。