姚治君，林耀明，高迎春，唐青蔚

（中国科学院 地理科学与资源研究所，北京 100101）

提　要　华北平原现状农田灌溉水利用率为 43.1%，节水潜力较大。论文通过分区诊断与适应性农业节水技术评价计算，提出了 2010 年和 2030 年水平年分区适宜性农业节水技术发展的综合排序，并以现状为基点，计算与分析了两个水平年分区不同农田灌溉技术的发展规模和相应的节水量。

关键词　华北平原；适宜性；节水技术；潜力

中图分类号　S275

文献标识码　A

文章编号　1000－3037(2000)03－0259－06

1 研究区域及分区概况

　　本研究区界定为北纬 34°～42°，东径 113°～119°之间。北至北京的顺义县，西以太行山为界，南部以黄河为界，东临渤海。行政区域包括北京和天津两直辖市、河北省的平原地区，以及山东省的鲁北地区和河南省的豫北地区。总土地面积约 20.1万km²，总人口约 1.13 亿。

　　适宜性农业节水技术与区域的自然、社会经济条件及水资源供需状况等密切相关，具有明显的区域相对差异性和区内相对一致性的特点。在充分考虑县级，特别是省（市）级行政区界、流域水系相对完整及区内社会经济发展水平悬殊不大、水资源条件与农业发展途径基本相同的基础上，以①干燥度指标 (K)：相同频率与时段下降水量与可能蒸发量的比值；②耕地灌溉率（β）：有效灌溉面积与耕地面积的比例；③缺水量指标（η）：单位播种面积平均作物需水量与可供水量比例；④经济指标（θ）：农业人口人均粮食产量；⑤地域指标（α）：省（市）和县与流域的一致性程度等为分区计算指标，计算指标经归一化处理后，采用线性加权法为计算方法，将研究区划分为 5 个不同的适宜性节水技术区（表 1）。

表 1 1995年不同适宜性节水技术区基本情况
Table 1 Basic conditions of water-saving technological regions with different suitabilities in 1995

2 分区现状年（1995 年）水资源利用状况与农田灌溉需水量

2.1 水资源量与分区用水结构

　　根据分析计算，研究区现状年（1995 年实际）可供地表水资源量约为 184.8亿m³，地下水资源量约为 178.1亿m³，扣除重复计算量，本区水资源总量约为 270.5亿m³；而本区现状年实际总用水量，即水利工程当年提供的实际水资源使用量约为 343.6亿m³，计超额使用水资源量 73.1亿m³（其中引黄水量约 52亿m³）。在现状年实际总用水量中，农业用水 261.3亿m³、工业用水约 43.9亿m³、生活用水约 32.8亿m³，分别占总用水量的 76.0%、12.8% 和 9.5%，说明农业用水仍是本区实际用水量中的大户（表 2）。

表 2 分区 1995 年水资源及其利用状况
Table 2 The situation of water resources utilization in sifferent regions in 1995

　　从分区行业用水占总用水的比例来看，京津冀东区因包含了北京、天津两大直辖市及唐山、秦皇岛、廊坊等河北省的大中城市，属研究区经济高度发达地区，城市与工业化水平较高，其工业与生活用水占总用水的比例分别达到 19.0% 和 17.8%，而农业用水比例仅占总用水的 61.7%，为各区中的最低值。从发展的角度来看，京津冀东区现状年行业用水的比例及其变化关系，亦是其它区需要逐步面对和经历的过程。

2.2 分区农作物灌溉需水量

　　农作物灌溉需水量的计算涉及降雨、作物种类、播种面积及相关的气候因素，单位面积上的作物需水量 (ETc) 是根据各作物生长期不同时段的蒸发蒸腾量（EToi，由彭曼公式求得）乘以相应时段的作物系数（Kci) 并求和得到的。根据现状年（1995 年）分区作物结构、中等干旱年降雨的年内分配及不同作物单位面积需水量，求得的分区农作物实际净灌溉需水量（表 3）。

表 3 中等干旱年华北平原分区农作物实际净灌溉需水量
Table 3 The regional crop net water demands for irrigation in moderate dry year in North China Plain

3 分区适宜性农业节水技术分析

3.1 计算指标量化与评价方法

　　适宜性农业节水技术的综合评价，包含着多目标决策问题，需要解决的一个重要的问题是对所有指标进行统一尺度下的量化处理。指标量化可分成 3 个层次：①定量指标的量化；②定性指标的量化；③建立定性定量指标在统一尺度下的量化。

　　本文采用专家估测法（特尔菲法）为指标量化和综合评价的主要方法。特尔菲法的实质就是反馈与函询的调查，其评估结果主要由两种统计方式获得：①若调查的问题希望专家回答的是数，则用调查结果的中位数表示倾向性意见，并以上四位数和下四位数之差表示意见一致性程度；②若不要求专家对评价方案给出数字，而是优劣评价或排序，这时把不同专家评定的不同方案的名次相加，得到该方案的排序和，其中排序总和值最小的方案为专家的倾向性方案。其中，第二种方法通常采用一个 0～1 的数值来检验专家意见的一致性程度，称“一致性系数”，该系数越接近 1，说明专家意见越集中，反之则相反。一致性系数的计算公式为：

式中，C 为一致性系数；S 为专家排序总和的方差和；m 为专家数目；n 为方案数目。

3.2 分区适宜性农业节水技术评价指标

　　综合考虑评价指标的同一性和统一尺度下的量化，确定：①国家政策；②工程投资；③年运行费；④灌溉效益；⑤内部回收率；⑥水利用率；⑦土地利用率；⑧作物生产率；⑨管理；⑩群众满意度为评价的计算指标，这 10 个计算指标又各自由若干个亚指标组成，亚指标需首先计算确定，以便其主指标的量化和权重的计算。评价的技术指标主要根据灌溉方式分为管道灌溉、喷灌、沟畦灌溉、膜上灌、渠道衬砌、微灌、注水灌溉、其它节水灌溉和地面灌溉。

　　评价计算中，横向权重计算是在各参数经归一化计算处理后，通过数理统计的权重分析方法确定的；纵向权重，即被评价的技术指标是各评价指标综合作用的结果，采用“3.1”中的方法计算求得。

3.3 适宜性农业节水技术评价结果与分析

　　现状年各项指标的量化结果、权重系数、约束条件及综合评价结果计算实例见表 7。其中计算的综合系数是反映和检验被评价的技术指标综合程度高低的系数，其值介于 0～10 之间，越接近于 10 综合程度越高，反之则相反。本例计算的综合系数为 4.24, 说明现状条件下华北地区农业水资源利用技术仅处中下水平，农业水资源高效利用的潜力很大。从计算结果可得到如下分析。

表 7 华北平原现状年各项指标量化结果、权重系数、约束条件及综合评价结果实例
Table 7 Integrated evaluating coefficients and the calculated results in North China Plain in 1995

　　(1) 农业水资源高效利用技术的综合排序：微灌→注水灌溉→膜上灌→喷灌→沟畦灌溉→管道灌溉→渠道衬砌→地面灌溉。微灌、注水灌溉、膜上灌及喷灌的综合优势较明显，但受投资、管理运行等条件的限制，尚难大面积应用，现状条件下，上述灌溉技术占有效灌溉面积的比例分别仅为 0.12%、0.1%、4.22% 和 3.26%。

　　(2) 根据对华北地区农业水资源利用技术的资料分析与实地考察，本区仍以地面灌溉为主要方式，地面灌溉（含沟畦灌溉）面积占总有效灌溉面积的近 53.18%。改进的地面灌溉方式——沟畦灌溉，占有效灌溉面积和地面灌溉面积的比例分别为 29.28% 和 55.06%, 仍是本区近期节水的重要方式之一，但应以提高自身的节水率为主，面积则不宜扩大；其次，管道灌溉和渠道衬砌灌溉占有效灌溉面积的比例分别为 25.83% 和 8.27%，而且进一步扩大的潜力亦很大。第三，膜上灌、微灌、喷灌和注水灌溉等，在本区具有良好的应用基础，近期亦可积极推广，适当扩大应用面积。

　　经综合计算与分析，得到华北平原不同水平年适宜性节水灌溉技术的排序如下。需要指出的是，因各分区条件不同，排列次序与建设规模略有不同。

　　近期（至 2010 年）本区适宜的农业水资源高效利用技术应用与推广的优先排列次序为：管道灌溉→渠道衬砌→沟畦灌溉→膜上灌→喷灌→微灌→注水灌溉→其它节水灌溉方式→地面灌溉。

　　中远期（2010～2030 年）在农业水资源投入增加、管理水平和群众节水意识增强等的前提下，通过市场机制的调节，努力消除纯地面灌溉方式，基本实现农业水资源的高效利用。本区适宜的农业水资源高效利用技术应用与推广的优先排列次序参照如下：管道灌溉→喷灌→微灌→渠道衬砌→膜上灌→注水灌溉→沟畦灌溉→其它节水灌溉方式→地面灌溉。

4 分区节水潜力分析

　　分区节水潜力计算与分析是在假定区内有效灌溉面积与农田灌溉供水等条件不变的前提下进行的，采用中等干旱年条件下的农作物灌溉净需水量，2010 年和 2030 年灌溉水利用率预期目标值分别为 55% 和 65% 左右。

4.1 不同水平年分区适宜性农业节水工程结构分析

　　由于现状年各分区相同类型工程灌溉面积占有效灌溉面积比例的差异较大，各分区间不同水平年面积增减比例的计算值变化也较大。如现状年豫北区沟畦灌溉比例高达 63.13%（占有效灌溉面积的比例，下同），2010 年和 2030 年分别减到 28.64% 和 10.35%；而鲁北区这一比例仅为 6.58%。

　　与现状年相比，2010 年节水灌溉工程控制面积比例由原来的 76.1% 增加到 88.37%，即减少了 12.27% 的地面灌溉面积，地面灌溉实际控制面积由 23.90% 降为 11.62%。从各类工程控制面积的增减比例来看，沟畦灌溉因其所占比例较大、节水程度相对较低，应呈逐步减少的趋势，减少比例为 9.86%（占有效灌溉面积比例）；管灌、渠道衬砌和喷灌的增加比例分别为 11.22%、5.40% 和 4.04%。

　　与 2010 年相比，2030 年节水灌溉工程控制面积比例由原来的 88.37% 增加到 95.46%，即地面灌溉实际控制面积由 11.62% 降为 4.53%。取而代之的是节水程度较高的喷灌、管灌、渠道衬砌和微灌等工程技术。

　　2010 年和 2030 年中等干旱年华北平原分区农业节水工程面积分别见表 4 和表 5。

表 4 2010年中等干旱年华北平原分区农业节水工程面积 (10³hm²)
Table 4 The area of regional water-saving agricultural engineering in moderate dry year of 2010 in North China Plain

表 5 2030年中等干旱年华北平原分区农业节水工程面积 (10³hm²)
Table 4 The area of regional water-saving agricultural engineering in moderate dry year of 2030 in North China Plain

4.2 不同水平年分区农田灌溉供需平衡与节水量分析

　　华北平原现状年农田灌溉毛供水量为 261.3亿m³，占总供水量的 76.0%，按现状年（1995 年实际）作物结构，本区中等干旱年农田灌溉净需水量为 193.37亿m³，现状年 5 个区平均灌溉水利用率为 43.1%，净供水量为 112.74亿m³，净缺水 80.66亿m³，净缺水率（净缺水量/净需水量，下同）为 41.72%。其中豫北区和黑龙港区净缺水率分别高达 59.33% 和 57.54%；京津冀东区和鲁北区净缺水率则相对较小，分别为 25.67% 和 23.14%（表 6）。

表 6 不同水平年分区灌溉水利用率、节水量和缺水量
Table 6 Regional irrigation water use efficiency, water-saving amounts and shortage amount in different water deficiency risk years

　　假定农田灌溉供需水量不变，2010 年与现状年相比，灌溉水利用率可提高到 54.3%，农田灌溉净供水量为 141.88亿m³，净缺水量为 50.96亿m³，净缺水率降到 26.35%，节水量为 29.7亿m³。

　　通过近 30 年的努力，至 2030 年，灌溉水利用率可望提高到 65%，与现状年相比提高 21%。2030 年农田灌溉净供水量为 169.83亿m³，灌溉工程节水量为 57.22亿m³。净缺水量为 23.48亿m³，净缺水率降至 12.14%。其中，京津冀东与鲁北区平衡有余，可积极扩大灌溉面积；而豫北区和黑龙港区因水源工程供水不足，净缺水率仍分别高达 33.62% 和 35.69%。

4.3 结论与分析

　　华北平原现状年农田灌溉水利用率为 43.1%，高于全国平均水平，但节水潜力仍然较大。分区适宜性节水灌溉技术的选择应综合考虑经济政策、资金、管理水平、水价调控、群众意识等因素，逐步实施。近期，应以扩大与发展中等技术程度的灌溉工程为主，使农田灌溉水利用率达到 55% 左右；中远期，应在稳定与扩大已有工程的基础上，加大喷灌、微灌等的实施力度，基本消除大水漫灌的灌水方式，使农田灌溉水利用率达到 65% 左右。

　　华北平原各区农田灌溉应各具自己的发展模式，并应与其它措施相结合，如土壤水利用、农业综合节水、作物结构调整等。2030 年京津冀东区与鲁北区农田灌溉具一定的余水量，应积极稳妥地扩大灌溉面积。

　　华北平原属资源型缺水地区，在有些地区内扩大供水水源的量值有限。此外，农业用水比例逐步减少的趋势在中短期内很难得到改变，有些地区的农业用水供需矛盾在今后相当一段时期内亦很难得到根本缓解。

参考文献

1	胡毓骐，等．华北地区节水型农业技术[M]．北京：中国农业科技出版社，1995
2	刘昌明，等．中国 21 世纪水问题方略[M]．北京：科学出版社，1996
3	姚治君，等．有限供水条件下农田灌溉时量优化[J]．自然资源学报，1993,8(2)：142～149

第一作者简介

姚治君 (1959－)，男，辽宁省沈阳市人，研究员，中国科学院水问题联合研究中心副主任，主要从事水资源及其相关领域的科研工作。

*	中国科学院“九五”生态环境院重大 A 类项目课题 (KZ951－A1－203－03) 资助。