喀什噶爾灌區(qū)動(dòng)態(tài)地下水位與灌溉農(nóng)業(yè)關(guān)系研究

蔣海英，黃勁柏

（新疆喀什噶爾河流域管理局，新疆 喀什844000）

近年來，我國(guó)西北干旱半干旱地區(qū)灌區(qū)地下水超采、地下水位下降以及水資源短缺問題日益突出，灌區(qū)是水資源系統(tǒng)與作物系統(tǒng)構(gòu)成的耦合、復(fù)雜的水文生態(tài)系統(tǒng)，地下水資源超采和過度開發(fā)利用將對(duì)水文生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生極其不利影響。隨著喀什噶爾灌區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)改變，農(nóng)業(yè)灌溉與地下水資源不合理的開采利用，導(dǎo)致地下水位嚴(yán)重下降，已嚴(yán)重影響到灌區(qū)水資源良性循環(huán)、灌區(qū)生產(chǎn)生活正常供水及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，節(jié)水與養(yǎng)水才是灌區(qū)農(nóng)業(yè)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

現(xiàn)有的研究成果大多從灌區(qū)地表及地下水資源的利用量出發(fā)進(jìn)行研究，對(duì)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)影響地下水資源的分析很少，尤其對(duì)灌溉農(nóng)業(yè)對(duì)地下水的長(zhǎng)期影響研究成果更少[1]。針對(duì)當(dāng)前喀什噶爾灌區(qū)作物種植和地下水利用的實(shí)際情況，借助長(zhǎng)系列資料研究作物種植結(jié)構(gòu)對(duì)地下水位的動(dòng)態(tài)影響機(jī)制，對(duì)于深入總結(jié)農(nóng)業(yè)用水規(guī)律并促進(jìn)灌區(qū)水資源合理利用和可持續(xù)發(fā)展意義重大。

1 灌區(qū)概況

喀什噶爾灌區(qū)為全國(guó)第七大灌區(qū)，屬于新疆喀什噶爾河流域，位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，塔里木盆地西緣。灌區(qū)主要水源地為克孜河、蓋孜河、庫山河、依格孜牙河、恰克馬克河五大河流，總徑流量45.92億m3。灌區(qū)行政區(qū)域包括喀什地區(qū)的喀什市、疏附縣、疏勒縣、岳普湖縣、英吉沙縣、伽師縣，克孜勒蘇柯爾克孜自治州的阿圖什市、阿克陶縣、烏恰縣，以及新疆建設(shè)兵團(tuán)第三師的41團(tuán)、42團(tuán)、伽師總場(chǎng)、東風(fēng)農(nóng)場(chǎng)、紅旗農(nóng)場(chǎng)、托云農(nóng)場(chǎng)等共9個(gè)縣（市）、6個(gè)團(tuán)（場(chǎng)）?？κ哺翣柡恿饔蛎娣e8.18萬km2，2016年流域總?cè)丝?80.5萬人。灌區(qū)總土地面積2305.8萬畝，灌溉面積441.38萬畝，灌區(qū)水資源總量48.47億m3，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以糧食為主，其次為棉花、蔬菜、林果業(yè)、其它經(jīng)濟(jì)作物等。

喀什噶爾灌區(qū)為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)綠洲灌區(qū)，以農(nóng)業(yè)用水為主，長(zhǎng)期的大水漫灌導(dǎo)致地下水位上升，出現(xiàn)大面積此生鹽漬化，地下水埋深不足3 m的區(qū)域占灌區(qū)面積之比不斷上升（見圖1）。灌區(qū)從上世紀(jì)六十年代中期開始發(fā)展打井，井渠雙灌，以進(jìn)行此生鹽漬化治理，七十年代后，灌區(qū)地下水埋深不足3 m的區(qū)域占灌區(qū)面積之比降低到20%以內(nèi)，其中地下水埋深不足2 m的區(qū)域占灌區(qū)面積的比例僅為2%左右。上世紀(jì)八十年代后期，灌區(qū)地下水埋深不足3 m的區(qū)域占比重新擴(kuò)大，若干年份甚至高達(dá)50%，之后占比逐漸下降。

圖1 地下水埋深不足3 m的區(qū)域占灌區(qū)面積比例

喀什噶爾灌區(qū)地下水平均埋深變化特征見圖2。上世紀(jì)八十年代中期以前，灌區(qū)地下水平均埋深為4 m左右，之后地下水埋深逐漸增大，九十年代初為7 m，九十年代中期為11 m，2012年以來甚至達(dá)到15 m，比上世紀(jì)八十年代中期下降了11 m左右。1985年～1995年間是喀什噶爾灌區(qū)地下水埋深下降最為劇烈的時(shí)期，每年平均下降0.8 m。

圖2 喀什噶爾灌區(qū)地下水平均埋深變化特征

2 作物種植結(jié)構(gòu)變化特征

喀什噶爾灌區(qū)地下水位下降引起灌區(qū)渠灌面積和作物種植結(jié)構(gòu)變化。喀什噶爾灌區(qū)渠灌面積的變化分為三個(gè)階段：1950年～1960年為第一階段，灌區(qū)平均灌溉面積約5萬hm2；1961年～1980年為第二階段，灌區(qū)平均灌溉面積約10萬hm2；1981年～2000年為第三階段，灌區(qū)灌溉面積約7.84 hm2。

與灌區(qū)地下水位下降所引起灌區(qū)渠灌面積變化階段相對(duì)應(yīng)，作物種植結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出階段性特征（見圖3）：上世紀(jì)五十年代初棉花種植面積與糧食種植面積相同，各占總種植面積的50%；八十年代后，棉花種植面積開始減小，糧食和蔬菜種植面積開始增加，灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化；近年來，作物種植類型主要包括糧食和蔬菜，且以糧食為主。

灌區(qū)棉花種植面積在上世紀(jì)七十年代初期有所增加，并達(dá)到最大，而后逐年減少，2001年之后，棉花種植面積不足灌區(qū)面積的5%，此后不再統(tǒng)計(jì)。糧食作物在灌區(qū)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)中始終占絕對(duì)比重，上世紀(jì)六十年代中期和九十年代初都呈明顯增加趨勢(shì)。蔬菜種植于上世紀(jì)八十年代初才開始發(fā)展起來，2000年后代替了棉花成為灌區(qū)主要的經(jīng)濟(jì)作物，并且種植面積呈持續(xù)擴(kuò)大趨勢(shì)。

圖3 喀什噶爾灌區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)特征

3 地下水位動(dòng)態(tài)與作物種植的關(guān)系

喀什噶爾灌區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整后，農(nóng)業(yè)灌溉用水水質(zhì)和水量方面需求也發(fā)生了變化。上世紀(jì)八十年代以前，糧食和棉花是灌區(qū)的主要作物，灌溉主要采用地表水，作物種植面積增加引起地表水灌溉量持續(xù)增大。上世紀(jì)八十年代作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整后，棉花種植面積不斷減小，糧食和蔬菜種植面積增大，更多利用地下水灌溉。通過上世紀(jì)八十年代之前作物種植面積與灌溉面積關(guān)系曲線（見圖4）可以看出，隨作物種植面積增加，灌溉面積增大，兩者呈正向變動(dòng)關(guān)系，函數(shù)關(guān)系具體表示為：

式中：Fc為作物種植面積（萬 hm2）；Fi為實(shí)際灌溉面積（萬 hm2）。

圖4 上世紀(jì)八十年代之前作物種植面積與灌溉面積關(guān)系曲線

由圖4可知，上世紀(jì)八十年代前作物種植面積每增加1萬hm2，實(shí)際渠灌面積將增加約0.8萬hm2。

作物種植面積增加導(dǎo)致作物蒸發(fā)蒸騰量增大，由于渠灌主要消耗地表水資源，所以灌區(qū)地下水補(bǔ)給量增加，也就是說作物種植面積增加，蒸發(fā)、蒸騰量增大，但地下水位仍能保持基本穩(wěn)定狀態(tài)。上世紀(jì)八十年代灌區(qū)調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，棉花種植面積急劇減小，蔬菜種植面積快速增加，由于灌區(qū)蔬菜種植采用地下水灌溉，進(jìn)而導(dǎo)致地下水開采力度增大。蔬菜種植面積與地下水埋深的函數(shù)關(guān)系如下：

式中：d為地下水平均埋深（m）；Fv為蔬菜種植面積（萬hm2）。

隨著蔬菜種植面積增大，地下水埋深也增加，通過計(jì)算可知，蔬菜種植面積每增大1萬hm2，地下水埋深將增大3.5 m。

4 結(jié)果分析

喀什噶爾灌區(qū)地下水排泄量大于補(bǔ)給量造成地下水位不斷下降，灌區(qū)地下水主要依靠降水和河道水滲漏、渠系水與田間灌溉補(bǔ)給，而主要通過農(nóng)業(yè)灌溉開采和蒸發(fā)排泄。從喀什噶爾灌區(qū)年降水量曲線（見圖5）可知，灌區(qū)降水呈不顯著的下降趨勢(shì)，所以降水對(duì)灌區(qū)近年來地下水位急劇下降并無太大影響。從灌區(qū)渠灌面積曲線變動(dòng)可知，近年來，灌區(qū)渠灌面積始終位于較低水平，實(shí)際灌溉面積不足5萬hm2，地表水灌溉利用量及其對(duì)灌區(qū)地下水的補(bǔ)給嚴(yán)重不足。

從灌區(qū)蒸發(fā)量曲線（見圖6）可知，上世紀(jì)八十年代中期至九十年代末，灌區(qū)年蒸發(fā)量呈顯著增加趨勢(shì)，平均每年增加35 mm左右，蒸發(fā)量的變動(dòng)趨勢(shì)與地下水埋深下降趨勢(shì)基本一致，蒸發(fā)量增加導(dǎo)致灌區(qū)地下水埋深平均下降8.42 m。

圖5 喀什噶爾灌區(qū)年降水量曲線

圖6 喀什噶爾灌區(qū)蒸發(fā)量曲線

灌區(qū)地下水開采量急劇增加導(dǎo)致井渠灌溉比例嚴(yán)重失調(diào)也是導(dǎo)致喀什噶爾灌區(qū)地下水位急劇下降的原因，但深層次原因是灌區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，上世紀(jì)八十年代中后期灌區(qū)蔬菜種植面積的增加直接導(dǎo)致地下水開采量增大，地下水位降低，進(jìn)而導(dǎo)致作物蒸發(fā)蒸騰量以及地下水的無效消耗增加，灌區(qū)地下水便處于“入不敷出”的失衡狀態(tài)[2]。除農(nóng)業(yè)灌溉之外，隨著灌區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度的加快，工業(yè)、服務(wù)業(yè)等行業(yè)用水量不斷增加，按照萬元GDP消耗水量100 t估算，灌區(qū)2016年、2017年年消耗水量8億m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出地下水資源的承載能力[3]。

5 結(jié)論

喀什噶爾灌區(qū)地理位置較為優(yōu)越，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速，但是灌區(qū)面臨地下水資源嚴(yán)重超采問題，地下水位急劇下降，尤其是上世紀(jì)八十年代種植結(jié)構(gòu)調(diào)整以來地下水位下降態(tài)勢(shì)更為劇烈。地下水超采為地下水位下降的主要原因，但并非根本原因，就喀什噶爾灌區(qū)而言，導(dǎo)致地下水位急劇下降的根本原因在于作物種植結(jié)構(gòu)變化。上世紀(jì)八十年代灌區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整后，蔬菜種植面積增大，用于蔬菜灌溉的地下水開采量隨之增加。針對(duì)喀什噶爾灌區(qū)地下水為急劇下降的情況，必須盡快調(diào)整和優(yōu)化作物種植結(jié)構(gòu)，增加節(jié)水作物種植，減少地下水資源無謂消耗，促進(jìn)地下水資源良性循環(huán)。同時(shí)，修建灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程，有效提高引水保證率和用水效率，為灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造良好的灌溉條件，保障灌區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需，提高灌區(qū)人民群眾生活水平，為灌區(qū)的社會(huì)穩(wěn)定和長(zhǎng)治久安奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。