宁蒙引黄灌区用水规律分析

1宁蒙引黄灌区用水规律分析摘要：宁蒙引黄灌区用水“大引大排”的灌溉方式，造成灌溉水利用系数低，灌区用水量大，已成为黄河干流水资源短缺的重要原因。灌区地下水位长期保持在较高的水平，地下水以潜水蒸发形式消耗，促使深部的盐分不断向土壤表层积聚，诱发了土壤次生盐碱化。在灌区用水的年际变化和年内分配特性分析的基础上，分析区域用水特点及其影响因素，通过定量研究区域水平衡要素间的相互制约和转化关系，揭示人类活动影响下引黄灌区耗水规律和水平衡机制。关键词：宁蒙、黄河、引黄灌区、灌溉、用水分析宁蒙引黄灌区降水稀少，方便的引水环境，已成为发展引黄灌溉优越的优势条件。近年来，灌区进行土地平整、调整渠系、维修配套、兴建排水工程等，灌区建设有很大发展。特别是青铜峡、三盛公大型水利枢纽工程的修建，结束了无坝引水的历史，灌溉保证率有了很大提高，使有效灌溉面积增至8588.8km2（1289.6万亩），约占宁夏、内蒙古河套灌区有效灌溉面积的89.2%，成为全国重要的商品粮基地。宁蒙灌区自流排灌，水资源紧缺和用水浪费现象同时并存，亩均耗水量大，引水量占全河总引水量的50％左右。作物地下水利用率低、田间灌水管理水平差，随着黄河流域水资源短缺问题日益突出，宁蒙河段已成为黄河水资源管理的关键河段。1宁蒙引黄灌区概况宁蒙引黄灌区干旱少雨，蒸发强烈，多年平均降水量155mm～225mm，多年平均蒸发量1550mm～2000mm。干旱是影响该区农牧业发展的主要因素，是典型的“无灌溉即无农业”的地区。宁夏灌区由于黄河河道的自然分界，卫宁灌区又划分为河南灌区和河北灌区，青铜峡灌区又划分为河东灌区和河西灌区。在自流灌区边沿，受地形影响无法自流灌溉，又陆续发展了青铜峡灌区的扁担沟、五里坡、狼皮梁、甘城子，以及卫宁灌区的碱碱湖等扬水灌区。此外，为了解决黄土丘陵和台地地区灌溉用水，又陆续发展了南山台子、同心、固海、红寺堡、盐环定等扬水灌区。内蒙古引黄灌区由河套灌区、黄河南岸灌区、磴口扬水灌区、民族团结灌区、麻地壕扬水灌区、滦井滩灌区及沿黄小灌区组成。灌区现状情况详见表1－1。表1－12002年宁蒙灌区情况省区灌区名称总人口（万人）农业人口（万人）耕地面积（km2）有效灌溉面积（km2）粮食产量（万t）农业总产值（亿元）宁夏青铜峡2631663066.72800165.256.41卫宁17.9316.61489.3417.829.688.37小计280.93182.6135563217.8194.8864.78内蒙古河套165.32107.85743.65156.1144.0545.99南岸7.286.71330.7214.98.673.85小计172.6114.516074.35371152.7249.84合计453.53297.129630.38588.8347.6114.622在灌区引黄水和当地地下水两水利用中，引黄水量最多，宁蒙引黄灌区占94％；内蒙古河套灌区2000年以前占97％，2000年以后，引黄水量占比下降至85％。宁夏农业用水量占总引黄水量的97.34％，工业用水量占总用水量的比例平均约为2.66％；内蒙引黄灌区农业用水量所占比例更大，几乎占总引黄水量的98％，工业用水只占2％左右。宁夏引黄灌区引黄水量的用水高峰期主要集中在5～10月份，占全年引水量的81.72％；内蒙古引黄灌区5月份引水量达到最大值，占全年的19.72％，5～6月夏灌用水量占全年35.37％；7～9月为秋灌时期占全年的38.92％；秋浇是储水灌溉，从9月下旬至11月上旬进行，其用水量占全年用水量30％以上。2宁蒙灌区种植结构与用水特点宁蒙引黄灌区当地地表径流量很小，且季节性强，基本不能利用。沿黄灌区地下水主要有降水入渗补给、山丘区山前侧向补给和地表水渗漏补给，有部分地下水可利用量。黄河是宁蒙引黄灌区的主要灌溉水源，据1956年～2000年系列资料统计，下河沿水文断面多年平均径流量306.8亿m3，石嘴山水文断面多年平均径流量287.0亿m3，头道拐水文断面多年平均径流量229.1亿m3。按照1987年国务院批准的黄河可供水量分配方案，在南水北调工程实施前，宁夏可耗用黄河水量40.0亿m3，内蒙古可耗用黄河水量58.6亿m3。宁蒙河套引黄灌区通常是秋末冬初储水灌溉，用水量占全年灌溉用水的40%左右；作物生长期内的灌溉是，“头水满，二水赶，三水四水洗个脸”。这种灌溉方式主要是降低作物根层土壤溶液盐分浓度的需要，并非每次灌溉前土壤墒情不足；因此是适应土壤盐渍化条件下农业生产特殊需要的灌溉方式，不是由于干旱，土壤水分不足需要的灌溉方式。这种灌溉方式由于灌水次数多、灌水量大，引起地下水位升高和土壤盐渍化；而土壤盐渍化又需要多次灌水和灌大水，形成恶性循环。2.1种植结构2002年宁夏引黄灌区种植面积3556.1km2，其中粮食种植面积占74.31％，经济作物占15.8％，林、草占9.89％，农、林、草的比例为90：8：2。内蒙古引黄灌区主要以农业种植业为主，占总面积的80％以上，农业种植业中以粮食为主。河套灌区农、林、草灌溉面积比例为91.36:3.46:5.18，其中粮食作物占64.41％，经济作物占26.95％。黄河南岸灌区农、林、草灌溉面积比例为83:10:7，其中粮食占41.5％，经济作物占41.5％。2.2大引大排现象严重，水资源利用效率不高受引水条件便利和传统用水方式影响，灌区采用大引大排的灌排模式，如宁夏引黄灌区排引比达0.57，加之水利工程老化和配套设施较差、水费相对低廉、节水意识淡薄等诸多因素影响，灌溉水量浪费严重，水资源利用效率低，目前灌区灌溉水利用系数不足0.4。2.3过分依赖黄河水，灌溉用水时间集中宁蒙引黄灌区农业灌溉过分依赖黄河水。例如宁夏灌区取用水量中97.6％为过境黄河水，当地水资源利用量仅占2.4％。宁蒙引黄灌区引水时间集中，主要集中在每年的4月中旬～9月下旬（主灌溉期）和10月下旬～311月下旬（冬灌期，秋浇期）两个阶段，年引水历时7～8个月，引水历时较长。退水量主要集中在灌溉期，非灌溉期退水量很小，灌溉期退水量约占年退水量的96％以上。2.4引水集中，退水分散宁蒙引黄灌区多为一首制灌区，农业用水时间集中，为满足农业用水需求，通过灌区渠首水利枢纽集中引水，而引黄退水却较为分散。灌区排水沟数量众多，其中直接入黄排水沟就达223条。3宁蒙引黄灌区用水分析宁蒙引黄灌区当地地表径流量很小，且季节性强，基本不能利用。沿黄灌区地下水主要有降水入渗补给、山丘区山前侧向补给和地表水渗漏补给，有部分地下水可利用量。黄河是宁蒙引黄灌区的主要灌溉水源。从1997年至2003年，宁夏灌区共开采地下水32.806亿m3，占总用水量的5.62％，但由于90年代末实施了黄河水量统一调度，对灌区的引用水量进行了分配，灌区引水量逐年减少，地下水开采量自1998年以后逐年增加，由1998年的4.101亿m3增加到2003年的5.255亿m3，增长了28.1％，占当年用水量的比例也从1998年的4.3％增加到2003年的8.5％；从各用水部门的变化情况看，地下水用水量增加最多的是农业用水，从1998年的0.325亿m3增长到2003年的1.467亿m3，增加了1.142亿m3，工业用水中地下水量有下降趋势,这是由于近年来国家搞西部大开发，工业企业提高了技术水平，水的循环利用率提高了，这从工业总用水量减少及地下水所占比重上升可以看出；城镇生活用水和农村人畜用水基本都是地下水，大致是呈增加的趋势。内蒙引黄灌区自然条件比宁夏更为恶劣，当地降水稀少，用水基本全部依赖黄河水，2000年以前，引黄水量占灌区用水总量的97％左右，地下水只占2％左右。2000年以后，国家对黄河水量实施统一调度，同时由于黄河来水连年偏枯，加上灌区引水高峰与上游甘肃、宁夏冲突，作物需水高峰季节引不到充足的黄河水。因此，当地政府在国家的支持下大力推行井灌，2002、2003年地下水的开采量分别比2000年之前的地下水开采量增加300％和400％，占当年总用水量的比例分别达到了11.49％和17.32％；农业用水量中地下水的变化趋势基本也体现了这一特点；工业用水量、城镇生活用水量和农村人畜用水量用水组成变化与宁夏灌区的情形类似。3.1年际用水量1991～1999年，宁夏引黄水量基本上处于微增长趋势，引水量从1991年的78.80亿m3增长到1999年的最大值87.82亿m3，之后，引黄水量呈缓慢下降趋势，从1999年的87.82亿m3减少到2003年的55.69亿m3；内蒙灌区的引水量一直呈现减少趋势，从1991年的引水量68.64亿m3减少到2003年的引水最小值41.01亿m3。总体而言1991～2003年，宁蒙灌区的引黄水量呈缓慢下降趋势。40.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00100.0019901992199419961998200020022004年份（年）引黄水量（亿方）卫宁灌区青铜峡灌区河套灌区宁夏灌区图3－1宁蒙灌区引黄水量过程线对年际变化的结果用四种不同的方法进行趋势分析，得表3－1：表3－1宁蒙灌区边际变化趋势检验表线性趋势回归分析坎德尔秩次相关检验斯波曼秩次相关检验检验U1.96计算U卫宁灌区-1.76青铜峡灌区-0.732内蒙灌区-3.41检验T2.232.23计算T卫宁灌区-5.95-1.63青铜峡灌区-5.25-1.05内蒙灌区-11.95-5.69从表3-1可以看出，三个灌区中，内蒙灌区的年际变化趋势最为明显，无论用哪一种趋势检验，其秩次相关系数均大于检验值，卫宁和青铜峡灌区则不是特别明显，尤其是用坎德尔秩次相关检验和斯波曼秩次相关检验时，变化趋势更加不显著。另外，通过量化分析，由于所有计算的秩次相关系数均呈负值，进一步验证了三个灌区的引黄水量均呈减少趋势。3.2年内用水量根据1991～2003年月引黄资料，绘制出宁蒙灌区不同时期引黄用水年内分配比例，如图3－2所示。可以看出，宁蒙灌区引水在时间上有明显的规律性。宁夏灌区：宁夏引黄灌区的灌溉制度分为：春灌（4月下旬～9月中旬）、停灌期（9月下旬～10月中旬）、冬灌期（10月下旬～11月中旬）。引黄灌区的作物组成、耕作制度、灌水季节等大同小异。稻旱轮作多为两段（一年稻、一年旱）或（二年稻、一年旱）。农事活动从2月下旬开始至10月底结束，约250天左右，由于农业生产中的耕作、栽培、良种培育等不断革新，小麦播种期比过去提前15～20天，水稻播种期比过去提前一个月。灌区开灌时间由过去的5月初提前到4月下旬，因此从图中可以看出：（1）春灌前1～3月份引水量为0；（2）春灌开始后，引水量开始急剧增加，54月份的引水量占全年引水量的6.82％，5月份引水量达到最大值，占全年的19.68％；（3）5～10月的引水量均超过了8.3％的月平均引水比例，占全年的81.72％；（4）9月下旬到十月下旬停灌一个月，此时引水量曲线图下降到一个较低值；（5）11月20日前冬灌结束，灌期共180天左右，冬灌结束后，引水量迅速下降，12月份的引水量为0。05101520250123456789101112月份（月）比例（％）宁夏灌区内蒙灌区宁蒙灌区123456789101112图3－2两个灌区月引水比例图内蒙古河套灌区：内蒙的灌溉制度分为夏灌（4～6月）、秋灌（7～9月中旬）、秋浇（9月下旬～11月上旬）三个阶段。从图中可以看出：（1）夏灌前1～3月份引水量为0；（2）夏灌开始后，引水量开始增加，4月份的引水量占全年引水量的2.75％，5月份引水量达到最大值，占全年的19.72％，5～6月夏灌用水量占全年35.37％；（3）7～9月为秋灌时期，此时的引水量均超过了8.3％的月平均引水比例，占全年的38.92％；（4）秋浇是储水灌溉，从9月下旬至11月上旬进行，其用水量占全年用水量30％以上；（5）秋浇结束后引水量迅速下降，12月份的引水量为0。3.3引黄水量的空间变化特性1991～2003年宁蒙灌区引黄水量的资料，绘制出引黄水量空