黑龍江省撓力河流域水田發(fā)展?jié)摿ρ芯?/h1>
2021-10-08 07:35韓梅梁貞堂
韓梅, 梁貞堂
(1.黑龍江大學(xué) 水電學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150080; 2.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,黑龍江 哈爾濱 150080)
撓力河流域位于三江平原腹地,南、西接完達(dá)山,北鄰松花江,東流入烏蘇里江,干流走向基本與松花江平行,是三江平原內(nèi)完整河流之一;流域總面積24 863 km2,其中：山丘區(qū)面積占38.3%[1]。平原區(qū)曾是沼澤密布、河道蜿蜒,具有典型低濕平原地貌景觀的區(qū)域;現(xiàn)如今仍是自然保護(hù)區(qū)密集區(qū)域,共有2處國(guó)家級(jí)、4處省級(jí)自然保護(hù)區(qū)[2]。
撓力河流域農(nóng)業(yè)開發(fā)活動(dòng)非?；钴S,自1950年以來,經(jīng)歷了多次大規(guī)模開發(fā),尤其在1980年后開發(fā)活動(dòng)迅速發(fā)展,到2013年達(dá)到高峰;耕地面積148.5×104hm2,占全流域的59.7%，其中：旱田94.9×104hm2,占耕地的63.9%;水田53.6×104hm2,占耕地的36.1%[1]。隨著農(nóng)業(yè)開發(fā)活動(dòng)的增加,特別是水田面積的增加,使部分學(xué)者對(duì)該區(qū)域水資源的承載能力擔(dān)憂。有學(xué)者指出：三江平原有可能變成第二個(gè)華北平原。有關(guān)職能部門更是直接提出：調(diào)減水田面積以壓采地下水。姜秋香等[3]提出：自2000年以來,三江平原整體表現(xiàn)出“土地資源豐富,水資源欠缺”的態(tài)勢(shì)。戴春勝等[4]分析得出：三江平原2010年淺層地下水開采程度平均已達(dá)120%,撓力河口以下達(dá)197%,撓力河達(dá)168%。
在不考慮流域外引水與目前水稻“旱育稀植”生產(chǎn)技術(shù)的前提下,對(duì)三江平原地區(qū)的水田發(fā)展?jié)摿σ延泻芏嘌芯砍晒Ｍ跎厝A等[5]認(rèn)為：按目前的水田種植技術(shù),三江平原若保持降雨量20%的地面徑流,水稻與旱田的適宜種植比例為30%;當(dāng)水稻種植比例達(dá)到50%時(shí),地下水達(dá)到可開采量;當(dāng)種植達(dá)到60%時(shí),農(nóng)業(yè)需水量與年均降雨量持平。因此,該區(qū)水田種植比例理論上最大為60%。趙清[6]研究了三江平原建三江地區(qū)的水稻發(fā)展?jié)摿?認(rèn)為該地區(qū)總體水田種植比例理論上最大為80%,此時(shí)已充分利用了徑流。韓玉梅等[7]研究發(fā)現(xiàn)，三江平原建三江地區(qū)地下水的激發(fā)補(bǔ)給在開采實(shí)際中起到了很大作用,激發(fā)補(bǔ)給量可滿足近、遠(yuǎn)期發(fā)展水田對(duì)水資源的需求。姚章村[8]發(fā)現(xiàn)，建三江地區(qū)產(chǎn)生了巨大地下調(diào)水,保障地下水水位不會(huì)由于地下水開采強(qiáng)度的不斷增加而持續(xù)下降。
可見,對(duì)撓力河流域水田發(fā)展?jié)摿M(jìn)行研究很有必要。在不調(diào)水的條件下,可得出水田適宜種植面積;在調(diào)水條件下,可得出適宜調(diào)水量。研究成果可為確定水田面積增加量、調(diào)水量及調(diào)整旱田水田種植比例提供重要參考。
1 研究方法
首先對(duì)流域內(nèi)降水特征進(jìn)行分析,根據(jù)降水量分布圖與實(shí)測(cè)水稻作物需水量、旱田作物需水量的對(duì)比,將流域進(jìn)行分區(qū)。通過不同分區(qū)內(nèi)水旱作物的比例,結(jié)合相關(guān)作物需水量的實(shí)測(cè)結(jié)果,估算各分區(qū)內(nèi)農(nóng)田需水量,得出合理的水旱作物比例和適宜調(diào)水量值。
1.1 撓力河流域合理分區(qū)
1.1.1 撓力河流域降水時(shí)空分布
劉貴花等[9]研究了撓力河流域近50年降水的時(shí)空分布特征，降水量年內(nèi)分配如圖1所示，多年平均降水等值線如圖2所示。時(shí)間上,撓力河流域多年平均降水量518.0 mm,流域內(nèi)降水以年均1.5 mm的幅度逐年減少;空間上,降水量以七星河流域?yàn)橹行南蛏舷掠沃饾u增加。
圖1 撓力河流域多年平均降水量年內(nèi)分配
圖2 撓力河流域多年平均降水量等值線圖
從圖1可得出,撓力河流域農(nóng)作物生育期(5—9月)的降水量多年平均值為410 mm,占多年降水量平均值的79.1%。
1.1.2 撓力河流域農(nóng)作物需水量
文獻(xiàn)[10]整編了撓力河流域及周邊水稻試驗(yàn)站的水稻生育期耗水量的研究成果,見表1。由表1可知：該流域水稻生育期平均蒸騰蒸發(fā)量為413.92 mm;田間耗水量平均為665.19 mm。根據(jù)文獻(xiàn)[11]，該流域田間耗水量中有25%轉(zhuǎn)變成地下水資源。因此，撓力河流域水稻生育期需水量為498.9 mm。
表1 撓力河流域及周邊水稻試驗(yàn)站水稻生育期總耗水量成果表
文獻(xiàn)[12]給出了黑龍江省小麥、玉米與大豆的需水量,分別為280、380、400 mm。由于小麥種植面積很小,旱田作物只考慮玉米、大豆的需水。
1.1.3 撓力河流域農(nóng)作物分區(qū)
對(duì)比撓力河流域旱田農(nóng)作物生育期降水量與需水量,可知：5—9月份平均降水量為410 mm,略大于玉米與大豆的需水量(分別為380、400 mm)。因此,從平均降水量的角度看,撓力河流域旱田農(nóng)作物不用灌溉。從圖2可看出，撓力河流域降水量的空間分布是不均衡的。因此,將是否滿足旱田農(nóng)作物需水作為分區(qū)的界線。
大豆是旱作物中需水最大的作物。與大豆生育期需水量400 mm對(duì)應(yīng)的多年平均降水量為506 mm。因此，可認(rèn)為在撓力河流域,多年平均降水量達(dá)500 mm時(shí),旱田農(nóng)作物不需灌溉。
水稻生育期需水量413.92 mm,略高于流域5—9月份的平均降水量(410 mm)。但水稻5、6月份的需水遠(yuǎn)大于降水，故在此期間必須用地下水灌溉補(bǔ)充水稻生長(zhǎng)所需水量。考慮到灌溉水滲漏的滯留性,水稻生育期需水量擬定為498.9 mm。至此,可將多年平均降水量500 mm作為滿足水稻需水量的一個(gè)特征值,若降水量大于此值的區(qū)域,則地下水水位不下降。
因此,將降水量為500 mm的等值線作為區(qū)域的分界線。即：降水量500 mm以上區(qū)域種植的旱作物不需灌溉,定為Ⅰ區(qū),約占全流域的77%;降水量500 mm以下區(qū)域種植的旱作物需要灌溉,定為Ⅱ區(qū),約占全流域的23%。
1.2 農(nóng)田需水量估算方法
旱田作物的水分消耗主要包括葉面蒸騰與棵間蒸發(fā),用蒸散量計(jì);水田作物的水分消耗還包括田間滲漏量。因此,引入“農(nóng)田作物生育期需水量”概念,指一個(gè)灌區(qū)內(nèi),作物生育期耕地、非耕地蒸散量和滲漏量之和。公式表達(dá)如下：
(1)
式中：E農(nóng)生為農(nóng)田作物生育期需水量,mm;E作、E非分別為農(nóng)田作物和非作物型植物的需水量,mm;γ為種植率;n為農(nóng)作物數(shù)量;Pi為第i種農(nóng)作物的需水量,mm;Ai為第i種農(nóng)作物的種植面積,hm2;P非為非農(nóng)作物型植物的需水量,mm。
引入“農(nóng)田耕作休閑期需水量”概念,表示一個(gè)灌區(qū)內(nèi)10月至次年4月耕地休閑期的蒸發(fā)量。即：
(2)
式中:E農(nóng)休、E′作、E′非分別為農(nóng)田休閑期、農(nóng)田作物地塊和非作物地塊的需水量,mm;Fi、F′非分別為第i種作物地塊的蒸發(fā)量和非作物地塊的實(shí)測(cè)蒸發(fā)量,mm。
文獻(xiàn)[1]給出了撓力河流域主要農(nóng)作物地塊休閑期的實(shí)測(cè)蒸發(fā)量,見表2。
表2 撓力河流域主要農(nóng)作物地塊休閑期實(shí)測(cè)蒸發(fā)量
因此,農(nóng)田需水量(E農(nóng)田)估算可用下式表示：
E農(nóng)田=E農(nóng)生+E農(nóng)休。
(3)
2 結(jié)果與分析
2.1 全流域農(nóng)田需水量結(jié)果與分析
文獻(xiàn)[1]給出了撓力河流域2013年的土地利用類別數(shù)據(jù),如圖3所示。由于2014年后國(guó)家出臺(tái)政策限制發(fā)展以地下水為水源的水田,并壓產(chǎn)地下水水田面積,故此數(shù)據(jù)就是當(dāng)前的土地利用類別數(shù)據(jù)。
圖3 撓力河流域土地利用類別
文獻(xiàn)[13]給出了雙鴨山市主要農(nóng)作物播種面積,因撓力河流域大部分在雙鴨山市區(qū)域內(nèi),故可將雙鴨山市的主要農(nóng)作物播種面積的比例等同于撓力河流域內(nèi)主要農(nóng)作物的種植比例,如圖4所示。
圖4 2019年撓力河流域農(nóng)作物種植比例
從圖3可知,撓力河流域農(nóng)作物種植用地占比已達(dá)67.5%,平原區(qū)已全部開墾為耕地。從圖4可知,流域內(nèi)主要種植水稻、玉米和大豆三大作物。考慮到流域內(nèi)農(nóng)作物一年一熟、旱田農(nóng)作物不灌溉等特點(diǎn),將旱田農(nóng)作物和非農(nóng)作物型植物的需水量用旱田農(nóng)作物需水量的加權(quán)平均值進(jìn)行替代[1,5]。公式(3)可簡(jiǎn)化為：
E農(nóng)田=(E旱生+E旱閑)(1-η)+(E水生+E水閑)η。
(4)
式中：E旱生、E旱閑分別為水稻以外的所有植物生育期與休閑期的平均需水量,mm;E水生、E水閑分別為水稻生育期與休閑期的平均需水量,mm;η為水稻種植比例。
將玉米、大豆生育期需水量按種植面積加權(quán)平均,得值為387.6 mm,作為水稻外所有旱田作物和旱田非作物型植物的需水量;將休閑期玉米、大豆地塊的蒸發(fā)量平均值78 mm作為水田外所有地塊的蒸發(fā)量;將水稻生育期需水量平均值498.9 mm、休閑期水田蒸發(fā)量117 mm及圖3給出的水田比例24.4%代入式(4),計(jì)算可得E農(nóng)田=502.3 mm。
農(nóng)田需水量計(jì)算結(jié)果表明：目前,整個(gè)撓力河流域農(nóng)田需水量小于多年平均降水量,水田還有發(fā)展空間;由于降水的空間分布不均衡,僅用當(dāng)?shù)厮?500 mm等值線內(nèi)已沒有水田發(fā)展空間了。這也與農(nóng)作物分區(qū)相一致。
2.2 全流域水田發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h3>
將上述數(shù)值代入式(4),可計(jì)算得各種水稻種植比例下的農(nóng)田需水量,再與多年平均降水量比較,可得出撓力河流域水田的發(fā)展?jié)摿?如圖5所示。
圖5 水田種植比例與農(nóng)田需水量的關(guān)系
從圖5可知：當(dāng)水田面積達(dá)到全流域面積的35%時(shí),農(nóng)田需水量達(dá)到流域多年平均降水量518 mm,此值可看作發(fā)展水田的最大值,即：水田可達(dá)到77.0×104hm2,占耕地的51.9%。因此,水田還可增加23.4×104hm2。
2.3 局部水田發(fā)展分析
Ⅱ區(qū),降水量等值線小于500 mm的區(qū)域。該區(qū)面積約57.2×104hm2,占全流域面積的23%,是撓力河流域的平原區(qū),也是農(nóng)業(yè)集中區(qū);區(qū)內(nèi)降水不足440 mm的區(qū)域約8.1×104hm2,占全流域面積的3.26%,屬于重度缺水區(qū);其它區(qū)域?qū)儆谝话闳彼畢^(qū)。因此,該區(qū)域要想發(fā)展水田,應(yīng)當(dāng)從外流域調(diào)水。
適宜調(diào)水量估算時(shí),要考慮最不利工況,即：當(dāng)?shù)亟邓堪炊嗄昶骄钚≈涤?jì)算,需水量按水田種植比例80%計(jì)算,還要考慮當(dāng)?shù)氐牡乇韽搅髁?對(duì)于撓力河Ⅱ區(qū),地表多年平均徑流量為50 mm[14])。
R調(diào)=E農(nóng)-P最小+I徑。
(5)
式中：R調(diào)為調(diào)入水量,mm;E農(nóng)為農(nóng)業(yè)需水量,由圖5得E農(nóng)=585.5 mm;P最小為區(qū)域內(nèi)多年平均最小降水量,由圖2得P最小=420 mm;I徑為當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶑搅髁?為50 mm。
對(duì)于撓力河Ⅱ區(qū),計(jì)算得R調(diào)=215.8 mm。
Ⅰ區(qū),降水量等值線大于500 mm的區(qū)域。該區(qū)占全流域面積的77%,包括了全部山丘區(qū)(占流域面積的38.3%),降水量超過580 mm的區(qū)域與Ⅱ區(qū)相差無幾。本區(qū)徑流深超過100 mm,局部達(dá)200 mm[14]。因此,本區(qū)水田發(fā)展主要研究徑流利用問題,將超過100 mm的徑流變成水田發(fā)展的水資源。
3 灌溉工程建設(shè)
Ⅰ區(qū),充分利用當(dāng)?shù)厮Y源。山丘區(qū)充分?jǐn)r截河流水,水庫(kù)庫(kù)容系數(shù)達(dá)到100%,將徑流攔蓄在水庫(kù)中。小河流中下游建設(shè)攔河壩,將河流水分入平原區(qū),灌溉水稻,補(bǔ)充地下水。平原區(qū)充分利用地下水,打井抽水灌溉水稻,控制地下水位在8 m以內(nèi)[15];修建排水溝,并在排水溝上建設(shè)控制工程,在發(fā)揮排水功能的同時(shí),將水滯蓄在溝內(nèi)以補(bǔ)充地下水。
Ⅱ區(qū),引調(diào)外流域的水資源。建設(shè)路線：從松花江干流引水,沿安邦河進(jìn)入撓力河支流外七星河。按渠、路、溝、林、景、地統(tǒng)一規(guī)劃,達(dá)到水暢、路通、林茂、景美、地豐，使灌溉工程與民生工程的完美統(tǒng)一，如圖6所示。
圖6 撓力河流域Ⅱ區(qū)引松花江水工程示意圖
4 結(jié)語
以農(nóng)業(yè)需水量法確定撓力河流域水田發(fā)展面積及適宜種植比例是一種簡(jiǎn)單的計(jì)算方法，它解決了對(duì)該流域水田發(fā)展的模糊認(rèn)識(shí)。本研究表明：在只考慮本地水的前提下,水田發(fā)展的最大值為77.0×104hm2,占耕地面積的51.9%;在考慮調(diào)水的前提下,水田發(fā)展比例可極大提高,多年平均適宜調(diào)水量為215.8 mm。
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韓梅, 梁貞堂
(1.黑龍江大學(xué) 水電學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150080; 2.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,黑龍江 哈爾濱 150080)
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撓力河流域農(nóng)業(yè)開發(fā)活動(dòng)非?；钴S,自1950年以來,經(jīng)歷了多次大規(guī)模開發(fā),尤其在1980年后開發(fā)活動(dòng)迅速發(fā)展,到2013年達(dá)到高峰;耕地面積148.5×104hm2,占全流域的59.7%，其中：旱田94.9×104hm2,占耕地的63.9%;水田53.6×104hm2,占耕地的36.1%[1]。隨著農(nóng)業(yè)開發(fā)活動(dòng)的增加,特別是水田面積的增加,使部分學(xué)者對(duì)該區(qū)域水資源的承載能力擔(dān)憂。有學(xué)者指出：三江平原有可能變成第二個(gè)華北平原。有關(guān)職能部門更是直接提出：調(diào)減水田面積以壓采地下水。姜秋香等[3]提出：自2000年以來,三江平原整體表現(xiàn)出“土地資源豐富,水資源欠缺”的態(tài)勢(shì)。戴春勝等[4]分析得出：三江平原2010年淺層地下水開采程度平均已達(dá)120%,撓力河口以下達(dá)197%,撓力河達(dá)168%。
在不考慮流域外引水與目前水稻“旱育稀植”生產(chǎn)技術(shù)的前提下,對(duì)三江平原地區(qū)的水田發(fā)展?jié)摿σ延泻芏嘌芯砍晒Ｍ跎厝A等[5]認(rèn)為：按目前的水田種植技術(shù),三江平原若保持降雨量20%的地面徑流,水稻與旱田的適宜種植比例為30%;當(dāng)水稻種植比例達(dá)到50%時(shí),地下水達(dá)到可開采量;當(dāng)種植達(dá)到60%時(shí),農(nóng)業(yè)需水量與年均降雨量持平。因此,該區(qū)水田種植比例理論上最大為60%。趙清[6]研究了三江平原建三江地區(qū)的水稻發(fā)展?jié)摿?認(rèn)為該地區(qū)總體水田種植比例理論上最大為80%,此時(shí)已充分利用了徑流。韓玉梅等[7]研究發(fā)現(xiàn)，三江平原建三江地區(qū)地下水的激發(fā)補(bǔ)給在開采實(shí)際中起到了很大作用,激發(fā)補(bǔ)給量可滿足近、遠(yuǎn)期發(fā)展水田對(duì)水資源的需求。姚章村[8]發(fā)現(xiàn)，建三江地區(qū)產(chǎn)生了巨大地下調(diào)水,保障地下水水位不會(huì)由于地下水開采強(qiáng)度的不斷增加而持續(xù)下降。
可見,對(duì)撓力河流域水田發(fā)展?jié)摿M(jìn)行研究很有必要。在不調(diào)水的條件下,可得出水田適宜種植面積;在調(diào)水條件下,可得出適宜調(diào)水量。研究成果可為確定水田面積增加量、調(diào)水量及調(diào)整旱田水田種植比例提供重要參考。
1 研究方法
首先對(duì)流域內(nèi)降水特征進(jìn)行分析,根據(jù)降水量分布圖與實(shí)測(cè)水稻作物需水量、旱田作物需水量的對(duì)比,將流域進(jìn)行分區(qū)。通過不同分區(qū)內(nèi)水旱作物的比例,結(jié)合相關(guān)作物需水量的實(shí)測(cè)結(jié)果,估算各分區(qū)內(nèi)農(nóng)田需水量,得出合理的水旱作物比例和適宜調(diào)水量值。
1.1 撓力河流域合理分區(qū)
1.1.1 撓力河流域降水時(shí)空分布
劉貴花等[9]研究了撓力河流域近50年降水的時(shí)空分布特征，降水量年內(nèi)分配如圖1所示，多年平均降水等值線如圖2所示。時(shí)間上,撓力河流域多年平均降水量518.0 mm,流域內(nèi)降水以年均1.5 mm的幅度逐年減少;空間上,降水量以七星河流域?yàn)橹行南蛏舷掠沃饾u增加。
圖1 撓力河流域多年平均降水量年內(nèi)分配
圖2 撓力河流域多年平均降水量等值線圖
從圖1可得出,撓力河流域農(nóng)作物生育期(5—9月)的降水量多年平均值為410 mm,占多年降水量平均值的79.1%。
1.1.2 撓力河流域農(nóng)作物需水量
文獻(xiàn)[10]整編了撓力河流域及周邊水稻試驗(yàn)站的水稻生育期耗水量的研究成果,見表1。由表1可知：該流域水稻生育期平均蒸騰蒸發(fā)量為413.92 mm;田間耗水量平均為665.19 mm。根據(jù)文獻(xiàn)[11]，該流域田間耗水量中有25%轉(zhuǎn)變成地下水資源。因此，撓力河流域水稻生育期需水量為498.9 mm。
表1 撓力河流域及周邊水稻試驗(yàn)站水稻生育期總耗水量成果表
文獻(xiàn)[12]給出了黑龍江省小麥、玉米與大豆的需水量,分別為280、380、400 mm。由于小麥種植面積很小,旱田作物只考慮玉米、大豆的需水。
1.1.3 撓力河流域農(nóng)作物分區(qū)
對(duì)比撓力河流域旱田農(nóng)作物生育期降水量與需水量,可知：5—9月份平均降水量為410 mm,略大于玉米與大豆的需水量(分別為380、400 mm)。因此,從平均降水量的角度看,撓力河流域旱田農(nóng)作物不用灌溉。從圖2可看出，撓力河流域降水量的空間分布是不均衡的。因此,將是否滿足旱田農(nóng)作物需水作為分區(qū)的界線。
大豆是旱作物中需水最大的作物。與大豆生育期需水量400 mm對(duì)應(yīng)的多年平均降水量為506 mm。因此，可認(rèn)為在撓力河流域,多年平均降水量達(dá)500 mm時(shí),旱田農(nóng)作物不需灌溉。
水稻生育期需水量413.92 mm,略高于流域5—9月份的平均降水量(410 mm)。但水稻5、6月份的需水遠(yuǎn)大于降水，故在此期間必須用地下水灌溉補(bǔ)充水稻生長(zhǎng)所需水量。考慮到灌溉水滲漏的滯留性,水稻生育期需水量擬定為498.9 mm。至此,可將多年平均降水量500 mm作為滿足水稻需水量的一個(gè)特征值,若降水量大于此值的區(qū)域,則地下水水位不下降。
因此,將降水量為500 mm的等值線作為區(qū)域的分界線。即：降水量500 mm以上區(qū)域種植的旱作物不需灌溉,定為Ⅰ區(qū),約占全流域的77%;降水量500 mm以下區(qū)域種植的旱作物需要灌溉,定為Ⅱ區(qū),約占全流域的23%。
1.2 農(nóng)田需水量估算方法
旱田作物的水分消耗主要包括葉面蒸騰與棵間蒸發(fā),用蒸散量計(jì);水田作物的水分消耗還包括田間滲漏量。因此,引入“農(nóng)田作物生育期需水量”概念,指一個(gè)灌區(qū)內(nèi),作物生育期耕地、非耕地蒸散量和滲漏量之和。公式表達(dá)如下：
(1)
式中：E農(nóng)生為農(nóng)田作物生育期需水量,mm;E作、E非分別為農(nóng)田作物和非作物型植物的需水量,mm;γ為種植率;n為農(nóng)作物數(shù)量;Pi為第i種農(nóng)作物的需水量,mm;Ai為第i種農(nóng)作物的種植面積,hm2;P非為非農(nóng)作物型植物的需水量,mm。
引入“農(nóng)田耕作休閑期需水量”概念,表示一個(gè)灌區(qū)內(nèi)10月至次年4月耕地休閑期的蒸發(fā)量。即：
(2)
式中:E農(nóng)休、E′作、E′非分別為農(nóng)田休閑期、農(nóng)田作物地塊和非作物地塊的需水量,mm;Fi、F′非分別為第i種作物地塊的蒸發(fā)量和非作物地塊的實(shí)測(cè)蒸發(fā)量,mm。
文獻(xiàn)[1]給出了撓力河流域主要農(nóng)作物地塊休閑期的實(shí)測(cè)蒸發(fā)量,見表2。
表2 撓力河流域主要農(nóng)作物地塊休閑期實(shí)測(cè)蒸發(fā)量
因此,農(nóng)田需水量(E農(nóng)田)估算可用下式表示：
E農(nóng)田=E農(nóng)生+E農(nóng)休。
(3)
2 結(jié)果與分析
2.1 全流域農(nóng)田需水量結(jié)果與分析
文獻(xiàn)[1]給出了撓力河流域2013年的土地利用類別數(shù)據(jù),如圖3所示。由于2014年后國(guó)家出臺(tái)政策限制發(fā)展以地下水為水源的水田,并壓產(chǎn)地下水水田面積,故此數(shù)據(jù)就是當(dāng)前的土地利用類別數(shù)據(jù)。
圖3 撓力河流域土地利用類別
文獻(xiàn)[13]給出了雙鴨山市主要農(nóng)作物播種面積,因撓力河流域大部分在雙鴨山市區(qū)域內(nèi),故可將雙鴨山市的主要農(nóng)作物播種面積的比例等同于撓力河流域內(nèi)主要農(nóng)作物的種植比例,如圖4所示。
圖4 2019年撓力河流域農(nóng)作物種植比例
從圖3可知,撓力河流域農(nóng)作物種植用地占比已達(dá)67.5%,平原區(qū)已全部開墾為耕地。從圖4可知,流域內(nèi)主要種植水稻、玉米和大豆三大作物。考慮到流域內(nèi)農(nóng)作物一年一熟、旱田農(nóng)作物不灌溉等特點(diǎn),將旱田農(nóng)作物和非農(nóng)作物型植物的需水量用旱田農(nóng)作物需水量的加權(quán)平均值進(jìn)行替代[1,5]。公式(3)可簡(jiǎn)化為：
E農(nóng)田=(E旱生+E旱閑)(1-η)+(E水生+E水閑)η。
(4)
式中：E旱生、E旱閑分別為水稻以外的所有植物生育期與休閑期的平均需水量,mm;E水生、E水閑分別為水稻生育期與休閑期的平均需水量,mm;η為水稻種植比例。
將玉米、大豆生育期需水量按種植面積加權(quán)平均,得值為387.6 mm,作為水稻外所有旱田作物和旱田非作物型植物的需水量;將休閑期玉米、大豆地塊的蒸發(fā)量平均值78 mm作為水田外所有地塊的蒸發(fā)量;將水稻生育期需水量平均值498.9 mm、休閑期水田蒸發(fā)量117 mm及圖3給出的水田比例24.4%代入式(4),計(jì)算可得E農(nóng)田=502.3 mm。
農(nóng)田需水量計(jì)算結(jié)果表明：目前,整個(gè)撓力河流域農(nóng)田需水量小于多年平均降水量,水田還有發(fā)展空間;由于降水的空間分布不均衡,僅用當(dāng)?shù)厮?500 mm等值線內(nèi)已沒有水田發(fā)展空間了。這也與農(nóng)作物分區(qū)相一致。
2.2 全流域水田發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h3>
將上述數(shù)值代入式(4),可計(jì)算得各種水稻種植比例下的農(nóng)田需水量,再與多年平均降水量比較,可得出撓力河流域水田的發(fā)展?jié)摿?如圖5所示。
圖5 水田種植比例與農(nóng)田需水量的關(guān)系
從圖5可知：當(dāng)水田面積達(dá)到全流域面積的35%時(shí),農(nóng)田需水量達(dá)到流域多年平均降水量518 mm,此值可看作發(fā)展水田的最大值,即：水田可達(dá)到77.0×104hm2,占耕地的51.9%。因此,水田還可增加23.4×104hm2。
2.3 局部水田發(fā)展分析
Ⅱ區(qū),降水量等值線小于500 mm的區(qū)域。該區(qū)面積約57.2×104hm2,占全流域面積的23%,是撓力河流域的平原區(qū),也是農(nóng)業(yè)集中區(qū);區(qū)內(nèi)降水不足440 mm的區(qū)域約8.1×104hm2,占全流域面積的3.26%,屬于重度缺水區(qū);其它區(qū)域?qū)儆谝话闳彼畢^(qū)。因此,該區(qū)域要想發(fā)展水田,應(yīng)當(dāng)從外流域調(diào)水。
適宜調(diào)水量估算時(shí),要考慮最不利工況,即：當(dāng)?shù)亟邓堪炊嗄昶骄钚≈涤?jì)算,需水量按水田種植比例80%計(jì)算,還要考慮當(dāng)?shù)氐牡乇韽搅髁?對(duì)于撓力河Ⅱ區(qū),地表多年平均徑流量為50 mm[14])。
R調(diào)=E農(nóng)-P最小+I徑。
(5)
式中：R調(diào)為調(diào)入水量,mm;E農(nóng)為農(nóng)業(yè)需水量,由圖5得E農(nóng)=585.5 mm;P最小為區(qū)域內(nèi)多年平均最小降水量,由圖2得P最小=420 mm;I徑為當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶑搅髁?為50 mm。
對(duì)于撓力河Ⅱ區(qū),計(jì)算得R調(diào)=215.8 mm。
Ⅰ區(qū),降水量等值線大于500 mm的區(qū)域。該區(qū)占全流域面積的77%,包括了全部山丘區(qū)(占流域面積的38.3%),降水量超過580 mm的區(qū)域與Ⅱ區(qū)相差無幾。本區(qū)徑流深超過100 mm,局部達(dá)200 mm[14]。因此,本區(qū)水田發(fā)展主要研究徑流利用問題,將超過100 mm的徑流變成水田發(fā)展的水資源。
3 灌溉工程建設(shè)
Ⅰ區(qū),充分利用當(dāng)?shù)厮Y源。山丘區(qū)充分?jǐn)r截河流水,水庫(kù)庫(kù)容系數(shù)達(dá)到100%,將徑流攔蓄在水庫(kù)中。小河流中下游建設(shè)攔河壩,將河流水分入平原區(qū),灌溉水稻,補(bǔ)充地下水。平原區(qū)充分利用地下水,打井抽水灌溉水稻,控制地下水位在8 m以內(nèi)[15];修建排水溝,并在排水溝上建設(shè)控制工程,在發(fā)揮排水功能的同時(shí),將水滯蓄在溝內(nèi)以補(bǔ)充地下水。
Ⅱ區(qū),引調(diào)外流域的水資源。建設(shè)路線：從松花江干流引水,沿安邦河進(jìn)入撓力河支流外七星河。按渠、路、溝、林、景、地統(tǒng)一規(guī)劃,達(dá)到水暢、路通、林茂、景美、地豐，使灌溉工程與民生工程的完美統(tǒng)一，如圖6所示。
圖6 撓力河流域Ⅱ區(qū)引松花江水工程示意圖
4 結(jié)語
以農(nóng)業(yè)需水量法確定撓力河流域水田發(fā)展面積及適宜種植比例是一種簡(jiǎn)單的計(jì)算方法，它解決了對(duì)該流域水田發(fā)展的模糊認(rèn)識(shí)。本研究表明：在只考慮本地水的前提下,水田發(fā)展的最大值為77.0×104hm2,占耕地面積的51.9%;在考慮調(diào)水的前提下,水田發(fā)展比例可極大提高,多年平均適宜調(diào)水量為215.8 mm。
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