黃河三角洲地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)與適宜節(jié)水模式

龐桂斌，張 雙，傅 新，徐征和

(1. 濟(jì)南大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，濟(jì)南 250022；2. 山東省濱州市韓墩引黃灌溉管理局，山東 濱州 256600)

近年來，黃河三角洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但是自黃河流域?qū)崿F(xiàn)水量統(tǒng)一調(diào)度以來，黃河來水量有所減少，區(qū)域水資源供需矛盾日益突出[1]。一方面，農(nóng)業(yè)作為用水大戶與其他行業(yè)用水之間的矛盾加劇，影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展；另一方面，該區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉多采用大水漫灌，灌溉水利用系數(shù)僅為0.45左右，用水效率低下[2]。發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、推廣節(jié)水技術(shù)迫在眉睫，而農(nóng)業(yè)節(jié)水區(qū)劃作為發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的前期基礎(chǔ)亟待開展[3]。因此，對(duì)黃河三角洲地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉進(jìn)行分區(qū)研究，針對(duì)不同區(qū)劃制定行之有效的節(jié)水技術(shù)和發(fā)展模式，用以指導(dǎo)區(qū)域農(nóng)業(yè)節(jié)水規(guī)劃的制訂和實(shí)施，減少農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展的盲目性和片面性，對(duì)實(shí)現(xiàn)水資源的合理高效利用，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，具有極其重要的意義。

1 分區(qū)原則

農(nóng)業(yè)節(jié)水區(qū)劃是為了揭示不同區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展的區(qū)間差異性和區(qū)內(nèi)一致性，闡明分區(qū)特點(diǎn)和發(fā)展方向，為農(nóng)業(yè)節(jié)水提供依據(jù)和指導(dǎo)。其基本原則是按照“歸納相似性，區(qū)別差異性，照顧行政區(qū)界”[4]。

此外，根據(jù)分區(qū)的目的和要求，需要遵循以下4條原則[5]。一是自然要素的一致性，即土壤質(zhì)地、氣候特征、地形地貌和水資源條件等自然地理要素具有一定的相似性；二是農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展方向的一致性，即在同一區(qū)域內(nèi)，主要灌溉作物及其節(jié)水技術(shù)措施基本相同；三是行政區(qū)劃的完整性，要保持分區(qū)的邊界與行政區(qū)界相一致，盡量不打破現(xiàn)有的行政區(qū)劃；四是相對(duì)的獨(dú)立性，農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)作為水利區(qū)劃的組成部分要服從總體規(guī)劃和安排，但是鑒于農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)與其他水利措施的顯著差異，應(yīng)保持其相對(duì)的獨(dú)立性。

2 分區(qū)指標(biāo)

農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)指標(biāo)的設(shè)置要滿足全面性、概括性和資料易于獲取等要求[6,7]。根據(jù)節(jié)水灌溉的特點(diǎn)，分區(qū)指標(biāo)擬從地形地貌、氣候特征、土壤質(zhì)地、種植結(jié)構(gòu)、灌區(qū)類型、水源條件等方面選取。

黃河三角洲地區(qū)氣候相近，為典型的暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，從降雨劃分屬半濕潤帶，從徑流劃分屬過渡帶；灌區(qū)類型主要為引黃灌區(qū)，也有部分引河灌區(qū)和井灌區(qū)；地貌屬魯北黃泛平原，地勢沿黃河走向自西南向東北傾斜，境內(nèi)主要是微地貌，差異不大。因此，氣候特征、灌區(qū)類型、地形地貌不作為分區(qū)指標(biāo)，而土壤結(jié)構(gòu)、水網(wǎng)分布對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水措施有明顯影響。因此，選取行政區(qū)劃、土壤類型、地下水礦化度和河流水系分布等指標(biāo)組成東營市農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)的指標(biāo)體系。這4項(xiàng)指標(biāo)基本上概括了東營市農(nóng)業(yè)節(jié)水的主要影響因素，以此為依據(jù)進(jìn)行的農(nóng)業(yè)節(jié)水區(qū)劃，可以反映東營市農(nóng)業(yè)節(jié)水主要類型及特點(diǎn)。

2.1 行政區(qū)劃

至2012年底，東營市共有5個(gè)縣區(qū)，40個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道。行政區(qū)劃土地面積和農(nóng)業(yè)用地面積如表1所示，其中河口區(qū)和墾利縣土地面積較大，分別占全市總面積的27%和27.82%；而農(nóng)業(yè)用地最多的是位于黃河南岸的廣饒縣，達(dá)到了785.75 km2，占全縣土地面積的69.05%。從全市來看，農(nóng)業(yè)用地僅占到了全市土地面積的39.78%，主要是由于土壤鹽漬化危害、灌溉水資源短缺、水利工程老化等因素所致。

表1 東營市行政區(qū)劃土地面積和農(nóng)業(yè)用地統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Land area and agricultural land use statistics in Dongying city

2.2 降 雨

東營市地處中緯度，背陸面海，受亞歐大陸和西太平洋共同影響，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，基本氣候特征為冬寒夏熱，四季分明。年平均降水量555.9 mm，多集中在夏季，占全年降水量的65%，降水量年際變化大，易形成旱、澇災(zāi)害。分析各縣區(qū)多年平均降雨量可見(見表2)，東營市降雨變化自東南向西北呈現(xiàn)出一定的降低趨勢。廣饒縣多年平均降雨量達(dá)602.39 mm，位于各縣區(qū)之首，河口區(qū)多年平均降雨量最少，僅為531.08 mm，東營區(qū)、利津縣和墾利縣3個(gè)地區(qū)多年平均降雨量較為接近，為560 mm左右。

表2 東營市多年平均降雨量Tab.2 The average precipitation in Dongying city

2.3 土壤質(zhì)地

東營市土壤分為褐土、砂姜黑土、潮土、鹽土及水稻土5個(gè)類別(見表3)。褐土主要分布于小清河以南區(qū)域，占全市土壤總面積的4%左右，是全市糧棉菜高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)區(qū)。砂姜黑土主要分布于小清河南褐土區(qū)的低洼處，占全市土壤總面積的0.6%，適種小麥、玉米、高粱等淺根作物，是較有潛力的土壤類型。作為全市主要類型的潮土面積達(dá)到4 674.57 km2，占59%，經(jīng)耕作改良后適宜種小麥、玉米、棉花等作物。鹽土在近海呈帶狀分布，占36%，農(nóng)作物難以生長，自然植被有蘆葦、黃須菜、茅草等，以開發(fā)水、牧養(yǎng)殖(植)為主。水稻土主要分布于利津、墾利老稻區(qū)，僅占0.2%，經(jīng)二十多年的水耕熟化，具備了幼年水稻土的特征，多種植水稻等作物。

表3 東營市土壤類型統(tǒng)計(jì)表Tab.3 The soil type in Dongying city

2.4 農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)

東營市境內(nèi)共有王莊、勝利、曹店、麻灣、宮家和雙河六大灌區(qū)，主要種植作物有冬小麥、玉米、棉花、大豆、水稻和蔬菜等(見表4)。該地區(qū)主要種植制度為一年兩熟的冬小麥和玉米，兩年三熟的冬小麥、大豆、春玉米、高粱等，農(nóng)業(yè)復(fù)種指數(shù)為1.51，農(nóng)業(yè)用地為3 151.81 km2，以種植糧食作物為主，包括小麥、玉米、水稻和豆類等，約占作物種植面積的78%左右，其中小麥?zhǔn)侵饕淖魑?，種植面積達(dá)1 701.98 km2。經(jīng)濟(jì)作物以蔬菜和棉花為主，有少量的油料作物。

表4 東營市主要農(nóng)作物種植比例Tab.4 The agricultural planting structure in Dongying city

2.5 地下水礦化度

東營市是在鹽漬基底上堆積而成，成陸過程中受海水的浸漬側(cè)滲作用，形成了大面積的土壤鹽堿化[8]，也導(dǎo)致了該區(qū)地下水的礦化度較高。如表5所示，小清河以南部分地區(qū)分布著礦化度低于2 g/L的淡水和微咸水，面積僅占6%；近37%的面積地下水礦化度大于10 g/L，有的甚至高達(dá)50 g/L以上；礦化度2～10 g/L的地下咸水占了56.71%，可利用量十分可觀，但目前利用率普遍較低，應(yīng)當(dāng)充分挖掘咸水、微咸水利用潛力。

表5 東營市地下水礦化度等級(jí)統(tǒng)計(jì)表Tab.5 The groundwater mineralization in Dongying city

2.6 河流水系

東營市現(xiàn)行水系按流域分為淮河流域水系和海河流域水系(見表6)。其中黃河以南屬淮河流域，水系多為東西走向，有小清河及其支流淄河、陽河、泥河子、預(yù)備河，支脈河及其支流小河子、武家大溝、廣蒲河、五干排，廣利河及其支流溢洪河、東營河、老廣蒲河、五六干合排、六干排，永豐河及其支流三排溝，張鎮(zhèn)河、小島河20條河流；黃河以北屬海河流域，水系多為南北走向，有潮河及其支流褚官河、太平河，馬新河，沾利河，草橋溝，草橋溝東干流，挑河，神仙溝及其支流新衛(wèi)東河10條河流。

表6 東營市河流水系基本情況統(tǒng)計(jì)表Tab.6 The distribution of river systems in Dongying city

3 分區(qū)方法

傳統(tǒng)的分區(qū)方法很多，常用的有經(jīng)驗(yàn)法、指標(biāo)法、類型法、重疊法、聚類法等[9,10]。與之相比，GIS空間分析結(jié)合地統(tǒng)計(jì)學(xué)的分區(qū)方法，具有空間分析功能強(qiáng)、定量性好、空間插值精準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。既可以對(duì)地理環(huán)境的諸多要素進(jìn)行獲取、組織、存儲(chǔ)、檢索、分析，并應(yīng)用于支持管理與規(guī)劃決策中，也具有優(yōu)于傳統(tǒng)的制圖方法的定量化特點(diǎn)，可以對(duì)區(qū)域進(jìn)行較為準(zhǔn)確的農(nóng)業(yè)節(jié)水區(qū)劃。

研究首先應(yīng)用ArcGIS10.2實(shí)現(xiàn)分區(qū)要素專題底圖的幾何校正、矢量化等，構(gòu)建分區(qū)要素專題數(shù)據(jù)庫。其次，借助GIS的空間分析功能實(shí)現(xiàn)基于行政區(qū)劃的降雨、土壤質(zhì)地、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、地下水礦化度、河流水系分布等指標(biāo)的空間分布特征及其與農(nóng)業(yè)節(jié)水的相關(guān)性分析。然后，進(jìn)行多因子綜合分析，運(yùn)用GIS空間疊加分析功能實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)的空間布置。最后，基于多指標(biāo)空間疊加分析的結(jié)果，進(jìn)行各單元的模糊評(píng)定，采用專家評(píng)定法，根據(jù)專家意見，結(jié)合各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)的重要性，并考慮東營市的實(shí)際情況，確定各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重(見表7)。劃分最終的區(qū)劃單元，并運(yùn)用GIS的專題制圖功能實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)的專題制圖，主要流程如圖1所示。

表7 各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重Tab.7 The weight of index

圖1 分區(qū)流程圖Fig.1 Flow chart of zoning

4 分區(qū)結(jié)果

東營市農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)如圖2所示，根據(jù)分區(qū)結(jié)果，東營市農(nóng)業(yè)節(jié)水區(qū)劃分為5個(gè)類型區(qū)，對(duì)每個(gè)分區(qū)的位置、面積、比例等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(見表8)。針對(duì)各區(qū)特點(diǎn)，包括水資源情況、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和土壤質(zhì)地等，確立適合該區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)水措施和發(fā)展方向。

圖2 東營市農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)圖Fig.2 Agricultural water saving zoning chart

分區(qū)分區(qū)名稱分區(qū)面積/km2所占比例/%分區(qū)位置Ⅰ南部山前沖積平原地域669．498．45小清河以南區(qū)域Ⅱ中、西部黃泛平原地域3346．9242．26東營市中西部，沿黃河兩岸分布Ⅲ北部濱海平原地域836．6810．56挑河以西，沾利河以東Ⅳ現(xiàn)代黃河三角洲地域1777．2622．44墾利縣以東，沿黃河兩岸呈扇形分布Ⅴ沿海灘地地域1290．2016．29近海呈帶狀分布

Ⅰ區(qū)(南部山前沖積平原地域)：該區(qū)位于小清河南部，分區(qū)面積669.49 km2，占東營市總面積的8.45%，包括廣饒縣8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，多年平均降雨量約602 mm，土質(zhì)、水利條件較好，土壤多為沖積褐土和沖積潮褐土，地表、地下水資源豐富，生產(chǎn)水平較高，是東營市糧、棉、菜重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)。該區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)水模式與發(fā)展方向：糧食作物(小麥、玉米等)適合發(fā)展地面灌溉和管道灌溉，經(jīng)濟(jì)作物(棉花、蔬菜等)則以噴灌、滴灌等為主，采用引河提灌和井灌相結(jié)合的灌溉模式，優(yōu)先提引地表水，適度開采地下淡水，穩(wěn)定現(xiàn)有糧田面積，提高單位面積產(chǎn)量，建成全市的糧、菜生產(chǎn)基地。

Ⅱ區(qū)(中、西部黃泛平原地域)：該區(qū)位于東營市中西部，沿黃河兩岸分布，分區(qū)面積3 346.92 km2，占東營市總面積的42.26%，包括利津全縣、廣饒北部、東營區(qū)大部、墾利縣西部以及河口區(qū)西部等，是5個(gè)分區(qū)中最大的一個(gè)區(qū)，多年平均降雨量在560 mm左右，較少的地下淡水位于利津、墾利沿黃兩岸老稻區(qū)，其余部分地下水礦化度為2～10 g/L，不適合直接灌溉，主要依靠黃河客水和地表河流來水，涉及王莊灌區(qū)、勝利灌區(qū)、曾店灌區(qū)、麻灣灌區(qū)、宮家灌區(qū)等五大灌區(qū)，區(qū)內(nèi)土壤大部分為潮土，是全市主要的耕種土壤，經(jīng)耕作改良后適宜種植小麥、玉米、水稻等糧食作物。該區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)水模式與發(fā)展方向：糧食作物(小麥、玉米、水稻等)適合發(fā)展地面灌溉、管道灌溉、控制灌溉等節(jié)水技術(shù)，探索農(nóng)作物的微咸水(2～5 g/L)灌溉技術(shù)，采用溝引提灌和水庫渠灌相結(jié)合的灌溉模式，優(yōu)先提引地表河流水，以黃河水補(bǔ)源保豐，加快工程配套，襯砌骨干渠道，擴(kuò)大現(xiàn)有糧田面積，提高單位面積產(chǎn)量，建成全市的糧、棉生產(chǎn)基地。

Ⅲ區(qū)(北部濱海平原地域)：該區(qū)位于挑河以西，沾利河以東，分區(qū)面積836.68 km2，占東營市總面積的10.56%，包括河口區(qū)中西部，多年平均降雨量在530 mm左右，地下水礦化度為多大于10 g/L，幾乎不能使用，主要依靠黃河來水，區(qū)內(nèi)土壤多為中度和重度鹽化潮土，土壤鹽漬化程度較高，需經(jīng)過耕作改良后可種植棉花、果樹等耐鹽堿作物。該區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)水模式與發(fā)展方向：經(jīng)濟(jì)作物(棉花、果樹等)適合發(fā)展噴灌、滴灌、管灌等節(jié)水技術(shù)；土壤鹽漬化程度較高的地區(qū)可以發(fā)展“上農(nóng)下漁”的種養(yǎng)模式，主要采用平原水庫加輸水渠道的灌溉和補(bǔ)水方式，新建平原水庫，加快工程配套，襯砌骨干渠道，做到“豐蓄枯用、冬蓄春用”，穩(wěn)定現(xiàn)有作物種植面積，積極發(fā)展“上農(nóng)下漁”的農(nóng)業(yè)開發(fā)方式，形成良性循環(huán)的高效立體種養(yǎng)生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。

Ⅳ區(qū)(現(xiàn)代黃河三角洲地域)：該區(qū)位于墾利縣以東沿黃河兩岸呈扇形分布，分區(qū)面積1 777.26 km2，占東營市總面積的22.44%，包括河口區(qū)東部和墾利縣東部大部分地區(qū)，多年平均降雨量在550 mm左右，地下水礦化度為多為2～10 g/L，不適合直接灌溉，主要依靠黃河來水，區(qū)內(nèi)土壤多為中度鹽化潮土，經(jīng)過耕作改良可以種植小麥、棉花、果樹、蔬菜等作物。該區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)水模式與發(fā)展方向：糧食作物(小麥等)適合發(fā)展地面灌溉、管道灌溉，經(jīng)濟(jì)作物(棉花、果樹、蔬菜等)則適合發(fā)展噴灌、滴灌等微灌技術(shù)，探索農(nóng)作物的微咸水(2～5 g/L)灌溉技術(shù)，主要采用平原水庫加管道輸水的灌溉方式，建設(shè)平原水庫，加快工程配套，鋪設(shè)輸水管道，大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)、觀光農(nóng)業(yè)、旅游農(nóng)業(yè)等現(xiàn)代化生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。

Ⅴ區(qū)(沿海灘地地域)：該區(qū)位于東營市近海呈帶狀分布，分區(qū)面積1 290.20 km2，占東營市總面積的16.29%，涉及廣饒縣、東營區(qū)、墾利縣、河口區(qū)的沿海地帶，多年平均降雨量在560 mm左右，地下水礦化度為多大于30 g/L，有的高達(dá)100 g/L，形成了土壤的大面積鹽堿化，受海潮侵襲地表水多為咸水，淡水主要依靠引黃。該區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)水模式與發(fā)展方向：利用鹽堿地造林技術(shù)，種植耐鹽堿的經(jīng)濟(jì)林；充分發(fā)揮沿?；耐蒿暡葙Y源豐富的優(yōu)勢，發(fā)展畜牧業(yè)；挖掘水資源潛力，大力發(fā)展海水、淡水養(yǎng)殖，逐步建成現(xiàn)代漁業(yè)生產(chǎn)基地。

5 結(jié) 語

選取了行政區(qū)劃、降雨、土壤類型、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、地下水礦化度、河流水系分布等農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)指標(biāo)，應(yīng)用GIS空間分析結(jié)合地統(tǒng)計(jì)學(xué)的分區(qū)方法，將東營市農(nóng)業(yè)節(jié)水區(qū)劃分為5大類型區(qū)，包括南部山前沖積平原地域、中西部黃泛平原地域、北部濱海平原地域、現(xiàn)代黃河三角洲地域和沿海灘地地域，并針對(duì)各類型區(qū)水資源情況、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和土壤質(zhì)地等因素，提出了適宜的農(nóng)業(yè)節(jié)水措施與發(fā)展模式，以減少農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展的盲目性，對(duì)區(qū)域節(jié)水灌溉規(guī)劃的制訂和實(shí)施起著重要的指導(dǎo)作用。

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