北京市农业水资源供需状况及优化利用研究
宋振伟1， 陈阜2， 张卫建1
（1中国农业科学院作物科学研究所，北京 100081；2中国农业大学农学与生物技术学院，北京 100193） 摘 要：北京市属于资源型缺水城市，农业用水量占据城市总用水量的大部，如何区域提升农业水资源的利用效率，保证区域农业用水平衡，是实现北京建设节水型城市的研究重点。本文通过统计资料分析、田间作物与水关系定位试验、构建作物综合效益评定模型等方法，研究了北京市农业水资源供需平衡状况、主要农作物耗水与灌水指标变化，并对当前种植业结构进行了调整，实现了在节水条件下的种植业经济效益最大化，并对北京发展节水农业提出了政策建议。 关键词：种植业；水资源；供需平衡；结构调整
1 前言
北京市位于水资源贫乏的华北平原西北部，为资源型缺水城市，人均水资源占有量不足120m（按国际通用算法为可利用的地表水与地区常住人口之比），在世界大城市和首都中名列111位，仅为世界著名贫水国以色列人均水资源占有量的1/3，是我国水环境与水生态最为脆弱、水资源压力最大的地区
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。近年来，随着人口增长，经济发展，人民生活水平
提高，特别是我国北方地区遭遇连续干旱的情况下，供水形势更加日趋紧张，水资源已经成为约束首都社会经济及城市发展的重要因子。
为了满足人口急剧增长和城市规模不断扩大的用水需求，在密云水库和官厅水库供水量不断减少，地表水供应不足的情况下，不得不依靠超采地下水满足城市所需。据北京市1995年统计，平原地下水严重超采面积1262km，一般超采面积为1398km，占平原面积的41%。到2000年，全市已累积超采地下水近70亿m，形成以市区东部为中心的2000多km的地下水漏斗。目前，地下水超采已引起水质恶化、地面下沉等一系列严重后果。
在诸多影响农业生产的要素中，水资源状况尤为重要，农业用水占据了北京市水资源消耗的大部分比例。最近几年来，虽然农业用水量占全市总用水量的比例持续下降，但农业用水比例依然较高，2003-2007年平均为36.4%。北京市“大城市、小郊区”的特点，决定了水量分配必须优先满足工业和城镇生活用水，农业用水只能按“以供定需”的原则进行安排。了解北京市农业水资源供需状况，提升农业水资源的利用效率，保证区域用水平衡，是实现北京建设节水型城市的研究重点。
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2 农业水资源供需状况
2.1 降水的年际与年内变化状况及其与作物需水量耦合度分析
降水是生成地表水、地下水和土壤水的总的来源，区域降水量的多少决定了当年的水资源丰歉状况。对于农业来说，还影响到灌溉用水的调度与规划。根据北京观象台1951-2007年气象资料分析，该地区降水量年际间变化较大，且旱涝年份交替出现，年降水量最大值为1406mm，最小年降水量仅为261.8mm，多年平均降水量为590.6mm。图1反映了北京市多年降水量的变化情况。从图中可以看出，1951-1998年，该区域平均降水量为628.6mm；1999年后，降水量急剧减少，出现连续9年的干旱年份，1999-2007年平均降水量仅为387.6mm，严重制约了北京农业的可持续发展。从长期趋势来看，北京年降水量呈逐年减少趋势，并以4.9mm y的速度递减。北京市降雨的另一特点表现为，年内分布不均（图2），月降水量变化大，其中降水量最多的夏季（6-8月份）占据全年总量的72.1%。
1600.01400.01200.0年降水量/mm[6]
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年降水量平均降水量200180160140月降水量/mm1000.0800.0600.0400.0200.00.019511958196519721979年份1986199320002007120100806040200123456789101112 月份图1 北京市多年降水量变化 图2北京市降水的年内变化
从不同年代年降水量变化来看（表1），20世纪50年代为丰水期，其年均降水量明显高于多年平均降水量，偏高幅度达30.9%， 60-90年代年均降水量低于多年平均降水量，减少幅度在2.3-5.0%之间，属平水期。2001-2005年年均降水量急剧下降，降幅达31.4%，进入另一个为枯水周期。
表1 北京地区各年代年均降水量
年 代 年降水量/mm 距平百分率/%
1951-1960 781.9 30.9
1961-1970 584.0 -2.3
1971-1980 567.8 -5.0
1981-1990 579.9 -3.0
1991-2000 567.6 -5.0
2001-2005 409.7 -31.4
1951-2005 597.5
利用P-III分度法对近55年不同保证率下的年降水量降水量进行分析（表2），在50%保证率下的年降水量为467.1mm，远不能满足冬小麦-夏玉米模式的周年水分需求，必须耗
用大量灌溉水，以保证作物需求，因此有必要对作物布局进行调整，种植与降水耦合性高的作物，以使降水利用效率得到提高。
表2 P-III分度法的年降水量保证程度
保证率
5%
10%
20%
25%
50%
75%
90%
95%
年降水量(mm) 790.3 703.2 610.0 578.0 467.1 383.4 328.5 303.8
2.2北京市平原地下水位变化
地下水位的变化，从另一个方面反映了北京市水资源利用的不平衡态势。北京地区多年平均可用地下水开采量为26.33亿m，而多年来实际的开采量为28到29亿m。由于多年连续超采地下水，同20世纪60年代相比，北京的地下水已经累计减少了60亿m以上。图3为1988-2007年北京市平原地区地下水位变化。1988-1998年，北京市平原地区的地下水位总体呈下降趋势，下降趋势较慢，达0.18m yr。降水是地下水的补给来源，降水量的年际变化导致年际见地下水位变化的波动，但是总体上下降的趋势是不可避免的。而自1998年起，下降速度加剧，下降幅度达到了1.09 m yr，这一方面是由于北京市总用水量持续增加，另一方面近几年北京的年降水量一直处于枯水期内，降水对地下水的补给减少，导致地下水位下降迅速。目前，北京市平原地区地下水位平均埋深已经达到了22.8m。
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年份1985198719891991199319951997199920012003200520070地下水位埋深（m）510152025 图3 北京市1988--2007年地下水位变化
2.3 北京各部门用水量变化
表3为北京市各行业1988-2007年用水量构成变化。近年来北京每年水资源使用量均在40亿m左右。1988-2007年，北京工业用水年平均为10.88亿m，城镇生活年平均用水10.98亿m，农村用水年平均为17.98亿m。15年来北京市工业用水量先是有一缓慢增加，1992年的工业用水量最高，为15.51亿m，然后逐渐下降，到2007年工业用水量降为5.75亿m，不到工业用水量最多年份—1992年的一半。农业用水量总体来说呈减少趋势，随不同年份有所波动。其中1989年农业用水量最高，为24.42亿m，2007年农业用水量最低，为12.6亿m。城镇生活用水量明显增加，1988年生活用水量为6.4亿m，2007年则达到了
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13.9亿m，增长了117.2%。随着对生态用水的重视程度，从2003年起，开始单独统计生态用水总量。从表中可以看到，生态用水量在近几年呈增加的趋势，已经从2003年的0.95亿m上升到了2006年的1.62亿m，并且可以预见，城市化进程的加速还将不断提高生态用水总量。但是，作为一个较新的研究领域，对北京市而言，究竟多少的生态用水总量是适宜的，仍有待研究。
表3 北京1995-2007年各行业用水量变化
年份 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
工 业 ×10m 14.04 13.77 12.34 11.9 15.51 15.28 14.57 13.78 11.76 11.00 10.84 10.56 10.52 9.18 7.54 7.65 7.66 6.80 6.20
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农 业 ×10m 21.99 24.42 21.74 22.70 19.94 20.35 20.93 19.33 18.95 18.36 17.39 18.45 16.49 17.4 15.45 12.92 12.97 13.22 12.05
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生 态 ×10m -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 0.95 1.00 1.10 1.62
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生 活 ×10m 6.4 6.45 7.04 7.43 10.98 9.59 10.37 11.77 9.3 10.9 12.24 12.7 13.39 12.35 11.63 13.49 12.91 13.38 14.43
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合 计 ×10m 42.43 44.64 41.12 42.03 46.43 45.22 45.87 44.88 40.94 40.26 40.47 41.71 40.4 38.93 34.62 35.00 34.55 34.50 34.30
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2.4 农业用水供需变化
图4为农业用水内部的构成变化，种植业用水一直是耗水大户，年用水量最高时达到了近20亿m，但是，从1997年开始表现为逐年下降的趋势，而2003年过后，种植业用水开始稳定在9.5亿m。与此同时，林牧渔耗水量持续增长，从最低时的0.24亿m，增长到近几年的3亿m左右，用水比例从1994-1997年平均占农业用水的3.0%，增长到1998-2006年的21.1%，平均用水量为2.9亿m。林牧渔业用水比重的提高，一定程度上反应了北京市农业结构的变化，这一变化有利于节水型农业的发展，推动了农业用水量的降低。
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2520种植业林牧副渔用水量（108m3）15105019941995199619971998199920002001年份20022003200420052006
图4 农业内部用量变化情况（1994-2006年）
2.5种植业用水量、降水量和地下水位下降的关系
通过对北京水资源供需现状分析，发现近年来北京水资源量较常年偏少，1999—2007年可开采水资源量仅为常年水平的53.9%，北京市水资源利用的不平衡态势，导致连年超额开采地下水，而种植业用水量主要是以地下水资源为主，因此，必须要制定合理的灌溉规划，以减少地下水开采。从图5看出，地下水位下降幅度与年降水量存在线性关系，当年降水量达到611.2mm时，可以保证地下水位停止下降。而要达到年降水量611.2mm其保证率只有20%，因此缓解地下水位下降的趋势必须要从减少灌溉用水的角度考虑。图6表明，随年灌溉水量的增加，地下水埋深呈增加的趋势，当灌溉水控制在年8.5亿m时，可保证地下水位保持平衡，不再下降。
1000800年降水量（mm）3
y = -131.67x + 611.62R = 0.66526004002000-1.5-1-0.500.511.5地下水位下降幅度（m）22.53
图5地下水位下降幅度与年降水量之间的关系（正值代表地下水位下降，负值代表地下水位上升）
北京农业水资源供需状况及优化利用研究-中国节水灌溉网
