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寧蒙河套引黃灌區節水與生態安全十點認識與判斷

Ten understandings and judgments on water and ecological safety in the Ningxia-Inner Mongolia Hetao Yellow River irrigation district

趙勇1，翟家齊1，張鵬程 1，2 ，劉寬1，3，董義陽1，?，王彥兵?， 汪勇1，楊志?，徐陽?

（1.中國水利水電科學研究院流域水循環模擬與調控國家重點實驗室，100038，北京；2.寧夏大學，750021，銀川；3.天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室，300072，天津；4.中國長江三峽集團有限公司，101199，北京；5.寧夏回族自治區水利調度中心，750002，銀川；6.寧夏回族自治區水利科學研究院，750021，銀川；7.內蒙古自治區水利科學研究院，010051，呼和浩特）

摘要：寧蒙河套引黃灌區是我國西北地區重要的生態安全屏障，也是區域綠色屏障建設和高質量發展的核心區，由于降水稀少，引黃水一直是支撐灌區經濟社會發展和生態安全的“生命之水”。對寧蒙河套引黃灌區的用水量、灌溉用水效率、生態演變、地下水變化、地下水埋深閾值、秋澆冬灌、水稻種植規模、水鹽平衡、節水潛力等方面進行分析，提出：過去20多年，寧蒙河套引黃灌區是農業用水水平提升幅度最大的區域之一，用水效率評價需綜合考慮區域干旱缺水條件以及引黃灌溉的生態功能；持續高強度節水大幅度降低了引黃取水量，區域地下水補給量同步降低，導致地下水水位呈現大面積、持續性下降，深刻影響灌區生態安全，湖泊濕地水循環已經由自然補給轉變為以人工補給為主，自然植被生態向人工生態轉變趨勢顯著，研究認為維持生態健康的地下水平均適宜埋深為2.5~3.0m；灌區地表鹽漬化整體呈減輕趨勢，但仍處于持續積鹽狀態；秋澆冬灌定額存在一定優化空間，但不可高估其節水潛力；水稻種植兼具經濟與生態功效，大規模壓減及適宜種植規模仍需結合實際情況綜合論證；考慮經濟技術可行和生態健康，寧夏引黃灌區、內蒙古河套引黃灌區的耗水節水潛力分別為0.6億m3、2.2億m3，再進一步節水會對灌區生態產生顯著影響。提出“四水四定”原則下寧蒙河套引黃灌區深度節水路徑與節水管控行動策略。

關鍵詞：寧蒙河套引黃灌區；用水效率；地下水；生態安全；節水潛力

作者簡介： 趙勇，正高級工程師，主要從事水循環演變、水資源高效利用與國家水網研究。

通信作者：翟家齊，正高級工程師，研究方向為水循環模擬、水資源演變預測、農業節水潛力評估等，E-mail：jiaqizhai@163.com

基金項目：國家重點研發計劃項目（2021YFC3200200）；國家杰出青年科學基金項目（52025093）；國家自然科學基金項目（51979284）；中國工 程院咨詢項目“黃河幾字彎區水-土-經濟高質量協同發展戰略研究”（2024-XBZD-11）、“內蒙古農牧交錯帶保護修復與高質量發展戰略研究”（2023NMZA-01）；內蒙古自治區水利科技項目（NSK202406）。

寧蒙河套引黃灌區包括寧夏引黃灌區和內蒙古河套引黃灌區，始建于秦漢時期，距今已有2000多年歷史。2022年寧蒙河套引黃灌區有效灌溉面積約1800萬畝（1畝=1/15hm2，下同）。作為特大型地表水灌區，其農業用水量占黃河流域地表供水量的23%以上，畝均灌溉用水量為黃河流域平均值的1.76倍；由于非作物生長期大范圍秋澆冬灌，畝均灌溉用水量通常大于200m3；干旱區存在大面積水稻種植，2018年之前寧夏引黃灌區水稻種植面積長期維持在120萬畝規模。這些現象和數據經常用來說明和表征寧蒙河套引黃灌區用水效率低、存在水資源浪費問題。

如何看待這些現象，如何應對這些問題？研究團隊成員自2003年參與國家科技攻關計劃西部開發重大項目“寧夏經濟生態系統水資源合理配置研究”以來，在國家重點研發計劃項目、中國工程院重大咨詢項目、國家自然科學基金、南水北調西線前期專項、區域重大咨詢項目等支持下，持續20年開展寧蒙河套引黃灌區水資源高效利用研究。基于此，圍繞寧蒙河套引黃灌區農業用水效率、節水潛力、灌區水循環規律、節水與生態關系、生態地下水水位閾值、生態系統健康狀態等方面，梳理十點認識和判斷，以期為新時期寧蒙河套引黃灌區以水定城、以水定地、以水定人、以水定產貫徹落實，以及黃河流域生態保護和高質量發展提供決策參考。

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寧蒙河套引黃灌區農業灌溉用水效率

寧蒙河套引黃灌區農業灌溉用水效率指標顯著低于黃河流域平均水平，這是區域干旱條件決定的。 對不同降水地區灌溉用水效率指標直接進行比較往往忽視了區域降水條件差異。 2022年寧蒙河套引黃灌區有效灌溉面積1800萬畝，取用黃河水量85.3億m3，占黃河流域地表供水總量的23.5%，是黃河流域最大的用水戶。 其中，寧夏引黃灌區畝均灌溉用水量661m3，灌溉水利用系數0.541； 內蒙古河套引黃灌區畝均灌溉用水量443m3，灌溉水利用系數0.457。 從全國及黃河流域綜合來看，寧蒙河套引黃灌區灌溉水利用系數在黃河流域9省份中處于較低水平，畝均灌溉用水量也明顯高于全國平均值及黃河流域其他省份。

但是從用水效率提升幅度來看，寧蒙河套引黃灌區灌溉用水效率是提升最快的地區之一。 自20世紀末以來，國家大規模推動節水型社會建設，寧夏青銅峽灌區實施了全國第一個大型灌區續建配套與節水改造工程，開展省級節水型社會示范區建設，大規模實施農業與工業水權轉換，同時寧蒙河套引黃灌區灌排基礎設施得到顯著改善，農業用水效率大幅提升，畝均灌溉用水量呈持續快速下降趨勢。與1998年相比，2022年寧夏引黃灌區引水量由83.3億m3減少到42.7億m3，下降了48.7%；畝均灌溉用水量由1522m3下降到661m3，下降了56.6%；灌溉水利用系數由0.38提升到0.541，提升了42.4%。內蒙古河套引黃灌區引水量由52.8億m3減少到42.6億m3，下降了19.3%；畝均灌溉用水量由695m3下降到443m3，減少了36.3%；灌溉水利用系數從0.30提升到0.457，提升了52.3%。

從降水條件來看，寧蒙河套引黃灌區多年平均年降水量僅有180~200mm，屬于典型的干旱區，有水一片綠、無水滿目黃。引黃水既是經濟社會發展的主要依賴，也維系并決定著灌溉綠洲生態系統基本格局。以寧夏引黃灌區為例，除耕地外，現狀林草地面積約占綠洲總面積的32%，湖泊濕地占6%，地下水埋深總體維持在2~3m，形成了“塞上江南”的生態系統和生存空間，引黃灌溉在保障農業生產之外，還維持著灌溉綠洲生態系統。

不同區域可以利用的有效降雨存在很大差異，直接影響灌溉用水量的多少。 寧蒙河套引黃灌區畝均灌溉用水量明顯高于全國平均水平，但該區域有效降水少、蒸發能力大，需要補充的灌溉用水量必然高于濕潤地區，如果算上有效降雨量，其用水效率全國排名均有顯著提升。因此，本文認為干旱區不宜直接和濕潤、半濕潤區進行畝均灌溉用水量比較，要充分考慮自然地理與氣候水文條件的差異性。

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▲ 寧蒙河套引黃灌區與其他地區2022年畝均水資源利用量比較

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寧蒙河套引黃灌區地下水水位變化趨勢

持續25年高強度節水，寧蒙河套引黃灌區取水量大幅減少，地下水補給量也同步降低，導致地下水水位呈現大面積、持續性下降，局部地區甚至出現大范圍地下水漏斗，必須警惕和遏制這一趨勢繼續發展。 寧蒙河套引黃灌區1998年引黃水量為136.1億m3，2022年引黃水量降至85.3億m3，減少了50.8億m3，降幅達37.3%。灌溉用水量的持續減少以及灌溉用水效率的不斷提升，使得灌區地下水補給總量及單位面積補給量同步持續減少，成為灌區地下水水位持續下降的主要原因。

根據寧夏水資源公報及地下水水位長期監測資料，1998年寧夏引黃灌區地下水平均埋深為1.63m，2022年地下水平均埋深增至2.65m，較1998年增加1.02m。其中，青銅峽灌區銀南河西片平均埋深達到3.12m；地下水埋深大于2m的面積快速增加，2022年青銅峽灌區地下水埋深大于2m的區域占58%；銀川市和石嘴山市大武口城區已經發展成為地下水漏斗區，其中石嘴山地下水超采區2022年地下水平均埋深達18.29m。對地下水補排平衡研究發現，寧夏引黃灌區近20年來地下水開采量沒有明顯增加，主要是引黃水量減少，地下水補給量持續減少，導致地下水水位持續下降。其中，灌溉期渠系滲漏減少是灌區地下水埋深增大的第一驅動要素。

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▲ 1998—2022年青銅峽灌區及河套灌區地下水平均埋深變化

內蒙古河套灌區地下水埋深呈持續增大的趨勢。根據內蒙古巴彥淖爾市水資源公報及河套灌區地下水監測數據，2022年河套灌區地下水平均埋深為2.68m，較1990—1998年平均埋深增大1.0m。受灌區支、斗、農、毛渠系硬化襯砌影響，渠道滲漏水量銳減，全灌區枯水期地下水平均埋深達到3.09m。其中烏蘭布和灌域枯水期地下水埋深達4.35m，烏拉特灌域、永濟灌域枯水期地下水埋深分別達3.26m、3.13m。疊加地下水局部超采影響，灌區目前已形成多個地下水超采漏斗，漏斗中心年末最大埋深達57.26m，且仍在進一步發展，亟須遏制地下水水位持續性下降的趨勢。

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地下水水位持續下降對綠洲生態的影響

持續下降的地下水水位已經給灌溉綠洲帶來各種顯性和隱性的影響。灌區河湖濕地由自然補給轉變為以人工補水為主，同時也給綠洲植被生態帶來深刻影響。干旱區灌溉綠洲地下水還擔負著極其重要的生態功能，是自然植被生長和湖泊自然補給的重要水源，這一功能由于隱藏于地下，且產生生態效應的時間較長，往往被忽視。受地下水水位下降和灌溉退排水減少影響，寧夏引黃灌區湖泊濕地自然補給能力明顯減弱，越來越依賴于人工生態補水。根據寧夏水資源公報，2022年寧夏引黃灌區河湖濕地人工生態補水量3.42億m3，占湖泊濕地耗水量的80%以上，星海湖、沙湖、閱海等典型湖泊濕地均依賴持續的人工補水維持，而在2003年之前幾乎不需要人工直接補水。內蒙古河套灌區的烏梁素海也面臨類似情況，2022年人工生態補水量5.17億m3，約為2008年補水量的近10倍。人工生態補水的快速增加反映了灌溉綠洲自然維持能力的衰減，這與地下水水位下降息息相關。

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▲2003—2022年寧夏引黃灌區及內蒙古河套灌區烏梁素海人工生態補水量變化

地下水水位的持續下降還給灌區自然植被生態帶來顯著影響。在干旱地區，地下水通過土壤毛管作用上升到達植被根系層，這些水分被植被根系吸收利用，從而維持喬木、灌木和草本等各類植物生長發育需求。當地下水埋深超出植被根系可利用范圍，將直接導致相應植被群落的退化或消亡。因此，地下水水位一直是干旱區綠洲生態系統健康平衡的關鍵因子和決定性因素，其變化直接影響干旱區植被的生長發育、覆蓋度、年齡結構、種群構成與演替、生物多樣性等生態系統特征，對于維持綠洲健康穩定具有重要意義。

寧夏引黃灌區楊樹、柳樹連續液流蒸騰及土壤含水量變化原位觀測試驗發現，深層土壤水對楊樹蒸騰的水分貢獻率達15.3%~41.4%，對柳樹蒸騰的水分貢獻率達53.9%。相關文獻與試驗研究結論基本一致，普遍認為2m以下土壤水和地下水對楊樹蒸騰貢獻率為10%~50%。由于地下水水位持續下降，植被地下水利用受到影響，人工綠化灌溉補水量必然增加，否則植被生態格局會發生演替。近30年遙感解譯顯示，寧夏引黃灌區城鄉工礦居民用地面積增加93.6%，耕地面積增加15.1%，林地面積增加7.3%，而草地面積減少39.4%、未利用土地面積減少25.7%，自然生態系統向人工生態系統轉變趨勢顯著。類似現象在內蒙古河套灌區同樣存在，地下水水位持續下降造成楊樹生長受到影響，出現成片楊樹梢頭枯萎的現象。

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維持生態健康的地下水埋深閾值

地下水埋深是決定寧蒙河套引黃灌溉綠洲生態健康的關鍵指示性指標，陸面植被、河湖濕地、土壤鹽漬化是表征干旱灌溉綠洲生態健康的三大主要判別指標，而地下水是影響三大指標的關鍵因素。 干旱區降水稀少，地下水水位直接影響植被所能吸收利用的水量，進而影響植被群落生長質量與空間分布，并與湖泊濕地水面面積及其穩定性密切相關，同時還是控制土壤鹽漬化程度的最直接因素，埋深過小將直接導致嚴重的土壤鹽漬化問題。

圍繞寧蒙河套引黃灌區陸面植被適宜地下水埋深閾值確定，研究選取了具有代表性的灌木、喬木、草地等植被，考慮植株-群落-綠洲不同尺度效應，建立基于植被根系吸水深度和潛水影響層厚度的植被地下水生態水位閾值計算方法。在植株尺度，以毛白楊為例開展系統試驗，發現其水分主要通過深層根系補給，約57%的蒸騰耗水來自0.9m以下土層，4~10年生毛白楊平均根深1.5~3.0m，潛水影響層厚度1.0~1.5m，確定適宜地下水埋深閾值為2.5~4.5m。在群落尺度，調查了引黃灌區8種喬木、8類灌叢、21種草甸濕地植被群落，建立了基于植被多維度與地下水水位關系的高斯模型，確定了白刺灌叢、檉柳灌叢、蘆葦草甸等不同植被群落根系深度及地下水最佳水位、維持水位和紅線水位，提出群落尺度的植被生態地下水埋深閾值區間為2.5~3.0m。在綠洲尺度，基于典型植被分布、群落調查及文獻調研分析，提出維持健康的引黃灌區生態地下水埋深閾值整體應控制在2.5~3.0m。

圍繞干旱區灌溉綠洲淺水湖泊濕地健康穩定地下水埋深閾值確定，開展了寧夏引黃灌區34個大型湖泊濕地水平衡變化遙感分析和實地調查。在現狀水平衡分析基礎上，研究提出以全年地下水補給湖泊水量百分比、枯水季地下水水位、湖泊濕地植被生態地下水水位閾值作為保障湖泊濕地健康的控制性指標，確保豐水季地下水水位高于湖泊底部高程，自然補給湖泊水量占比大于30%，維持湖泊周邊地下水埋深適宜控制在1.8~2.5m。

圍繞寧蒙河套引黃灌區土壤水鹽平衡地下水埋深閾值確定，研究提出基于潛水影響層厚度的土壤鹽漬化臨界埋深閾值計算經驗公式，建立臨界埋深與土壤有效粒徑、土壤空隙度之間的作用關系及計算方法，并根據寧夏引黃灌區占比最大的灌淤土、灰鈣土、風沙土進行模擬分析，提出控制鹽漬化發展的地下水埋深應不低于1.5~1.8m。根據試驗觀測及調查分析，當地下水埋深小于1.5~1.8m時，一般表現為中度或重度鹽漬化；埋深大于1.8~2.4m時，一般表現為非鹽漬化或者輕鹽漬化狀態；埋深大于2.4m時，多表現為非鹽漬化狀態。綜合考慮理論分析、試驗觀測與調查結果，研究提出寧蒙河套引黃灌區鹽漬化調控的關鍵是3—4月地下水埋深，將其控制在1.8~2.4m能夠基本維持水鹽平衡。

綜合考慮各項關鍵指標影響，按照優先保障生態短板的原則，研究提出以土壤水鹽平衡作為分區埋深調控下限值，以維持植被和湖泊生態健康作為分區地下水埋深閾值上限值。考慮不同生態埋深閾值多功能重疊作用，提出寧蒙河套灌溉綠洲地下水適宜埋深閾值為2.5~3.0m，在空間上結合具體情況確定臨界埋深閾值范圍，以此作為地下水水位管控的科學依據。

近30年來，隨著用水效率提升、引黃灌溉水量減少，寧蒙河套引黃灌區的地下水水位持續大面積下降，現狀地下水埋深越來越接近生態地下水水位臨界閾值，以寧夏青銅峽灌區為例，灌區地下水埋深上邊界值一般出現在灌溉期的7—8月或冬灌期（此處選擇具有代表性的8月進行分析），埋深下邊界值一般出現在非灌溉期的2月左右。1998年以來，地下水埋深下邊界值（2月埋深）在2013年達到2.51m，首次進入臨界埋深閾值范圍，并于2019年首次超過臨界埋深閾值下限3.0m。地下水埋深上邊界值（8月埋深）在2019年達到2.54m，首次進入臨界埋深閾值范圍，此后有所恢復。整體來看，地下水水位已接近臨界埋深閾值，實施面向灌溉綠洲生態健康的水資源調控越來越重要和緊迫。

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▲ 1998—2022年青銅峽灌區灌溉期與非灌溉期地下水埋深變化

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考慮生態功效的引黃灌溉用水效率

寧蒙引黃灌區年均降水量不足200mm，引黃灌溉造就了自然水系與人工引排水渠系交織的綠洲水網，支撐著農業生產和綠洲生態格局。若考慮灌溉產生的生態服務功能，引黃灌區用水效率將顯著提升。以寧夏引黃灌區為例，農田系統耗水量的74.7%依賴于人工灌溉補給，河湖濕地耗水量的73.7%也來自人工引水補給，而灌區林地耗水量的39.2%、草地耗水量的21%來自引黃灌溉水量的間接補給。如果認為河湖濕地及林草地耗水是生態系統的有效耗水，則意味著引黃灌溉水量對生態系統耗水的貢獻率達到39.8%，是維持生態系統健康不可或缺的重要水源。

在灌溉用水效率傳統計算方法基礎上，將灌溉維持生態系統服務功能所消耗的水量也作為灌溉水的有效利用量，研究提出考慮灌溉生態效益的用水效率評價方法，將灌區林地、草地、河湖濕地蒸散消耗的灌溉水量定義為生態系統的有效利用量。按此定義及評價方法，進行寧夏引黃灌區灌溉用水效率評價，結果顯示，考慮生態效益后的灌溉用水效率指標值平均提高了0.065，提升幅度達14.6%。其中，2022年寧夏引黃灌區灌溉水利用系數達到0.632，較現狀評價的0.541提高0.09，提升幅度達16.7%。若將寧夏引黃灌區計算結果推算至寧夏全區，則2022年寧夏全區灌溉水利用系數達0.640，顯著高于傳統效率測算結果0.570，也高于全國平均水平，與普遍存在的寧夏用水效率偏低的認識截然不同。

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▲寧夏引黃灌區考慮生態效益前后的灌溉用水效率比較

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寧蒙河套引黃灌區土壤鹽漬化及其長期累積效應

水分與鹽分是干旱區灌溉農業的兩個重要主題。土壤次生鹽漬化是干旱、半干旱地區普遍存在的一種土地退化現象。一般情況下，如果地下水水位高、排水不暢，鹽分就會逐漸在土壤表層累積，造成土壤次生鹽漬化。根據遙感監測與實地調研統計，寧蒙河套引黃灌區的土壤鹽漬化處于整體顯著改善、局部仍較嚴重的狀態，土壤鹽漬化問題仍然不容忽視。

1990—2023年遙感衛星數據反演表明，寧蒙河套灌區地表鹽漬化程度在時空尺度上均呈現顯著下降趨勢，其中寧夏引黃灌區下降程度略高于內蒙古河套灌區。寧夏引黃灌區2023年整體地表鹽分指數較1990年下降了20.3%，空間上分別有88.4%和8.0%的土地面積地表鹽分指數呈明顯改善和輕微改善，僅1.9%的土地面積地表鹽分指數呈增加趨勢。內蒙古河套灌區與寧夏引黃灌區表現出一致的情況，2023年整體地表鹽分指數較1990年下降了13.7%，空間上分別有68.3%和17.7%的土地面積地表鹽分指數呈明顯改善和輕微改善，僅6.4%的土地面積地表鹽分指數呈增加趨勢。

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▲寧蒙河套引黃灌區地表鹽分指數變化及分類統計

然而，地表鹽漬化狀態與灌區鹽分累積狀態是兩個不同層面的問題，前者受氣象條件、灌溉淋溶、潛水蒸發和植被等多重因素的影響，年際（年內）變異性極強，體現在土壤垂向剖面鹽分的遷移過程，而后者更容易受地形、引排水量、地下水水位等條件的控制，更新速度較慢，體現在灌區土壤和地下水整體鹽分的變化過程。寧蒙河套引黃灌區大規模節水導致淺層地下水埋深增加，潛水蒸發動力減弱，大規模灌溉將表層鹽分淋洗至土壤深部或地下水，表層土壤鹽漬化程度降低，這從遙感數據可以說明。但另一方面，由于部分地區地下水水位已下降至排水溝溝底高程以下，排水溝排水和排鹽功能減弱，長期來看將導致鹽分在土壤深部和地下水中累積，造成灌區總體積鹽。寧蒙河套引黃灌區水鹽均衡分析發現，2021年寧夏引黃灌區灌溉輸入鹽分171.9萬t，排水溝排鹽量141.5萬t，灌區鹽分累積30.4萬t，鹽分排引比為0.82。內蒙古河套引黃灌區2010—2019年平均輸入鹽量233.5萬t/a，平均排鹽量141.8萬t/a，鹽分排引比為0.61。寧蒙河套引黃灌區總體仍處于積鹽狀態。

因此，寧蒙河套引黃灌區土壤表層鹽漬化程度雖呈減輕趨勢，但并不意味著灌區處于脫鹽狀態，灌區局部仍較嚴重，灌區總體仍處于持續積鹽狀態。隨著深度節水大規模實施和地下水水位持續下降，灌區鹽分長期累積是否會造成累積效應亟須開展深入研究。

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寧蒙河套引黃灌區秋澆冬灌問題

秋澆冬灌具有洗鹽、保墑、補水、殺蟲等綜合效益，但是是否必要對非作物生長期進行大規模秋澆冬灌存在爭議，仍然需要深入研究驗證，目前研究認為不可高估秋澆冬灌的節水潛力。

現狀寧夏引黃灌區冬灌水量約9億~10億m3，內蒙古河套引黃灌區秋澆水量約16億m3，分別占全年引黃水量的17%和35%。由于秋澆冬灌時間一般在非作物生長期，灌溉形成大面積田間淺水面，有觀點認為這種灌溉方式是對水資源的極大浪費，建議取消秋澆和冬灌。本文認為，需要從科學、客觀的角度去認識和評價，重點厘清如下兩方面問題。

1.秋澆冬灌對灌區生產、生態的作用

寧蒙河套引黃灌區秋澆冬灌制度已有上千年的歷史，是千百年來灌區農業生產經驗的總結。采用這一灌溉方式對灌區作物生長、維持生態健康有積極貢獻。秋澆冬灌制度在我國華北、西北等廣大區域普遍存在并沿用至今，說明秋澆冬灌的歷史經驗是具有普遍實際價值的，對于保障北方地區農業生產與糧食安全具有重要意義。近年來，隨著寧蒙河套引黃灌區地下水水位持續下降，通過秋澆冬灌可有效恢復地下水水位。地下水監測顯示，秋澆冬灌短期可促使灌區地下水水位回升0.7m，且隨著埋深越大回升效果越明顯，可保障次年植被返青及主要作物播種前（4—5月）地下水埋深維持在健康水位范圍內。

2.秋澆冬灌的合理定額及耗水量

寧蒙河套引黃灌區秋澆冬灌的定額問題一直是關注的熱點及爭論的焦點，現狀寧夏引黃灌區的秋澆定額約為166m3/畝，河套引黃灌區的冬灌定額約為250m3/畝，普遍認為具有較大的節水潛力。影響秋澆冬灌定額的因素很多，作物類型、土壤性質及地下水埋深等因素均密切相關。

通過模擬分析寧夏引黃灌區不同冬灌水量下水循環規律發現，冬灌引水減少的主要效應是降低了排水量，其占引水減小量的87%；當冬灌定額大于175m3/畝，通過減小冬灌定額獲得的耗水減小量十分有限，僅占引水減小量的8.8%；當冬灌定額小于120m3/畝，減小冬灌定額獲得的耗水減小量占比才逐步提升。

在內蒙古河套引黃灌區，通過不同作物的秋澆對比試驗發現，秋澆在土壤鹽分淋洗等方面具有顯著作用。當秋澆定額不低于100m3/畝時，表層土壤的脫鹽率可達32%。而秋澆定額低于80m3/畝時，次年土壤表層就會出現“返鹽”現象。此外，對不同地下水礦化度和埋深條件下的秋澆定額對比分析發現，礦化度越高、地下水埋深越淺，所需秋澆水量通常越大。地下水礦化度每升高1.0g/L，秋澆水量需要增加47m3/畝；地下水埋深每增大0.1m，秋澆水量可減少16m3/畝。綜合來看，秋澆冬灌既關乎農業生產，還與灌區生態健康及河湖生態平衡息息相關，亟須加強試驗調查和模擬研究，全面考慮作物增產需求、用水成本、來水情況、生態效應等方面影響，科學確定秋澆冬灌的必要性及其適宜定額，在大規模實施節水灌溉的同時保持合理的秋澆冬灌制度，維持農田作物根層鹽分平衡，支撐灌區水資源高效利用和高質量發展。

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寧夏引黃灌區水稻種植規模及生態效應

水稻耗水量大，對于其是否適宜在干旱區大規模種植有不同的認識。水稻種植對于寧夏引黃灌溉綠洲的發展與穩定具有重要作用，其生態功能多樣且特殊，如果只考慮單一節水目標，的確需要大規模壓減水稻。但水稻規模與分布對于調節區域水系統補排關系、維持地下水依賴型生態系統格局具有重要作用，應多方面綜合論證。

因光熱條件好、引水灌溉便利，寧夏引黃灌區水稻種植已有1400多年的歷史，是我國優質稻米的生產區之一。新中國成立初期，寧夏水稻種植面積為31萬畝。隨著灌區的開發建設，水稻種植區域逐步由南向北延伸，在地勢低洼、湖泊濕地密布、土壤鹽堿突出的灌區北部較為集中。2005年之后，寧夏引黃灌區水稻種植規模持續穩定在118萬畝左右，2012年達到最高127萬畝，2020年以后快速減少，到2022年僅剩44萬畝。

干旱少雨缺水與水稻高灌溉定額、高耗水形成鮮明對比。反對寧夏大規模種植水稻的聲音持續存在，認為水稻種植不符合寧夏基本水情，主張大幅度降低水稻種植規模。而贊同水稻種植的觀點則認為：寧夏的水稻主要種植在地勢低洼、地下水埋深淺的區域，這些地方土壤鹽漬化較為嚴重，其他作物難以正常生長，通過種植水稻，可以有效淋洗土壤鹽分，是改良鹽堿地的有效措施之一；水稻田還兼具濕地的生態功能，能夠調節局地小氣候，維持地下水補排平衡，保障低洼地區河湖及植被生態系統健康持續，不宜大規模壓減水稻種植面積，提倡綜合考慮自然地理、水資源、地下水、生態保護以及水稻種植歷史、農民增產增收等多種因素，合理確定水稻種植規模及分布。

圍繞這一問題，研究團隊基于自主研發的分布式水循環模型（WACM），模擬分析不同水稻種植規模對灌區引耗排、地下水水位等關鍵要素變化影響。結果顯示：將基準年（122萬畝）水稻全部替換為玉米的情景下（極限壓減情景），寧夏引黃灌區年引水量將減少11.64億m3，排水量減少7.58億m3，耗水量減少3.54億m3，農田灌溉水利用系數提高10.6%，水稻壓減對于寧夏引黃灌區節水效果顯著。同時，極限壓減情景下，水稻種植區地下水水位將下降0.2~1.2m，7月地下水水位下降幅度最大。

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▲寧夏引黃灌區水稻極限壓減情景下不同月份地下水水位變化預測

水稻極限壓減情景下，地下水水位下降，對地下水依賴型生態系統將產生影響。寧夏引黃灌區鹽漬化主要分布在銀北地區，這與銀北地區處于灌區下游、水力坡度小（1/10000~1/6000）、地勢低洼、地下水埋深淺有關。北部鹽漬化地區現狀平均地下水埋深為1.34m，當水稻全部壓減后，北部鹽漬化地區平均地下水埋深增加至1.61m，總體地下水水位下降幅度達0.2～1.0m。對于鹽漬化地區，地下水水位下降，短期內有利于鹽漬化的防治。但湖泊濕地主要分布在銀川市和石嘴山市地下水埋深較淺的區域，現狀湖泊濕地區域年平均地下水埋深為2.80m，80%的湖泊濕地由人工補給（引黃水）維持。當水稻全部壓減后，湖泊濕地區域年平均地下水埋深將增加至2.92m，湖泊濕地與地下水水勢梯度進一步增大，水面萎縮，水文連通性減弱，湖泊濕地景觀破碎度加劇。如果地下水水位進一步下降，所有湖泊濕地都將演變成人工補給型，無法自然維持穩定的湖泊濕地格局。同時，地下水水位下降至2.5m以下時，其對灌叢和草本植物生長的補給作用顯著減弱，這些植物僅依靠降水將難以維系，面臨退化甚至消失的風險。同樣，對濕生植物、水生植物等高度、密度及群落狀態也將帶來不利影響。

因此，大規模水稻壓減后將會帶來正、負兩方面的效應：對減少取水、耗水起到有利影響，灌區灌溉水利用系數提高，對地下水埋深較淺的易鹽漬化區域有緩解作用；但隨著大規模水稻壓減，區域地下水補排關系將發生改變，地下水水位顯著下降，排水減少，地下水更新能力減弱，湖泊濕地將由潛水補給型演變為人工補給型。地下水依賴型的生態格局將隨之受到影響。

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寧蒙河套引黃灌區農業節水潛力

干旱區農業節水是有極限的。 為了評估寧蒙河套引黃灌區節水是否達到了極限，采用自主研發的灌溉綠洲分布式水循環模擬模型，以健康地下水水位閾值為約束，綜合模擬評估現狀水平年寧夏引黃灌區、內蒙古河套引黃灌區維持經濟技術可行和生態健康的取水節水潛力、耗水節水潛力。

寧蒙河套引黃灌區千百年來已形成自然與人工交錯的復雜引排水體系，七級引水渠系和排水溝道構成灌區水分循環轉化的脈絡，加速了地表水與地下水的交互轉化，促進自然生態與人工生態的交融共生。因此，研究節水問題必須基于灌區水循環過程及生態演化規律，分析不同節水措施產生的水量變化、轉化關系及生態效應，從系統思維來看待節水的利與弊，兼顧節水措施的經濟成本與生態影響，這也是打破傳統就節水論節水的關鍵。

科學評估干旱區灌溉綠洲的節水潛力涉及兩個關鍵問題，一是確定灌溉綠洲節水潛力的控制性依據，二是科學描述灌溉綠洲水循環轉化過程及其與節水響應的關系。針對第一個問題，從干旱區灌溉綠洲水系統基本特征出發，抓住農業節水直接影響地下水動態變化并間接影響綠洲生態系統這些關鍵點，提出合理的地下水埋深是評判灌溉綠洲農業節水潛力的關鍵因素。針對第二個問題，根據寧蒙河套引黃灌區特點，研究提出刻畫灌溉綠洲典型特征的引排水耗散-匯合結構，實現了地表水-土壤水-地下水一體化模擬，解決了灌區地表水與地下水頻繁交互的數學模擬問題，研發推出了一套完整的綠洲分布式水循環模型。將寧蒙河套引黃灌區按照不同的功能劃分為引水灌域、排水域和網格單元，并建立不同單元的空間拓撲關系，經過蒸發、排水、地下水等多環節、多過程、多要素的率定及驗證，定量模擬不同水資源開發利用措施伴生的生態水文效應，精準評估不同生態健康目標下的節水潛力。

在寧夏引黃灌區，通過模擬各項節水措施實施情境下的水循環過程，以平均2.5~3.0m適宜地下水埋深閾值為約束，考慮灌區引排水特征、糧食安全、用水習慣、節水經驗、節水投資等因素，多情景綜合評估認為：在2017年水平年，年均引黃水量50.83億m3情景下，整個灌區耗水量為45.59億m3，其中引黃耗水量23.98億m3。在此基礎上，同時實施銀川都市圈供水工程、渠系水利用系數達到0.63、高效節水灌溉面積率控制在40%、水稻種植面積控制在100萬畝等措施，則取水節水潛力可達到5.40億m3，對應的耗水節水潛力為1.40億m3，耗水節水占取水節水的25.9%，因此在開展節水工作時需要綜合考慮取水節水與耗水節水關系，不能簡單地將取水節水量等同于真實節水。近年，寧夏引黃灌區引黃水量進一步減少，2022年引黃水量減至44.5億m3，與此同時，灌區水稻種植面積大幅度縮減至44.1萬畝，年內水位最高的8月地下水埋深也持續增加至2.25m。在此背景條件下，綜合評估認為現狀節水潛力已經十分有限，取水節水潛力約為2.2億m3，耗水節水潛力約0.6億m3。

采用同樣的方法，模擬評估不同情景下內蒙古河套引黃灌區的節水潛力及生態影響：在現狀引黃水量42.4億m3條件下，基于現有技術條件，實施適宜的種植結構調整、渠道襯砌防滲、田間高效節水灌溉以及灌溉制度優化等節水措施，考慮對農田和自然生態造成的影響，地下水埋深維持在適宜地下水埋深閾值內，且資金投入適中，經濟上也較為合理，最大程度挖掘節水潛力，綜合評估認為河套灌區的取水節水潛力約為2.8億m3，耗水節水潛力約為2.2億m3。

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寧蒙河套引黃灌區深度節水路徑與行動策略

寧蒙河套引黃灌區既有有利的引黃條件，也有獨特的自然地理情況，要因地制宜提升用水效率，維護生態安全，全面貫徹落實“四水四定”原則，實施深度節水，制定切實可行的發展路徑，促進高質量發展。研究提出寧蒙河套引黃灌區深度節水的四條路徑、六大行動策略。

1.深度節水四條路徑

一是堅持生態保護優先，實現科學節水。 嚴控灌溉節水對湖泊濕地、植被健康的影響，以生態安全管控為約束，合理劃定綠洲區功能空間，確定灌溉面積發展上限，科學布局節水措施。

二是切實推進結構調整，追求效益節水。 推進規模化種植和種植結構適水性調整，形成區位特色突出的現代農業產業體系，降低高耗水產品出口規模，實施虛擬水戰略，實現高質量發展。

三是持續強化工程措施，完善效率節水。 完善農業節水工程體系，逐步由渠系襯砌轉向以田間節水為重點，發展噴灌、微灌等適宜高效節水灌溉工程，提升灌溉效率。

四是提升節水監管能力，落實精準節水。 強化灌區計量監控與精細化管理能力，以問題為導向，分片施策，逐步建設智慧灌區，實施科學監測、科學灌溉、科學計量，落實精準管理。

2.節水管控六大行動

一是面向耗水控制的灌溉面積紅線管控行動。 基于灌區耗水總量控制及生態健康狀態，灌溉面積控制在適宜規模以內。以最嚴格水資源管理制度為約束，嚴格落實農業水權分配，除移民搬遷外，不再新增農業灌溉水權。探索以產出效益為導向的水資源配置路徑，在保障現有農業水權條件下，新增節水量優先配置于高效益、高附加值產業。

二是面向生態健康的地下水水位紅線管控行動。 根據自然植被、河湖濕地、鹽堿狀態及城市分布，劃定灌區適宜地下水水位上限與下限；加強地下水水位綜合管控，合理規劃地下水開采量及空間布局；強化地下水監管，加密布設地下水水位監測井，建設地下水水位自動監測站網及預警預報系統。

三是以結構調整為路徑的灌溉效益提升行動。 推進集約化、規模化、專業化發展，促進產加銷一體化經營；建立與水資源條件相適應的種植結構，控制高耗水作物的種植面積；壓縮露天人工魚池養殖規模，發展優質糧食和草畜、蔬菜、枸杞、葡萄、葵花等特色優勢產業，形成適水的現代農業產業體系。

四是以工程節水為支撐的灌溉效率提升行動。 持續推進渠系和田間節水改造，提升灌區干支渠渠道砌護率，同時保障存量渠道的運行維護，因地制宜合理布局高效節水灌溉改造工程，特別對于膜下滴灌等高效節水灌溉技術應進行充分的試驗論證，避免大規模集中連片布置造成生態問題，適度提升高效節灌率。

五是以政府和市場結合的集約節水管理行動。 探索第三方節水服務和村級農業灌溉管理權拍賣模式，創新農業節水社會化服務機制；探索灌區內、行業間、用水戶間，甚至省域間等多種形式的水權交易；推進農業水價改革，創新有利于節水的農業水價形成機制。

六是面向精細化管理的智慧灌區建設行動。 依托現有信息化平臺系統，基于智慧水利核心框架，完善灌區測控、水量調度、工程管理等業務功能，構建基礎設施層、數據層、平臺層、業務應用層、公共服務層、用戶層以及標準規范和保障體系，通過“一張圖”和統一門戶實現灌區智慧高效管理與服務。

Abstract: The Ningxia-Inner Mongolia Hetao Yellow River irrigation district is a critical ecological security barrier in Northwest China and a core region for green barrier construction and high-quality development. Due to limited rainfall, water diverted from the Yellow River has long been the “lifeline” supporting the economic and social development and ecological security of the area. This study analyzes aspects such as water usage, irrigation efficiency, ecological evolution, groundwater changes, groundwater depth thresholds, autumn and winter irrigation, rice cultivation scale, water-salt balance, and water-saving potential, presenting the following insights: Over the past two decades, the Ningxia-Inner Mongolia Hetao Yellow River irrigation district has been one of the regions with the largest improvements in agricultural water use efficiency. evaluations of water use efficiency should comprehensively consider regional drought and water scarcity conditions as well as the ecological functions of Yellow River irrigation. Continuous high-intensity water-saving measures have significantly reduced water diversion from the Yellow River, simultaneously decreasing groundwater recharge, leading to widespread and persistent groundwater level declines, which profoundly impact the area’s ecological security. Lakes and wetlands have shifted from natural replenishment to predominantly artificial replenishment, and natural vegetation is increasingly transitioning to artificial ecosystems. The study suggests that an average groundwater depth of 2.5 to 3.0 meters is optimal for maintaining ecological health. Although soil salinization in the area shows a general trend of alleviation, it remains in a state of continuous salt accumulation. There is room for optimizing autumn and winter irrigation quotas, though the water-saving potential should not be overestimated. Rice cultivation offers both economic and ecological benefits, but the scale of rice reduction and optimal planting areas require comprehensive evaluation based on practical conditions. Considering economic and technical feasibility and ecological health, the water-saving potential is estimated to be 60 million m3 in the Ningxia Yellow River irrigation district and 220 million m3 in the Inner Mongolia Hetao Yellow River irrigation district. Further water-saving measures would significantly impact the ecology of the irrigation district. This study proposes in-depth water-saving pathways and management strategies under the “defining city, land, population, and production by water” principle, providing a reference for the high-quality development of the Ningxia-Inner Mongolia Hetao Yellow River irrigation district.

Keywords: Ningxia-Inner Mongolia Hetao Yellow River irrigation district; water use efficiency; groundwater; ecological security; water-saving potential

本文引用格式：

趙勇，翟家齊，張鵬程，等.寧蒙河套引黃灌區節水與生態安全十點認識與判斷[J].中國水利，2024（23）：26-35.

封面供圖｜ 寧夏回族自治區水利廳

責編｜ 呂彩霞

校對｜ 熊璠

審核｜王慧

監制｜ 軒瑋

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