第一章 绪论
1.1 研究背景
中国是世界上最大的发展中国家，经过 30 多年的快速发展取得了举世瞩目的成绩[1].截止 2014 年底，全国粮食总产量达到 60 710 万吨，比上年增加 516万吨，增长 0.9%;全年猪牛羊禽肉产量 8 540 万吨，比上年增长 2.0%;全年禽蛋产量 2 894 万吨，比上年增长 0.6%;牛奶产量 3 725 万吨，同比增长 5.5%.
农业占国民生产总值的比重依然很高（表 1-1）。中国社会经济的快速稳定发展离不开农业发展的丰硕成果，农业是中国社会经济发展的重要推动力之一。从这个角度来看，我国农业的可持续发展必然成为社会经济可持续发展的有力保障。然而在过去几十年的农业发展过程中，农业相关的土地资源、水资源、天然草地资源等遭到过度开发利用和人为污染破坏，尽管在中央与各级政府以及社会各界力量的高度关注下开始控制，各类生态系统不同程度得以恢复，但依然没有从根源上得到治理[2].
水资源是人类赖以生存和发展的基础，更是农业农村经济可持续发展的重要生态资源保证[3].众所周知，中国是世界上水资源短缺最严重的国家之一，我国居民的水资源占有率与非洲国家持相同水平，仅有世界人均水资源占有量的 25%左右。中国国土面积的一半以上属于干旱、半干旱地区，即意味着我国超过一半以上的耕地面临着不同程度的缺水问题，可见水资源短缺同样也是制约我国现代农业发展的重要因素之一[4].
武威市位于甘肃省中部，河西走廊东端，地处东径 101°49′~104°43′，北纬36°9′~39°27′之间，三面被沙漠包围，属于典型的温带大陆性气候带。武威市内除祁连高寒山区外，大部分地方气候干燥，降水稀少，多年平均降水量为 266.4毫米，总的降水趋势是由南向北，随着海拔高度的降低而降水量减少，多年平均蒸发量 2 644 毫米。全市范围内日照充足，多年平均有效积温达到 2 843.9℃，昼夜温差大，无霜期 160 天，十分适宜种植酿造葡萄、枸杞等经济作物，境内玉米制种等产业较为发达[5].但是长期以来，受到水资源短缺这一重要制约因素的影响，现代农业产业化发展进度缓慢，迫切需要对农业结构进行调整和示范推广旱作节水农业。据统计，武威市多年平均地表水资源总量 14.436 亿 m3（其中自产水资源量为 10.807 亿 m3,入境水资源量为 3.629 亿 m3），纯地下水资源量为 0.704亿 m3,全市水资源总量为 15.14 亿 m3.然而武威市每年的平均实际用水总量达到了 18.36 亿 m3,其中农业用水 17.38 亿 m3,占 94.65%,工业用水 0.58 亿 m3,占 3.18%,城乡镇生活用水 0.40 亿 m3,占 2.17%.
综上，受水资源等各类自然资源过度开发利用的影响，武威市生态环境在近几十年内急剧恶化，土壤沙化、天然草地退化等现象不仅对当地居民的生产生活产生了严重威胁，同时也对我国西部地区乃至全国的自然环境造成恶劣影响。这一系列问题引起了中央和各级政府以及社会的广泛关注，农业生产、社会经济发展、生活压力和生态环境恶化等各个方面的挑战，迫切需要武威市积极地调整水资源利用格局，这不仅关系到武威市民勤县是否会变成“第二个罗布泊”,甚至关系到整个西部地区乃至全国的自然生态问题。鉴于此，本文在对国内外水资源综合开发利用相关研究理论和成果进行收集、整理、归纳的基础上，深入调查和分析武威市农业产业化现状，发展中存在的问题，水资源的需求，旨在提出武威市农业产业化的水资源利用策略，为河西走廊地区的水资源可持续利用提供科学指导，并为武威市水资源科学合理利用及经济发展中的可持续战略提供理论支持和科学依据。
1.2 国内外研究进展
1. 水资源的定义与特征
根据《中国大百科全书》对水资源给出的概念，水资源是指地球上能够被人类所开发利用的全部水的统称，水资源泛指一定范围内可为人类所利用水的总和。水是一切生物赖以存在的物质基础，是生命之源；人类的一切活动从生活到生产，甚至物质文明的产生和发展都离不开水[6].可以说，没有水就没有人类社会。水资源，从范围上，包括陆地水资源和海洋水资源；从自然性质上，水可分为淡水和咸水。由于咸水或海水为人类利用的价值相对小或者利用成本很高，因此通常所指的水资源主要是指陆地上的淡水资源。但近海或海滨可供养殖的水域，仍然属于水资源。陆地水资源又可分为地表水资源和地下水资源。地表水资源，是指存在于地球表面上的水资源，通常包括江河水、湖泊水、水库水、渠塘水等[7].地表水资源直接可被人们所利用，如灌溉、生活用水、工业用水、养殖、发电等。地下水资源是指存在于地壳岩层或土壤空隙中的水资源。地下水一般不能直接被利用，要通过凿泉、挖井等方式被人们所利用[8].地下水资源一般仅限于满足生活用水、农业灌溉及工业用水等。
与其他资源相比，水资源具有以下特点：1.水是动态资源、循环资源。2.水是公利公害性资源，水既能满足人类的需要，又能引发灾难，毁坏人类生存的土地和家园。3.易形成垄断性支配的资源，水依附于土地，土地的垄断可能造成水资源的垄断。4.水资源是稀缺性的资源，水是人类最缺少的资源，尤其是中国水资源的时空分布上极度不均衡，部门地区干旱缺水现象十分严重，已经对当地居民的生产和生活造成了严重的威胁。
2. 农业水资源的定义与特征
由于研究或一个不同的角度的思想的不同区域中，农业水资源的定义还没有被识别为一个非常严格的文字描述。本文所研究的农业水资源是指在一段时间内，可以是直接的或间接被人类开发且用于农业生产的那一部分水体。包括地表水，地下水等，可以直接满足农业生产的淡水，也可通过处理，能够满足农产品微咸水，循环水和其它非常规水的标准。
通过农业水资源概念的明确，可以发现其具有下列主要特征：
（1）农业水资源的自然特征
农业水资源是水资源中根据用途进行划分的一类，因此与地球上所有水资源一样，农业水资源具备所有水资源的基本自然特征属性。例如，水的流动，使得各种农业用水可导致传输，存储和其他水利项目建设集中自己的积蓄，为农业生产提供了重要的物质基础。同时通过农业水资源开发和利用，化肥和有机物质的分解和养分循环至农田，河流，湖泊等，不断为客户提供各种材料供应农业生产。
（2）农业水资源的经济特征
农业用水是无可替代的。水资源在农业生产中的作用不能被其他物质所取代。虽然农业具有可再生水资源。然而，过度使用和缺少有序管理，将对农业水资源的再生造成严重后果。
（3）农业水资源的波动特征
该特征反映在水资源在农业中的时空分布有很大的不同。农业水资源在同一个区域中的每个时节是不同的，有的时节不能满足农业用水，就需要投资建设水利工程，调整部分波动的水资源平衡。
3. 水资源利用
Day 以水土资源为例，对澳大利亚自然资源政策进行了介绍，提出了英联邦在土地退化、体制安排的分散责任以及现行土地利用总体规划问题的政治含义，但在环境问题及其解决途径方面还缺乏广泛共识[10].Wheater 认为，土地利用和土地管理的变化影响确定洪水灾害、水资源以及污染物稀释的水文状况[11].因此，土地和水资源管理之间有着千丝万缕的联系，而且与区域气候一起构成了一个非常复杂的系统。制定实现水资源可持续利用的公共政策的前提是正确理解这一系统中所涉及的各种关系。最近几年，在全世界范围内，生态系统产品和服务已成为政策制定者考虑的主要问题，这些商品和服务是公认的人类福祉[12].作为这些服务之一的水资源供给，其不容置疑的价值及其供给稀缺对全球的威胁与气候变化一样，正在引发越来越多的关注。然而，决定土地利用与水之间相互作用的生物物理基础却往往被忽视。因此，要制定正确的决策，有必要扩展决定这些复杂关系的实验基础[13].Garmendia 分析了提供水资源对各种土地覆盖类型的影响效应[14].Maeda 等对肯尼亚东部山区因农业扩展以及气候变化引起的灌溉用水需求的潜在变化进行了研究，结果表明，在未来 20 年中，山上耕地可获得性越来越低，导致农业向需要更多灌溉水的山底扩展。如果目前这种发展趋势持续下去，到 2030 年，研究区域约 60%为农业区域。这种扩展使灌溉水量年均增长约40%[15].尽管全球对水资源危机日益关注，但正确评估和预测全球水的可获得性、利用和平衡方面的能力还相当有限。Simonovic 利用系统动力学方法对全球水资源管理构建模型，认为水资源的数量和质量与五个推动工业发展的因素紧密相关，即人口、农业、经济、不可再生资源和持久性的污染。模拟结果表明，世界水资源和未来世界工业增长之间有一个非常紧密的联系，水污染将是未来全球范围内最重要的水问题[16].
在水资源利用与农业发展方面，Hu 等将水、劳动力、资本作为投入要素，采取 DEA 分析方法对中国区域全要素水资源效率进行了分析，结果发现，全要素水资源效率与区域人均实际收入之间存在着 U 形关系，中部地区水资源效率最低，而其调整的水资源用量却占全国总用水量的 3/4[17].Alsharif 采取 DEA 分析方法对巴勒斯坦领土（西岸和加沙地带）供水系统管理效率进行了分析，结果表明，加沙地带的供水系统管理效率测评得分明显低于西岸，其主要原因在于水的损失，而直辖市的相对规模对效率得分的影响很小。巴勒斯坦政策制定者应着重于重建供水管网等基础设施，而且从 DEA 最无效的直辖市开始，将水损失减少到最低[18].Allouche 对水资源和粮食安全之间的关系进行了研究。结果表明，其一，水资源短缺作为区域冲突的一个驱动因素在区域和国家层面还没有一个明确的结论；其二，水资源和粮食的不安全性，可以通过政治权力、社会和性别关系来解释；其三，全球贸易可以实现国家的粮食和水安全，但目前受到粮食价格上涨、粮食主权运动和土地“掠夺”的威胁；其四，水和粮食安全在气候变化的条件下将面临重大挑战[19].
在现代农业灌溉技术方面，已经有很多农业灌溉相关研究和实践表明，现代灌溉技术是解决水资源短缺和环境污染问题的途径之一。Dina 以灌溉水为例，对资源保护、污染减少的技术选择进行了经济学分析，结果表明，现代灌溉技术服务可以大大降低产品质量及天气差异对收益的影响，技术选择对产品种类（作物）特别敏感，污染税可以增加保护水源、采用现代技术、结构调整的可能性[20].
同时，农业生产所产生的非点源水污染对美国和欧盟而言都是一个重大的环境问题。美国采取了被称为“最佳管理实践”的策略，通过各种措施减少水污染。
Centner 等研究结果表明，“最佳管理模式”可以减少农业面源污染，但对生产者而言，减少污染成本较高。因此，减少污染可能会需要政府采取不同的干预措施。
在污水的利用方面，利用现有的技术进行废水处理，可以生成任何品质的再生水，而再生水的使用将取决于再生水可重复利用的机会和生成再生水所需的基础设施的成本[21].Gikas 认为，采用卫星和分散式污水管理系统具有显着的优势，包括与废水产生的来源和潜在的水重复利用距离比较近[22].
在农业水资源优化利用方面，Zacharias 等采用地理信息系统技术和遥感技术等来量化现有的水资源，并提出在制定可持续管理方案时既要考虑人类用水，也要考虑到环境保护[23].Stern分析了美国地理调查的 21 个水资源区域的库容及用水情况，结果表明，水库库容的发展与灌溉用水需求之间的关系一直最密切。
但灌溉需水量的弹性比较大，而其他用水的弹性要小得多[24].灌溉用水价格与总的用水结构，特别是城市用水价格与结构之间具有正相关关系。水供应相对恒定，但不断上升的水需求促使水价上调，相对于城市需求而言，灌溉有可能承受价格的压力，释放已有的存储容量用作其他用途。水管理者在制定水资源战略时应考虑这种可能性，以满足未来其他产业的用水需求。Lankford 的研究表明，在牧场发现的非均衡思想可以有效地应用于非洲灌溉和河流流域管理，作者提出了在非均衡思想基础上的水资源可持续利用框架，并给出了一些有关规范管理非洲水资源短缺的概念性解决方案[25].
在水资源评价方面，刘毅等通过构建评价水资源可持续利用的指标体系进行了全面深入的分析研究，他认为我国水资源利用效率水平的区域差异非常明显，从高到低基本上呈现从东南沿海向西北内陆逐步递减的趋势[26].中国水资源禀赋和水资源利用效率存在一定的反向关系，丰水区水资源利用效率比较低，缺水区水资源利用效率比较高。高媛媛等采用改进的层次分析法及基于因子分析的聚类分析法，对泉州市各县（区、市）的水资源总量和水资源开发利用情况做了细致深入的研究，她认为当地各县区水资源过度开发利用现象较为严重，处于安全水平的县区包括德化县、永春县、安溪县[27].水资源安全状况以及发展趋势如何，取决于区域社会经济发展方式以及产业用水结构。翟远征等在分析改革开放 30 年来北京市总用水量、农业、工业、生活和环境用水量及用水结构演变规律的基础上，进一步揭示了总用水量和用水结构演变的驱动因子[28].南水北调水进京后在未来一定时期内将明显减轻北京市的供水压力。曹琦等利用“驱动力-压力-状态-影响-响应”概念框架（DPSIR），从系统动力学的角度出发，构建了流域水资源安全评价 DPSIR 框架，他的研究结果表明，人口增长，社会经济发展，工、农业用水量的增长是引起城市水资源系统压力的主要因素；工业污水、生活污水是造成水资源系统恶化的主要因素。区域水资源承载能力的大小，在一定程度上决定了社会经济发展可持续性的大小。
因此，对区域水资源承载能力的评价自然是水资源评价的一个重要方面[29].刘佳骏等认为，水资源已成为制约中国社会经济可持续发展的重要因素，并从系统论的角度出发研究中国经济与水资源之间的协调发展关系，建立了水资源承载力综合评价模型。他认为水资源承载能力的大小与产业的发展密切相关，而影响产业用水强度的因素很多，其中技术是一个非常重要的因素[30].
在水资源利用与农业发展方面，石玉林等通过对我国农业资源高效利用问题进行系统全面的研究，提出了建议围绕中国农业资源态势分析、优化配置与合理布局、中国农业资源综合生产能力和人口承载能力、不同类型区农业资源高效利用的优化模式与技术体系的集成、农业资源高效利用中的新技术应用前景和技术政策、农业资源高效利用的监测与管理技术六个领域深入开展中国的农业资源高效利用研究[31].罗其友等对中国农业水土资源高效持续配置战略进行了研究，提出了专业化与多元化相结合、开源与节约相结合、资源开发与保护相结合、国内资源与国际资源相结合“四个结合”以及生产体系、布局体系、技术体系、管理体系、保护体系、消费体系“六大体系”的农业水土资源持续配置战略[32].
姚华荣等在研究区域水土资源的空间优化配置问题时在已有研究的基础上，总结提炼出区域水土资源优化配置具体步骤与方法，并以张北县为例做了进一步的说明[33].
农业水资源一直是学术界研究的重要问题。沈振荣等论述了中国农业用水对农业发展的重要意义，分析了中国农业用水的现状及面临的问题，提出了加强农业水资源高效利用集成技术研究和示范推广、提高降水量的直接有效利用率等措施[34].他认为通过加强管理、科学用水、系统规划等措施实现水资源的集约利用，确保对农业可持续发展提供有效支持和充分保障的政策措施建议。
孔祥斌等以河北省曲周县为例研究了集约化农区土地利用变化对水资源的影响，结果表明，曲周县灌溉保障率的提高对作物播种面积单产的贡献率最大[35].作物播种面积单产提高对水资源表现出高度依赖性，从而导致了对水资源的过度开采，使区域水资源失衡[36].雷志栋等认为，中国灌溉农业发展中普遍存在农业水资源利用效率低、水资源短缺与浪费并存的现象，提出了实现水资源有效支持和充分保障农业可持续发展的政策建议[37].陈家琦等分析了中国灌区灌溉工程老化、设施薄弱、水资源不合理利用导致生态环境恶化，以及节水农业发展中存在的不足与问题，并提出了大力发展节水农业、建立节水灌溉经济激励机制、建立用水户参与管理决策的民主管理机制以及建立科学的水价体系等政策性建议[38].姜东晖等从理论和实践两个层面对灌溉技术对农用水资源需求量的影响进行了研究，结果表明，终端用水户的冷漠是节水灌溉技术推广应用的重大障碍[39].提出应从节水技术的应用领域、节水灌溉技术的选择和经济激励政策等多方面采取措施，加快节水灌溉技术的推广应用，以期实现农用水资源需求管理的节水目标。
1.3 研究目的与意义
本文针对近年来武威市社会经济快速发展和农业结构调整过程中日益凸显的水资源短缺这一问题进行深入研究。从水资源短缺这一严重制约武威市农业产业化发展重要因素的视角，探索如何在农业产业化发展的过程中优化水资源配制结构，合理开发利用现有水资源，挖掘武威市农业产业化发展过程中水资源利用存在的一系列问题与不足，并最终在此基础上，在保证生态用水的情况下，为最大限度的促进武威市现代农业建设和社会经济发展提出相应的对策与建议。
武威市坐落在石羊河流域上，是石羊河流域人类活动最集中，水资源开发最大、土地资源利用最多、环境问题最严重的社会经济发展区域。石羊河流域是目前最稀缺水资源的地区之一，水资源利用冲突是该地区最为突出的，随着武威市的不断发展，武威市水资源利用量逐年递增，地表水、地下水用量过大，人均水占有量已经低于国际人均 1 700 m3的严重缺水警戒线。压力和生态环境的各个方面的挑战，吸引了外国学者和专家的关注。武威市在工业化和城市化的过程中，人民生活水平在快速提高，但对水资源保护的措施未能与时俱进，水资源的短缺必然会影响城市经济的发展，尤其是地处甘肃河西地区的武威，水资源的供给和需求的分布不均是非常突出的。长期生活用水和农业、工业用水严重超出国际水资源的警戒线，用水程度已经严重超出水资源规定标准，并且过度挪用自然生态用水，引发了让国家高度关注的石羊河流域生态危机。因此，武威市如果不尽快做出了积极的调整和改善下游水生态环境分配，则民勤在不久的将来会成为第二个在水资源开发利用形式上的“罗布泊”,这关系到整个西部地区和全球生态问题。在如此严峻的形势下，通过在武威市研究新世纪下利用水资源问题、困难、经济社会发展状况和生态可持续发展，特别是引入了对农业产业化的关注，应用科学理论知识解决河西走廊地区的水资源问题，对武威市的水资源利用有着深远的意义，亦是武威在经济发展中的可持续战略部署。
1.4 研究内容、方法及技术路线
1.4.1 研究内容
本研究以科学发展观理论为指导，注重对武威市水资源管理利用与石羊河流域生态环境协调发展的实证研究。首先全面深入了解武威市农业产业化发展概况、水资源供需现状以及农业用水现状进行，并通过调查数据分析武威市农业用水中存在的问题与不足，以此为基础提出今后当地农业产业化发展中进一步提高水资源开发利用效率的对策，探讨武威市农业产业化发展过程中的水资源管理与利用模式的调整，以缓解和改善武威地区生态环境。对武威市以及河西走廊其他类似地区农业产业化发展和水资源综合开发利用提供一定的参考和指导。
为此，本文主要从以下几方面开展研究：
1、武威市农业产业化进程和农业水资源的研究背景，明确武威农业产业化进程中出现的问题。
2、武威市农业产业化发展过程中水资源的利分析，客观评价武威市农业水资源利用现状。
3、针对武威市农业产业化水资源利用存在的问题，结合其利用现状，提出武威市水资源可持续利用策略。
1.4.2 研究方案
针对上述研究内容，本研究依图 1-1 研究方案，在对农业结构优化调整、农业产业化发展与生态建设、可持续发展等一系列理论研究成果和相关数据的收集与汇总的基础上，对武威市农业结构与水资源利用现状进行实地调研，并客观评述武威市农业产业化发展与水资源综合开发利用和管理中存在的一系列问题与不足。本研究中主要使用对比分析法来研究武威市农业产业化发展现状及其主要影响因素，并通过结合武威市水资源利用、管理调查研究，对环境及人为因素、安全管理控制模式等进行客观地判断与评价。同时，运用定性分析法，探索武威市农业产业化发展与水资源综合开发利用之间的关系，并运用定量分析法，以实证调研数据来进一步验证定性分析的结果，并通过数据统计分析方法对科学假设进行判断。
