第1章 绪论
1.1 研究背景
我国淡水资源总量为2.8万亿m3，属世界上水资源总量相对较多的国家，但人均水资源量仅为世界平均水平的1/4，为2200m3/年。空间上，水资源量南多北少，占全国耕地65%的长江以北地区水资源占有量仅为全国的19%。时间上，汛期（6—9月）降雨集中、历时短、雨量大、洪涝灾害多，雨量占全年降雨量的70%左右；非汛期（其他月份）降雨量少、易干旱，雨量不到全年降雨量的30%。此外，水资源短缺、地下水过度开采、水质恶化和污染河段加长等问题愈显突出。统计数据表明，正常年份我国缺水近400亿m3，其中农业缺水为300亿m3；七大江河遭受污染河段已达53.3%，特别是北方黄河、淮河、海河三大流域既是全国严重缺水区更是污染最严重的地区。
农业既是我国的初级产业，也是第一产业，年用水量占全国用水总量的近70%，其中，农田灌溉用水又占整个农业用水的91.36%和用水总量的62.6%。然而，农田灌溉水利用系数与生产效率较低，致使淡水资源浪费严重。有研究表明，以地面灌溉为主、约占总灌溉面积98%的农田，其渠灌水利用系数不大于0.4、井灌为0.6左右，低于发达国家0.2～0.4；而灌溉水生产效率低于1kg/m3，比发达国家少1.32kg/m3。
地处我国干旱、湿润气候过渡带的海河流域，属东部沿海降水量最少的地区。具有降水时空分布不均、连续枯水年频出、水资源总量少及逐渐衰减的特点。因人口密集、人数众多，工业较为发达，能源消耗大，在水资源方面出现了诸多问题。
（1）水资源供需矛盾愈加突出。统计资料表明，1956—2012年，海河流域水资源总量从421亿m3减少到372亿m3；而流域总人口，从1953年的6312.5万增至2010年的近15000万。同时，总用水量也在持续增加，从20世纪50年代初90亿m3/年增加到2012年的371.86亿m3。水资源总量持续减少、人口逐渐增加、总用水量加大的客观现实致使海河流域水资源供需矛盾愈加突出。
（2）地下水超采严重，并引发诸多问题。截至1998年，扣除补给水量，全流域累计消耗地下水储量896亿m3，其中浅层地下水471亿m3，深层水425亿m3。至2004年，海河流域深、浅层地下水超采面积达8.9万km2，占流域平原区面积的69%，其中严重超采面积3.75万km2，累计超采地下水量达1000多亿 m3，是我国最大的地下水漏斗区。同时，深、浅层降落漏斗层出不穷且复合漏斗群逐渐形成。并出现地面沉降、地裂、海水入侵、植被退化、土地沙化、湿地与湖泊萎缩、河流断流等问题。
（3）流域水质恶化、污染河长增加。20世纪80年代初，海河流域的城镇废污水排放量就不断增加。1998年，流域排污总量达56.1亿t；评价总河长9950.7km，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和劣Ⅴ类河长分别占总评价河长的0.7%、10.62%、13.84%、9.68%、5.56%和59.60%，其中Ⅴ类和劣Ⅴ类河长超过了评价河长的65%，部分河段化学需氧量（COD）浓度大于100mg/L，水体呈酱油色。2012年，流域排污总量降至53.63亿t；全年期评价河长增加至14952.5km，各类水评价河长均呈增加态势，其中Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类河长分别为5184.3km、2888.4km和6879.8km；流域中氨氮、COD和高锰酸盐指数等均属超标物质。
针对流域水资源存在的上述问题和以水资源的可持续发展支撑流域社会经济可持续发展及面向流域可持续发展的农业高效节水要求，亟须对流域不同尺度主要作物——冬小麦和夏玉米的水分利用效率（Water Used Efficiency，WUE）进行客观评价。