提高灌溉水利用系數(shù)的重要意義

提高灌溉水利用系數(shù)的重要意義

由于人多地少，考慮到人均土地和水的缺乏，全面落實(shí)糧食安全戰(zhàn)略和水資源安全，迫切需要有效提高灌溉水利系數(shù)，緩解農(nóng)業(yè)供水系數(shù)緊張的矛盾，支持糧食生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。2009年全國(guó)總用水量為5933億m3,農(nóng)業(yè)用水量為3687億m3,占總用水量的62.1%。在比重較大的農(nóng)業(yè)用水中,灌溉水利用率低,浪費(fèi)現(xiàn)象普遍存在。目前,我國(guó)灌溉水利用系數(shù)平均為0.50,遠(yuǎn)低于0.7~0.8的世界先進(jìn)水平,灌溉水利用系數(shù)具有很大提升潛力。灌溉水利用系數(shù)從0.50提高到0.55,僅此一項(xiàng)每年即可節(jié)約水量150億~200億m3。因此,提高灌溉水利用系數(shù),是解決農(nóng)業(yè)用水短缺、實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和制定新形勢(shì)下的治水方略等亟需研究的問題。一、灌溉水利用系數(shù)增量不高近年,隨著灌區(qū)工程建設(shè)與節(jié)水改造的持續(xù)發(fā)展,我國(guó)灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)逐年提高,各省(自治區(qū)、直轄市)和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)等近4年的灌溉水利用系數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1、表2所示。目前,我國(guó)灌區(qū)平均灌溉水利用系數(shù)僅為0.5,灌溉水利用系數(shù)低的省份比例逐漸減少,系數(shù)高的省份比例逐漸增加。一般來(lái)說,大型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)較低,但由于大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造持續(xù)穩(wěn)定投入,加之綜合有效的灌區(qū)信息現(xiàn)代化管理,灌溉水利用系數(shù)增長(zhǎng)較快,且有較大的提升空間。而由于對(duì)地表水和地下水的聯(lián)合調(diào)度以及微灌、噴灌、低壓管道輸水灌溉和渠道防滲等節(jié)水灌溉技術(shù)的廣泛應(yīng)用,純井灌區(qū)具有較高的灌溉水利用系數(shù),但工程條件沒有改善、個(gè)別地區(qū)甚至有老化現(xiàn)象,致使灌溉水利用系數(shù)增幅較小。2009年大型、中型、小型和純井灌區(qū)的灌溉用水量分別占總灌溉用水量的35.7%、25.3%、25.6%和13.3%,其灌溉水利用系數(shù)與我國(guó)節(jié)水灌溉規(guī)范中規(guī)定的0.50、0.60、0.70、0.80還有一定的差距。我國(guó)節(jié)水灌溉面積比例小,技術(shù)創(chuàng)新與推廣體系不健全,土地平整精度差,田間工程不配套,灌溉用水管理技術(shù)落后,信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)等在灌溉用水管理中的應(yīng)用還很少,均限制著我國(guó)灌溉水利用系數(shù)的提高。因此,為了實(shí)現(xiàn)2020年我國(guó)灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.55的目標(biāo),加快農(nóng)田水利建設(shè),增加全國(guó)節(jié)水灌溉面積,加強(qiáng)灌區(qū)現(xiàn)代化管理,加強(qiáng)灌溉水的重復(fù)利用,增強(qiáng)群眾節(jié)水意識(shí)等,是提高灌溉水利用系數(shù)的必然選擇。二、改善灌溉灌溉水利用系數(shù)主要受渠道防滲措施、土壤質(zhì)地、地下水埋深、灌溉技術(shù)、渠道輸水時(shí)間、灌區(qū)類型、灌區(qū)規(guī)模和渠道級(jí)別等因素影響。1.渠堤的完雜造成的排放渠系輸水損失的原因主要是各級(jí)渠道的渠床滲漏和工程配套不完善而造成的漏水、泄水和渠堤決口跑水等。進(jìn)行以渠道防滲和低壓管道輸水為中心的灌區(qū)工程改造和實(shí)施科學(xué)合理的輸配水,減少漏水、泄水和棄水等水量損失,以提高渠系水利用系數(shù)。(1)大型灌溉渠道水保障系數(shù)提高渠道防滲是提高渠系水利用系數(shù)最有效、應(yīng)用最普遍的工程技術(shù)措施之一。渠道防滲主要有漿砌塊石襯砌、混凝土襯砌和塑料薄膜等方式,較土渠分別減少滲漏損失水量50%~60%、60%~70%和70%~80%。大型灌區(qū)的渠道防滲可使渠系水利用系數(shù)提高0.2~0.4,減少渠道滲漏損失50%~90%。到2009年年底,全國(guó)防滲渠道控制面積為1116.6萬(wàn)hm2,占全國(guó)工程節(jié)水灌溉面積的43.4%,支渠以下的渠道大部分仍是土質(zhì)渠道,渠道水利用系數(shù)具有很大的提升空間。渠道防滲有效地減少了滲漏損失水量,在一定范圍內(nèi),渠系水利用系數(shù)隨著渠系防滲率的增加而增加。(2)節(jié)約水資源量用低壓管道代替明渠輸水,既可減少輸水過程中的渠道滲漏和水面蒸發(fā)損失,又可嚴(yán)格控制灌溉用水,渠系水利用系數(shù)高達(dá)0.95~0.97,與土渠灌溉相比可節(jié)約水量25.5%~40%。渠道防滲和低壓管道輸水提高了渠系水利用系數(shù),但減少了渠系和田間滲漏損失水量對(duì)地下水的補(bǔ)給,對(duì)地下水水位產(chǎn)生一定影響,可能導(dǎo)致生物棲息地破壞、自然植被衰竭、湖泊濕地萎縮、土壤鹽漬化等一系列生態(tài)問題。(3)建立智能化高效調(diào)配系統(tǒng)渠系水的不合理配置,也是造成灌溉水浪費(fèi)的重要因素。國(guó)內(nèi)開發(fā)了渠系配水軟件、決策支持系統(tǒng),并增加各種渠系配套建筑物,發(fā)展各種配水、量水技術(shù),加強(qiáng)對(duì)渠系水的優(yōu)化配置;美國(guó)、加拿大、澳大利亞、日本和法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家大量采用計(jì)算機(jī)技術(shù)調(diào)控渠系輸配水,把計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等應(yīng)用于用水管理,運(yùn)用智能化的灌溉預(yù)報(bào)與節(jié)水灌溉決策支持系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)集信息采集—處理—決策—信息反饋—監(jiān)控為一體的調(diào)度系統(tǒng)。其中,美國(guó)墾務(wù)局將自動(dòng)控制技術(shù)用于灌區(qū)配水調(diào)度,配水效率從過去的80%增加到96%。加強(qiáng)渠系輸配水管理,減少渠系的泄水、棄水和退水等水量損失,實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源的優(yōu)化配置和灌溉水的合理調(diào)度,從而提高灌溉水利用率。2.田間水保障系數(shù)的調(diào)控措施田間滲漏、徑流、地表蒸發(fā)和植株蒸騰等水量損失大大降低了田間水利用系數(shù),為此,推廣先進(jìn)的灌水技術(shù)、高效用水調(diào)控技術(shù)以及農(nóng)藝措施,以減少田間無(wú)效耗水,提高田間水利用系數(shù)。(1)灌溉水高效利用技術(shù)美國(guó)、以色列、澳大利亞等國(guó)家已大面積采用水平畦灌、波涌灌等精細(xì)地面灌溉方法,激光控制平地技術(shù)使農(nóng)田灌溉水利用率提高了20%~30%。噴灌、微噴灌、滴灌和覆膜灌等先進(jìn)的灌水技術(shù)逐步推廣,減少了田間灌溉水滲漏、徑流、地表蒸發(fā)以及棵間蒸發(fā)損失水量,田間水利用率顯著提高。其中,噴灌可使灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.7以上,比地面灌溉減少水量損失30%~40%;滴灌進(jìn)一步減少了蒸發(fā)和滲漏的損失,比噴灌減少水量損失30%,比地面灌溉減少水量損失70%~80%;膜下滴灌比常規(guī)溝灌減少水量損失50%左右;涌流畦灌可減少水量損失10%~40%。美國(guó)在平移式噴灌機(jī)上對(duì)噴頭裝置和噴灑方式進(jìn)行了改造,灌溉水的利用系數(shù)可提高到0.9以上;以色列采用渠道輸水、噴灌、滴灌和自動(dòng)控制技術(shù),使灌溉水利用系數(shù)平均達(dá)到0.9。大力開發(fā)與推廣各種先進(jìn)灌水技術(shù),可不同程度地提高灌溉水利用系數(shù)。(2)部分水量損失灌溉水的最終目標(biāo)不是灌入田間,而是被作物吸收利用。進(jìn)入田間的灌溉水很大部分以植株蒸騰和株間蒸發(fā)的形式而散失。如果充分利用作物自身根系吸水和葉片氣孔調(diào)節(jié)作用,可以減少這部分水量損失。近年特別注重作物高效用水生理學(xué)基礎(chǔ),通過對(duì)土壤—植物—大氣連續(xù)體水分傳輸機(jī)理與植物適度缺水的補(bǔ)償效應(yīng)等問題的研究,國(guó)內(nèi)外相繼開展了作物調(diào)虧灌溉、控制性分根交替灌溉、水稻控制灌溉和精準(zhǔn)灌溉等作物高效用水調(diào)控技術(shù),掌握田間土壤水分狀況和植物生理生態(tài)過程及其耗水規(guī)律,建立具有監(jiān)測(cè)、傳輸、診斷、決策等功能的作物精量控制灌溉系統(tǒng),進(jìn)行科學(xué)合理的灌溉。因此,利用作物自身調(diào)控功能,開展作物高效用水調(diào)控技術(shù),減少植株蒸騰和株間蒸發(fā)等水量損失,降低作物需水量要求,也是提高灌溉水利用系數(shù)的重要途徑。(3)增加耕作水分對(duì)土壤進(jìn)行深耕中耕,增施有機(jī)肥,改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤涵蓄水能力,增強(qiáng)根系對(duì)土壤水分的吸收能力;在秸稈覆蓋、砂土、薄膜和人工保水劑等方面也進(jìn)行了許多研究,可以提高耕層土壤貯水量;調(diào)整和優(yōu)化作物種植結(jié)構(gòu),合理分配灌溉水,提高農(nóng)田整體水分利用效率。采取各種農(nóng)藝措施,減少了灌溉水在土壤中的滲漏與表土蒸發(fā)等水量損失,從而增加耕作層土壤的保水能力,提高了田間水利用系數(shù)。3.提高回歸水的再利用,最眾多研究表明,灌溉水利用系數(shù)隨空間尺度的增加而降低,存在一定的尺度效應(yīng)?；貧w水及其重復(fù)利用是導(dǎo)致灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)產(chǎn)生尺度效應(yīng)的主要原因。通過加強(qiáng)灌溉管理和增設(shè)重復(fù)利用灌溉水設(shè)施,提高回歸水的重復(fù)利用率,實(shí)現(xiàn)提高灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)的目標(biāo)。隨著空間尺度的加大,回歸水量也增多。有效的管理可以提高回歸水的重復(fù)利用率,比如采取按田分水、提高水價(jià)等措施,促進(jìn)不同尺度下回歸水的重復(fù)利用;制定科學(xué)的灌溉制度,采取先遠(yuǎn)后近、先高后低的輪灌制度,充分利用滲漏水。湖北漳河灌區(qū)依靠提高回歸水重復(fù)利用率,灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)均得以顯著提高。從水資源平衡的角度分析,徑流和滲漏損失的水量一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的水,通過引、蓄、提相結(jié)合的工程,部分可以重復(fù)利用。在北方灌區(qū),多通過井渠結(jié)合的方式,聯(lián)合調(diào)配地表水與地下水,重復(fù)利用渠系和田間的滲漏水;在南方丘陵地區(qū),采用長(zhǎng)藤結(jié)瓜灌溉系統(tǒng),利用灌區(qū)內(nèi)的塘堰及中小型水庫(kù)攔截部分灌溉水徑流損失的水量。增設(shè)水重復(fù)利用設(shè)施,力爭(zhēng)水資源在灌區(qū)內(nèi)部重復(fù)利用,可以提高灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)。分析灌溉水利用系數(shù)的尺度效應(yīng),并加強(qiáng)回歸水的重復(fù)利用,有助于提高灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)。但以往對(duì)灌溉水利用系數(shù)尺度效應(yīng)的研究多集中于下墊面均一的情況,具有很大的局限性。三、需要研究的主要內(nèi)容1.基于全國(guó)測(cè)算網(wǎng)絡(luò)的水系布置進(jìn)一步探索適合我國(guó)灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)指標(biāo)體系,并健全灌溉水利用系數(shù)全國(guó)測(cè)算分析網(wǎng)絡(luò),因地制宜地選擇測(cè)算方式,動(dòng)態(tài)分析全國(guó)及各地區(qū)的灌溉水利用系數(shù)及其變化情況,有助于灌溉水利用系數(shù)較低的地區(qū)及時(shí)采取相應(yīng)的措施,以提高整體灌溉水利用系數(shù)。2.水資源利用的確定與水資源高效利用技術(shù)研究考慮不同類型地區(qū)灌區(qū)適宜的渠道襯砌率和地下水水位等問題,對(duì)水資源利用率進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),探討維持人水和諧、實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用等多目標(biāo)的渠道襯砌率和灌溉水利用系數(shù)閾值,確保水資源的永續(xù)利用。3.高效高效水資源配置應(yīng)用現(xiàn)代化信息技術(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),掌握渠系和田間水分運(yùn)行狀況,進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)劃用水管理,實(shí)施多水源聯(lián)合調(diào)配,充分、合理、高效地利用干支流及地下水等水資源,在井渠結(jié)合灌區(qū),研究不同防滲率與灌溉水利用系數(shù)的關(guān)系,構(gòu)建最佳井渠比調(diào)控模式,聯(lián)合調(diào)配地表水與地下水,提高灌區(qū)內(nèi)部灌溉水的重復(fù)利用率,實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置。4.解決灌溉節(jié)水過程中可能的農(nóng)業(yè)水量基準(zhǔn)設(shè)置問題