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鄯善縣總體地貌特征是三山夾兩盆,即北有博格達山,南為覺羅塔格山,中有火焰山貫穿東西將鄯善縣分為南北兩個盆地。鄯善縣海拔410米,由于地勢低洼,冷濕空氣不易進入,形成了極端干旱的溫帶內陸荒漠氣候,其主要特點是熱量豐富、極端干燥、高溫多風、降水稀少、蒸發強烈、無霜期長、風大風多。研究區位于鄯善縣山北地區,氣候特征表現為夏季漫長且高溫酷熱,相對濕度低,無霜期較短,風沙危害小。鄯善縣主要氣象要素見表1。
表1鄯善縣主要氣象要素表項目
山南
山北
項目
山南
山北
年平均降水量(mm)
17.6
25.3
積溫(℃)
5548.9
4525.5
年平均蒸發量(mm)
3216.16
2751
無霜期(d)
224
192
年平均氣溫(℃)
14.4
11.3
最大動土深度(cm)
90
90
7月平均氣溫(℃)
33
29.2
最大風速(m/s)
29
29
1月平均氣溫(℃)
-9.8
-11.2
平均風速(m/s)
4.8
4.8
年日照時數(h)
2957.7
3122.8
風向
西北風
西北風
年輻射總量千卡/cm2150.4
150.4
2水文水資源特點
鄯善縣水資源主要由天山水系各河流年徑流、泉水、潛流及山前側滲組成。由于山區冰川較少,冰雪融水在地表水資源補給中只占10%,而山區降水占90%。鄯善縣境內地表水的總特征是河流水量小、流程短,水系之間相對獨立,河流出山口后迅速滲入到巨厚的沖積扇中,未形成平原河系。縣內河流均為季節性河流,年內分配不均,汛期流量大,枯水季節徑流量均較小。河流洪水均為暴雨洪水,洪水過程線尖瘦,暴漲暴落,洪水峰高量不大,持續時間較短。
地下水開采方式有坎兒井、機電井和泉水。地下水系統規模大,條件多變,承壓水與潛水共存,含水層之間聯系密切,補給、排泄途徑多樣,含水介質結構、邊界條件復雜。
鄯善縣水資源總量為3.125×108m3,地表水資源量為2.502×108m3,占水資源總量的80%,實際引用地表水多年平均為1.799×108m3,引水比為72%;地下水資源量0.623×108m3,占水資源總量的20%。由于鄯善縣特殊的地貌特征,使得地下水多次轉化、重復利用,地下水補給量3.067×108m3,可開采量2.813×108m3,實際引用量2.804×108m3。研究區地表水資源量0.3681×108m3,引用量0.3366×108m3;地下水補給量0.5848×108m3,其中可開采量為0.4679×108m3,引用量0.4964×108m3。各級渠道防滲率58.57%,綜合渠系利用系數可達0.56;灌區有坎兒井39條,坎兒井的數量及流量呈下降趨勢。由于農業灌溉大部分采用傳統的大水漫灌的形式,灌溉定額高,造成田間水資源的大量浪費,加大了用水矛盾。因此,必須改善田間灌溉條件,發展節水型農業。
3滴灌條件下節水研究
鄯善縣光熱條件豐富,葡萄產量高,經濟價值高,是重點葡萄種植區。水資源短缺是制約葡萄種植業發展的重要因素,必須走節水灌溉之路[2]。噴滴灌是目前國內外節水增產效果比較好的田間灌溉工程;但噴滴灌投資大,主要應用于高產值的經濟作物,葡萄經濟價值高,可應用噴滴灌工程。噴灌受風力和蒸發量影響較大,鄯善縣平均風速4.8m/s,多大風天氣,噴灑不均勻度高;年平均蒸發量3000mm左右,蒸發損失大。因此,噴灌不適合于鄯善縣。滴灌向作物根區土壤供水,把田間深層滲漏和蒸發損失減少到最低;在灌水的同時還可以進行施肥,既減少用工又提高肥效,促進作物增產。因此,可采用滴灌節水技術。
滴灌實施前后,渠系防滲工程保持現狀,渠系利用系數不變。滴灌實施前為機電井開采地下水,農渠輸水灌溉,滴灌實施后為管道輸水,其綜合利用系數由0.92增長為0.95。由于采用滴灌灌溉,減少了田間損失及棵間蒸發損失,進而提高了田間水的利用率,田間水利用系數由0.81提高到0.95。實施滴灌部分灌溉水利用系數由0.75提高到0.90。
滴灌實施后葡萄灌水次數明顯增加,但灌水定額則下降明顯,總的用水量大大減少,滴灌的節水效果明顯。滴灌前后葡萄灌溉制度變化見表2。
表2滴灌前后葡萄灌溉制度對比表滴灌實施前
滴灌實施后
灌水時間
灌水次數
灌水定額
灌水時間
灌水次數
灌水定額
3.20—3.30
1
60
3.20—3.24
1
20
4.10—5.5
2
120
4.5—4.25
3
60
5.10—6.10
2
120
5.1—5.30
4
60
6.15—6.25
1
60
6.1—6.25
4
80
7.1—7.30
2
120
7.1—7.30
4
80
8.10—8.20
1
60
8.5—8.25
3
60
9.5—9.15
1
90
9.5—9.9
1
20
10.5—10.15
1
70
10.10—10.14
1
20
合計
11
700
合計
21
400
研究區實施2萬畝滴灌工程,年節水量0.0558×108m3,減少地下水開采量,緩解地下水超采現象。該項目具有極大的示范效益,全縣12.3萬畝葡萄,若全部采用滴灌灌溉,則可減少地下水開采量0.1986×108m3,使生態環境與水土保持朝良性循環的方向。項目建成后,年節水量0.0558×108m3,新增農田防護林0.2萬畝。項目建成后,新增灌溉效益691萬元,經濟效益十分顯著。項目建成后,可增加農田防護林0.2萬畝,使灌區生態環境得到改善,綠色植被覆蓋率加大,固結了土壤,保持了土壤養分和肥力,有效地控制和減少了土壤沙化、鹽堿化和水土流失[3]。還可緩解由于地下水超采導致的坎兒井和泉水日見干枯的現象。
4結語
節水型農業是未來農業的發展方向,特別對干旱缺水地區的灌溉農業來說尤其如此。節水灌溉技術是實現節水型農業的關鍵,節水灌溉實施后可提高灌區的灌溉水利用系數與水資源利用率,防止土壤次生鹽漬化;減少由于缺水導致的風蝕面積的擴大,改善生態環境。通過優化產業結構,采取高新灌溉技術,合理利用水資源,提高農作物產量,創造良好的經濟效益。滴灌是一種適應于干旱地區降水稀少、蒸發強烈、水資源短缺特點的節水灌溉方式,應在干旱地區經濟作物的灌溉中大力推廣。
參考文獻
[1]周和平,徐小波,馬福忠,于江海.新疆21世紀初節水灌溉問題[J].中國農村水利水電,1999(10):15-16.
[2].對新疆發展噴灌的認識[J].節水灌溉,2000(6):11-12.
[3]鄭金豐.新疆塔里木河發展灌溉對環境的影響[J].中國農村水利水電,1999(6):8-9.
【關鍵詞】膜下滴灌;首部;管網;灌水器
新疆地處亞歐大陸腹地,由于遠離海洋,具有典型的大陸性干旱特征,屬于干旱地區,平原降水稀少,全疆平均年降水量為147mm,降水主要集中在山區,山區降水量占全疆降水量的84.3%,。相對濕度低,蒸發量大,氣候非常干旱,水資源在地區分布上極不平衡,而且在季節分配上與農業生產用水不相適應。在水資源十分緊缺的情況下,發展節水高效農業,成為現代農業的主要措施。尤其是膜下滴灌技術在農業生產中得到了廣泛的應用。
1.膜下滴灌簡介
壓力水流經滴灌首部樞紐凈化處理后,進入輸配水管網,管網包括干管、支管、輔管、毛管(滴灌帶或滴灌管),一般情況干管為地埋管,支管、輔管、毛管鋪設于地面。壓力水流經過管網到達毛管后,再由毛管上的灌水器灌入作物的根系層供作物吸收,灌水器在毛管上的間距可根據作物及灌水需求等實際情況選擇。毛管鋪設在地膜下方,在聯合播種機播種時,毛管隨薄膜同時鋪入膜下2.滴灌工程的組成
2.1首部工程。
滴灌首部系統包括動力機、水泵、過濾裝置、施肥裝置、安全保護裝置、量測控制設施。其作用是從水源取水加壓并注入肥料及農藥,經凈化處理后按時按量輸送進管網至灌水器。首部擔負著整個滴灌系統的加壓、供水、過濾、量測和調控任務,是全系統的控制調配中心。
在首部系統中,過濾設施的作用極其重要,它承擔著濾除水中砂石、雜質及有機物的重任,如果過濾設施缺少或過濾后水質達不到要求,有堵塞毛管的危險,毛管是最終給作物供水的環節,如果毛管堵塞,將對作物的生長產生嚴重的危害。目前,在井灌區中常用的首部過濾設施有旋流水砂分離器+篩網過濾器。旋流水砂分離器可以有效的濾除水中大顆粒高密度的固體顆粒,當水流再經過篩網過濾器時,大于濾網孔徑的雜質將被攔截下來,以保證整個系統的安全性。過濾設施的選擇應滿足系統過流能力以及滴灌水質指標的要求。
施肥設施也是首部設施的重要組件之一,滴灌施肥(藥)采用隨水施肥(藥),可溶性肥料(藥)通過施肥設施注入滴灌管網后,隨灌溉水一起到達作物的根系供作物吸收。施肥設施通常使用壓差式施肥罐,可根據系統的面積選擇不同容積的施肥罐,選擇施肥罐時可根據下式計算,
V=FAC0
式中:V為施肥罐體積,L、F為單位面積上一次施肥量,Kg/畝;A為一次施肥面積,畝;C0為施肥罐中允許肥料溶液最大濃度,Kg/L。
安全保護措施用來保證系統系統在規定壓力范圍內工作,一般有進(排)氣閥、安全閥、逆止閥、泄水閥等。量測設施主要指流量、壓力測量儀器,用于首部樞紐及管道中的流量、壓力測量,一般有水表、壓力表等
2.2輸配水管網。
壓力水流經過首部系統凈化處理后,進入輸配水管網系統,輸配水管道包括干管、支管、輔管、毛管,根據情況干管有時分為主干管和分干管,主干管承擔整個系統的總流量,分干管承擔其控制范圍內的輸配水任務,干管一般為地埋管。在干管、分干管上設出地管,地面的支管就與出地管連接。輔管平行支管布置,毛管垂直輔管布置。當然,管網的合理布局需根據規劃經過詳細的計算來合理選擇管道管徑進行合理的布置。
干管一般為UPVC材質,一般埋設于凍土層以下。支管大多為PE管,平鋪于地面。輔管和毛管一般采用聚氯乙烯管。
2.3灌水器。
灌水器是直接向作物供水的設備,其作用是把由毛管輸送來的壓力水流均勻、穩定的送到作物根系層。灌水器種類很多,性能不一,選擇是否恰當直接影響灌水質量,灌水器的選擇受到多種因素制約和影響,主要包括以下幾種因素:種植種類和種植模式、土壤性質、工作壓力范圍、流量壓力關系、灌水器制造精度、對溫度變化的敏感性、對堵塞、淤積、沉淀的敏感性、成本與價格等,表1為目前滴灌中普遍采用的出水孔流量和間距的范圍,可供參考。
3.滴灌工程的運行與管理
滴灌系統運行時,正在運行管路處于壓力流的狀態下,一處水力狀態發生變化,將使全系統的水力狀態發生變化,在進行灌溉時,應按照設計的輪灌工作制度進行操作。一般在水力計算時是按照選定的輪灌制度進行計算系統水力的,在這種輪灌順序下可滿足低頭工作壓力及灌水均勻度的要求,若不按照輪灌制度灌溉,易造成部分灌水器不在工作壓力范圍內工作,局部壓力升高時會使滴灌帶爆管的幾率增大,壓力分布不均勻也會造成灌水的不均勻,同一輪灌組中壓力高的地方灌水多,壓力小的地方灌水少于作物需水量,這將直接對作物的生長造成嚴重危害。
在管理中,對滴灌系統的各操作組件,應按照設計和產品的使用說明規范操作,只有正確的操作才能保證設備的安全并延長設備的使用壽命。
4.結束語
膜下滴灌是新疆節水灌溉比較成功的技術之一,可起到節水增產的效果,根據實驗研究和生產調查,與地面灌溉相比,膜下滴灌棉花可增產20%~50%,節約灌溉水20%~50%,并能減輕病害發生,防止次生鹽漬化,節省了大量人力。
滴灌是一種高效節能省水增產的微灌灌溉技術,適合我國的國情,具有很強的推廣優勢,而且很方便實現灌溉的全自動控制,滴灌將成為二十一世紀發展我國節水灌溉的重點,是加速我國農業實現節水灌溉、精準農業和設施農業的有效途徑,將更好的促進我國農業的現代化!
參考文獻
2灌區的經濟條件,農民的經濟承受能力
按照“誰受益,誰負擔”的原則,節水灌溉工程應由政府和農民共同投資,但國家和地方政府的投入是有限的,投資和受益的主體是農民,因此,要通過示范推廣,提高農民的認識水平。政府要引導農民推廣節水灌溉新技術,在選擇工程形式時,要考慮農民的收入水平,投資方面,不能在大面積推廣中片面追求投資的工程形式。比如秀嶼區丘峻地帶,農作物多采用渠道防滲技術結合應用灌或溝灌技術,推廣節水灌制度,按照規范要求確定防滲工程和田間工程標準,灌溉水的利用率和水分生產率會有大的提高,投資低,農民容易接受。但農村勞動力,又能使其他行業創造更高的效益。莆田市的節水灌溉工程形式的選擇,不應當超越歷史發展階段和當地經濟條件,在沒有進行技術經濟條件論證的情況下,不能簡單地把兩種不同的工程類型進行比較。
3與當地的生產方式和農業現代化進程相適應
進行九十年代以來,灌溉工程建設已引起了各級政府和廣大農民的高度重視,水利投入的加大,水資源的供需矛盾尖銳化,促進了節水灌溉技術的發展,農業機械化、現代化進程加快。為了保證農民的利益,中央制定了土地承包30年不變的政策,這為節水灌溉技術的發展提出了新的課題,如何使節水灌溉技術的發展與現有的農業生產方式相適應?同時又要和農業現代化建設相協調?比如大田噴灌技術,如果不解決種植多樣化的問題,不形成規模經營和社會化服務的條件,是難以大面積推廣的。要解決種植多樣化的問題的方法是統一規劃,適度規劃經營和建立社會化服務體系或供水公司進行管理,解決了某些類型的節水灌溉技術與生產方式和農業現代化建設不適應的問題。
4必須搞好效益分析
在我國社會主義市場經濟體制逐步完善的過程中,經濟效益成為建設節水灌溉工程的敏感性問題,農民注重的是自身的經濟效益,灌區注意的是管理單位的整體效益,國家在重視經濟效益的同時,更重視社會效益、生態環境效益。在節水潛力最大的糧食作物中推廣節水灌溉技術,由于水價低、糧食作物的對比效益低,選擇灌溉工程形式應慎重。同時,節水灌溉工程的建設,必須多方籌集資金,實在經濟,社會效益和生態環境的統一。
5參考成功的經驗,考慮技術的成熟程度
不管哪一種節水灌溉工程形式,都有其工程技術特點,也有其使用范圍,對于類似條件的地區應優先采用應用成功的技術,對于應用不成功的技術,要分析總結原因,慎重采用。同時,在選擇工程形式時,要重視設備水平,技術成熟程度,有些不太成熟的技術如嘇灌技術等要先試驗,后推廣應用。轉6非工程節水措施和農業種植結構
節水灌溉的目的是提高水的利用率扣水分生產率,但僅靠節水灌溉工程提高水分生產率是很有限的,灌溉和農業措施的結合,不僅是提高水分生產率的需要,也是農民增收增效的需要。除滴灌和地下灌溉形式外,其余節水灌溉形式都難以減少作物的棵間蒸發,特別在作物生產前期,作物的遮陰率低,棵間蒸發量大。通過農業節水措施減少這部分蒸發,在相同產量水平下水分生產率會大有提高。通常推廣的農業節水技術有:耕作保滴技術,如“虛實并存”耕作技術。吉稈、地膜覆蓋技術。不同的農業種植結構,要采取不同的節水措施,同時要考慮扣非工程措施的結合。
7如何管理
1、陜西省水資源狀況
陜西省地處內陸腹地,除陜南比較濕潤外,關中、陜北均屬干旱、半干旱氣候,基本上是“年年有小旱,三年一中旱,十年一大旱”。由于,干旱、半干旱的氣候,決定了水資源緊缺的省情。全省水資源總量為442億m3,人均及耕地畝均占有水資源量分別為1340m3和772m3,占全國平均水平的54%和42%。另外水資源時空分布不均,與社會經濟要求不協調,而且水利工程調蓄性能差,水資源利用不充分,供需矛盾非常突出。在地區分布上,秦嶺以南的長江流域,土地面積占全省的35%,而水資源量占全省的71%;以北的黃河流域,土地面積占全省的65%,而水資源量僅占全省的29%。集中了全省人口59.7%,工農業總產值72.7%,耕地51.8%,灌溉面積86.6%的關中地區,水資源總量為78億m3,僅占全省的17.65%。在時間分布上,年際變化很大,最大年份水資源量可達到847億m3,最小年份僅280億m3,相差三倍,年內分配不均,汛期四個月徑流量占全年的50%~70%,冬季河流時常出現斷流現象。如橫貫關中的渭河,降雨多集中在7~9月,這三個月徑流量占全年徑流量的45%左右,冬春少雨干旱,12~2月份徑流量僅占全年徑流量的9.4%。
同時,有限且緊缺的水資源還日益受到工業廢水、生活污水及化肥、農藥等的污染,目前我省主要的河流水質已受到不同程度的污染。據統計,全省每年排入江、河、湖、庫、渠道的污水多達6.98億t。其中渭河每年接納污水3.5億t,是全國污染最嚴重的河流之一,在干旱情況下,河水大都是污水、廢水,基本喪失了利用價值,被污染的地表水又以直接或間接的方式滲入潛水和承壓水,使得地下水也受到不同程度的污染。
加之,我省河流上游多發源于黃土丘陵溝壑區,植被差,水土流失嚴重,含沙量高。現有蓄水工程調蓄性能差,淤積嚴重,引水工程年久失修,滲漏損壞嚴重,設施功能得不到充分發揮。據統計,全省現有41座病險庫急待除險加固處理,有42.7%的灌區渠道尚需襯砌,有22.7%的設施灌溉面積未得到灌溉。
在世紀之交,中央為縮小東西部差距,作出了西部大開發的戰略決策,在這一大好形勢下,陜西作為西部大開發的“橋頭堡”和發展“增長極”,經濟的騰飛,人民生活水平的提高,城市的不斷擴大,農村鄉鎮城市化的時間縮短,將會使工業用水急劇增加,工農業爭水矛盾日趨突出。
從以上分析說明我省不論在資源上、工程上還是發展形勢上都面臨著缺水的危機。
2、解決缺水的有效途徑
由于缺水,導致農業受災面積擴大,作物減產;由于缺水,導致過量引用地表水和超量開采地下水,致使旱季常發生河流干枯斷流,地下水位大幅下降,地面下沉、裂縫等現象;由于缺水,導致我省許多地方人蓄飲水困難;由于缺水,導致我省經濟發展受到嚴重的制約。同時,我省又是一個人多地少,耕地后備資源有限的農業大省。21世紀我省農業的發展不僅要為我省經濟發展提供農產品保障,而且要為西北地區的區域糧食平衡做出貢獻,所以農業的發展制約著我省乃至西北地區經濟的發展。隨著西部大開發號角的吹響,人們生活水平的提高,人口的持續增長,對糧食的需求量也將不斷增加,而土地的荒漠化及為防止荒漠化保護生態環境,部分坡耕地退耕還林、還草,加上建設用地,耕地面積又在逐漸減少。因此,我省增加農作物產品的重心必須轉向提高單位面積產量上,而灌溉則是提高單產的重要途徑,但灌溉面臨著缺水的危機。
解決灌溉缺水危機的有效途徑為開源和節流,若采取開源方式解決缺水,也是行之有效的,但我們應該清醒地注意到,隨著水資源的進一步開發,我們為獲取水資源而付出的代價也愈來愈大。未來經濟與社會發展所需的水資源供給,如果僅僅依靠開源增加供水來解決,不僅受到水資源條件的限制,而且受到國家和地方財力的限制。因此,采取節流方式解決陜西的缺水危機就顯得尤為重要。
總書記在安徽考察工作和在十五大講話中要求:“大力發展節水灌溉,提高水資源的利用率”,“各級領導同志都要有一種強烈意識,就是十分注意節約用地、節約用水,這兩樣事涉及農業的根本,人類生存的根本,在我國尤其意義重大,一定要放在可持續發展的高度對待”,中央和國務院其他領導同志也反復強調了節水灌溉的必要性和重要性。
長期以來我省實行的是大水漫灌的粗放性農業灌溉,水資源浪費比較嚴重。據統計,至1997年底,陜西省七百公頃以上灌區共159處,灌區內耕地面積44.71萬hm2,有效灌溉面積38.26萬hm2,實灌面積22.74萬hm2;灌區內有大、中型水庫59座,小型水庫205座,總庫容38.33億m3,有效庫容22.72億m3,多年平均出庫水量26.59億m3,灌溉用水量為12.89億m3,城鎮生活和工業用水為1.26億m3,則每年有12.44億m3水,相當于幾個大型水庫的蓄水量在輸送過程中被白白滲漏浪費掉。我省農業總用水量為60.48億m3,全省干、支、斗渠總長30101.4km,渠道襯砌率達57.3%,若提高到65%,則全省平均渠系水利用系數由現在的0.55提高到0.80,農業灌溉約可節約水量15.12億m3。我省耕地面積332.50萬hm2,噴滴灌面積為6.91khm2,僅占總耕地面積的2.1‰。
實行節水灌溉可緩解農業用水供需矛盾,增加農業產量,發展農村經濟;可緩解工農業用水矛盾,減少農業用水,增加工業用水,促進工業發展,從而提高水資源的綜合效益;可促進農業灌溉從粗放到集約,從外延為主到內涵為主的轉變;可提高灌水利用系數;可防止地面下沉,河流下游斷流,從而改善生態環境;可緩解水資源的開發壓力。實行節水灌溉也是陜西經濟可持續發展不可缺少至關重要的一步,對陜西乃至中西部各方面都具有重要的現實意義和深遠的歷史意義。
從上述分析可知,我省農業節水潛力相當大,實行節水灌溉,發展前景廣闊,意義重大。
二、節水灌溉的措施
根據我省實際情況,實行節水灌溉,必須要抓好以下工作:
1、發展節水灌溉必須要加強對節水灌溉技術的宣傳普及,實現干部群眾觀念上的變革。由單純的澆地向澆作物、科學節水轉變,用科學技術手段武裝農業。同時作好節水灌溉的科技交流,讓群眾認識到農業節水的必要性和重要性,采用先進的取水、輸水設施,先進的微灌、噴灌機械,先進的滴灌、滲灌、微灌方法提高水的有效利用率。
2、發展節水灌溉必須走區域發展之路,因地制宜地選擇節水灌溉類型,不宜強求一律,盲目實行。如關中地區實行節水灌溉主要要走對現有灌區進行更新改造,推廣綜合的節水高產高效灌溉技術體系之路。主要包括大型灌區渠首加壩加閘、渠道襯砌;推行“大改小、長改短、寬改窄”的標準畦田建設;推廣田間節水灌溉技術;采用節水灌溉制度,節水型耕作栽培技術和蓄水保墑技術;井灌區大力推廣低壓管道灌溉。在關中平原南部,秦嶺北麓,應優先考慮利用自然落差發展自壓噴微灌技術。在陜北長城沿線風沙灘地區應大力發展低壓管道灌溉和滴灌等節水技術,加強中小型蓄水工程的除險加固。陜北、渭北沿河提水灌區應實行低壓管道輸水灌溉和噴灌,渠道襯砌配套和標準化方田建設的節水技術。陜北、渭北丘陵溝壑區,由于比較干旱,應推廣微灌、地下滲灌等節水灌溉技術。陜南山丘盆地區應充分利用地下水,推廣淺、濕、曬三結合的水稻節水灌溉技術。陜南秦巴山區應推廣經濟作物發展自壓式微噴和滴灌節水技術。特別缺水的大中城市郊區或地區的反季節大棚菜、花卉應實行滴灌、微噴、滲灌等節水技術。
3、發展節水灌溉必須要做到統一規劃,分年實施,適度規模,集中連片。如我省在“九五”末,要發展節水灌溉面積300萬畝,使灌溉水的有效系數由現在的0.56提高到0.8以上,工業水的重復利用率由0.3提高到0.5以上,實現年節水5億m3,建立節水型農業、節水型工業和節水型的社會。“十五”期間,計劃發展節水灌溉面積1000萬畝,使全省節水灌溉面積達到1300萬畝,年新增節水能力6億m3。
4、發展節水灌溉必須建立穩定的投入渠道,充分發揮農民群眾投入的主要渠道作用,動員社會力量興辦節水灌溉工程。目前我省對節水型工程無論規模多大,都未能作為基建項目立項,往往有許多灌區配套工程、連片噴灌工程等因未列入水利年度基建計劃而被擱淺,從經濟上看,灌區配套、渠道防滲建設,每立方米水的投資遠遠低于該水源樞紐工程建設水的投資,且效果顯著,所以要發展節水灌溉,必須改進目前這種投資體制,實行政府投入、銀行貸款、引進外資、實行股份制、建立水利專項基金、發行債券等多種經濟體制,多渠道籌集資金。
5、發展節水灌溉必須建立水的有償使用機制。水利作為一種產業,要實現良性循環,用水必須按成本收費。目前由于我省農業水費較低,收取率也低,以致造成水管單位經濟困難,一些設施小修亦無法拿出資金,造成水大量浪費,有效灌溉面積逐年減少。因此,水費改革要深入進行,農業用水要實行計劃內平價,超計劃用加價的方法,將收入的水費逐步投入到設施改造和提高水的利用率上來。
6、發展節水灌溉必須搞好大中小型水庫除險加固和清淤擴容,增加農業用水的儲備。
7、發展節水灌溉必須加強渠道防滲措施,提高輸水有效利用系數。
8、發展節水灌溉必須與各地區經濟發展水平相適應,建立高質量、高水平的節水灌溉工程,堅持試驗和推廣相結合,普及和提高相結合。
參考文獻:
1四川簡陽“863”節水農業示范基地農業綜合節水技術
我國南方地區年降雨量豐富,但時空分布不均,近年來季節性干旱較為嚴重。以四川為例,四川東部丘陵區的季節性干旱就非常嚴重,很多地區常常是春旱、夏旱連伏旱且十年九旱。隨著水資源的日益匱乏、灌溉水成本逐漸提高的影響,節水灌溉、科學灌溉的呼聲越來越高,特別是農業產業化及高科技農業的規模不斷擴大,對灌溉用水進行科學管理的市場需求也越來越大。四川簡陽“863”節水示范區針對我國南方地區季節性干旱的特點,通過建立農業用水基本信息數據庫、灌溉水量監測與農業用水監測系統、動態配水模型,科學合理地對灌區灌溉用水進行了管理。
灌溉制度設計是灌溉工程設計的核心內容,節水措施是節水灌溉制度設計的基礎。依據地形、地貌、農業氣候等特點結合現有水利設施,該示范區集成與展示有十項農業綜合節水技術,如下:
(1)水稻綜合節水灌溉技術
(2)玉米、紅苕綜合節水灌溉技術
(3)小麥、油菜綜合節水灌溉技術
(4)果樹綜合節水灌溉技術
(5)渠道、塘堰防滲堵漏綜合節水技術
(6)坡面集雨節灌綜合節水技術
(7)噴、微灌綜合節水灌溉技術
(8)沱江提灌站、萬古水庫與仙女灘石河堰聯合調配技術
(9)小水利工程(庫塘堰站池井)聯合運行模式
(10)降雨、地表水、地下水、土壤水四水聯動調配技術
2節水灌溉制度設計方法
2.1灌溉制度設計原則
示范區所在地四川簡陽屬川中丘陵區,旱作物生長期內土壤水分多數時間處于適宜土壤水分的中或下限,不少時間低于下限,作物或多或少地受到土壤水分脅迫。以往的灌溉制度設計基本上是按照充分灌溉理論(滿足作物全生育期內潛在蒸發蒸騰需水量,作物全生育期土壤水分在適宜水分的上、下限之間)設計的,這和實際情況不符。計算出的灌溉定額比當地高產年份實際采用的灌溉定額要高,而且高的幅度較大。
該示范區灌溉制度設計是根據實際情況,采用上述十項農業綜合節水灌溉技術,著力于提高示范區水的有效利用率和作物水分利用效率,在非充分灌溉理論和調虧灌水技術指導下進行的。計算時采用了一些近年國內外研究成果,受旱脅迫減產率小于5%。
2.1.1旱作物需水量計算公式
在非充分灌溉條件下,旱作物需水量計算可采用Jensen對數公式:
(1)
(2)
式中:為土壤水分脅迫修正系數;為相對有效含水率,,其中為根系活動層的平均土壤含水率,為凋萎系數,為田間持水率。
根據對四川省農田水分盈虧的研究,為了保證脅迫減產率小于5%,根活動層的平均土壤含水率在作物生長敏感期(關鍵期)應保持在適宜土壤含水率下限以上,在其余生育期可低于適宜土壤含水率下限0.82以上(輕度缺水,輕微度受旱)。
2.1.2計算方法
在節水灌溉制度設計中,有兩種計算方法:一種是參數修正法,即對農田水分平衡方程中的計算參數按相應節水灌溉技術要求進行修正。這種方法可以計算出灌水時間、灌水定額、灌溉定額等節水灌溉制度的全部數據。這種方法較為復雜,適合于灌溉管理、大、中水利工程節水規劃設計。另一種是綜合修正法,這種方法直接對常規灌溉制度計算的灌溉定額結果進行打折修正,得出節水灌溉定額,但無法獲得節水灌溉制度的其它指標。這種方法較為簡單,適合于水資源平衡計算,小型水利工程節水規劃設計,目前許多節水規劃是采用這種方法計算的。這里采用參數修正法為主綜合修正法為輔的計算方法。
2.1.3種植結構調整
由于示范區均為提水灌區,特別是沱江灌區,提水揚程較高,渠道較長,灌溉供水成本較高,不適合進一步發展高耗水作物。根據現有情況,對水稻面積進行了控制。
2.1.4節水措施
水稻:四川、貴州等南方季節性缺水灌區,一般屬中、小型灌區。渠道和泵站的運行都是間斷性的。除冬水田、沖、槽田外,水稻“淺、濕、薄、曬”灌水技術并不適合這些地區。淺灌中(深)蓄灌水技術有利于節水(10~20%)和蓄雨(增加蓄雨5~30%),已為當地農民普遍采用,是一種常規的灌水技術。該示范區主要采用的節水技術有旱育秧技術、塑料薄膜、秸稈覆蓋技術和“強化大三圍”栽培技術等,這些技術主要是通過減少泡田水量、減少棵間蒸發、減少滲漏量達到省水的目的。
旱作物綜合節水灌溉技術構成比水稻復雜,一般都是幾種節水灌溉技術一起采用,種子包衣技術、控制性灌水、秸稈覆蓋等,這些技術主要是通過促進種子及根系生長能力、減少棵間蒸發、抑制植株無效蒸發、多蓄雨水來達到節水的目的。
果樹綜合節水灌溉技術主要由優質苗木靠接技術、關鍵期水肥結合溝(點)灌技術、抗旱劑噴施技術和棵間覆蓋(秸稈、種殼、雜草、肥料等有機混合物覆蓋)技術組成。
2.2節水灌溉制度設計參數
2.2.1水稻
根據參數修正法和節水灌溉制度設計要求,分秸稈覆蓋和薄膜覆蓋兩種情況對水稻節水灌溉制度計算參數如作物系數、初始水層、降雨深蓄限、適宜灌溉水層上限、適宜灌溉水層下限等作調整。
2.2.2旱作物
根據參數修正法和節水灌溉制度設計要求,對旱作物節水灌溉制度計算參數土壤適宜水分上、下限作調整。
3四川簡陽“863”節水農業示范區節水灌溉制度設計成果
采用上述方法,編制計算軟件,對示范區主要作物以旬為單位進行了長系列(1960-2000年)的節水灌溉制度計算。水稻節水灌溉定額是將秸稈覆蓋、薄膜覆蓋以及旱育秧的節水原理進行分解,然后分別對水量平衡方程的參數作相應的修正,計算出秸稈覆蓋、薄膜覆蓋的單項灌溉定額,再結合各自的使用面積綜合而成。旱作物及果樹節水灌溉單項定額是在考慮土壤水分脅迫和非關鍵期限制性灌溉的基礎上,按水量平衡方程及農田水分調蓄計算得出的結果,再用其它不同節水措施的節水效果和實施面積計算得出的加權綜合節水比例進行修正后得出。在此基礎上,根據示范區節水與常規灌溉面積比例,加權平均得到主要作物的綜合凈灌溉定額。再根據各種作物的面積加權平均得到示范區田綜合凈灌溉定額、土綜合凈灌溉定額以及田土綜合凈灌溉定額。同時,對各種作物的凈灌溉定額以及綜合凈灌溉定額作了排頻分析,得到了75%典型年的凈灌溉定額供水資源平衡分析采用。其中,示范區水稻節水灌溉制度設計成果見表1、表2、表3、表4、表5,旱作物及果樹的灌溉制度設計及計算軟件等成果略,有興趣的讀者可向作者索取。
表1示范區水稻節水灌溉技術節水效果表
采用技術
減少泡田水量
減少需水量
減少滲漏量
綜合節水
實施面積
旱育秧技術
35~45%
15~30%
85~95%
40~65%
30%
秸稈覆蓋技術
/
15~25%
20~35%
15~30%
15%
薄膜覆蓋及“強化大三圍”技術
20~35%
30~50%
50~65%
30~50%
35%
備注:1、本表根據省內外相關試驗資料總結而得。
2、表中減少水量是相對常規灌溉而言,本次計算綜合節水效果取中值。
3、實施面積為占播種面積的百分數。
表2示范區水稻節水灌溉制度參數表(秸桿覆蓋)
5下
6上
6中
6下
7上
7中
7下
8上
8中
8下
作物系數
0.81
0.98
1.05
1.09
1.24
1.28
1.24
1.35
1.26
1.17
滲漏量(mm/d)
1.48
1.44
0.00
1.44
1.96
1.96
1.96
1.77
0.00
0.00
初始水層(mm)
40.00
降雨深蓄限(mm)
40.00
70.00
0.00
90.00
90.00
90.00
80.00
50.00
0.00
0.00
適宜灌溉水層上限(mm)
35.00
50.00
0.00
60.00
60.00
60.00
50.00
30.00
0.00
0.00
適宜灌溉水層下限(mm)
5.00
20.00
0.00
20.00
20.00
20.00
20.00
5.00
0.00
0.00
表3示范區水稻節水灌溉制度參數表(薄膜覆蓋與強化大三圍)
5下
6上
6中
6下
7上
7中
7下
8上
8中
8下
作物系數
0.58
0.70
0.90
0.93
0.93
1.12
1.09
1.05
1.12
1.04
滲漏量(mm/d)
0.74
0.72
0.72
0.72
0.98
0.98
0.98
0.89
0.00
0.00
初始水層(mm)
15.00
降雨深蓄限(mm)
20.00
35.00
35.00
45.00
45.00
45.00
40.00
25.00
0.00
0.00
適宜灌溉水層上限(mm)
18.00
25.00
25.00
30.00
30.00
30.00
25.00
15.00
0.00
0.00
適宜灌溉水層下限(mm)
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
表4示范區水稻節水灌溉制度表(秸桿覆蓋)(P=75%)單位:m3/畝
5下
6上
6中
6下-7中
7下
8上
8中-8下
本田全生育期
(凈灌溉定額)
全生育期
(凈灌溉定額)
灌水量
21
47
27
20
33
148
266
灌水次數
1
1
1
1
2
6
表5示范區水稻節水灌溉制度表(薄膜覆蓋與強化大三圍)(P=75%)單位:m3/畝
5下
6上
6中
6下-7中
7下
8上
8中-8下
本田全生育期(凈灌溉定額)
全生育期
(凈灌溉定額)
灌水量
17
40
20
77
195
灌水次數
1
2
1
4
4結論
采用本設計方法得到的灌溉制度和和示范區試驗數據基本吻合。本設計方法不限制于南方季節性缺水灌區,可在全國普遍采用。但由于節水灌溉情況下作物需水量尚需進一步研究,節水措施又非常多,節水灌溉制度設計涉及到大量的參數,目前尚缺乏充分的試驗數據驗證某些參數選用的合理性,本設計方法需要進一步完善。
節水灌溉業的發展離不開農民們的支持和參與。因此,一定要讓農民們參與到節水灌溉農業中來,不僅如此,還要把意識貫穿到農業生產的全過程。首先,不僅要樹立節約用水的意識,還要大力促進農業所生產的增產,這是最根本的目標。其次,一定要全面促進高效節水的落實,具體來說,就是要控制用水量,關注灌溉技術在增產增收方面對農業的促進作用。針對以上兩點,要廣泛結合國內高效節水灌溉技術的應用成功的典型事例,從這些事例中學習成功的經驗和方法,分析與研究他們這些事例中的成功的經驗,根據實際轉化為具有當地特點的技術并落實。
1.2灌溉設備的支持
首先,發展節水灌溉需要節水灌溉設備的支持。任何節水灌溉技術的使用都需要先進設備的支持,我國的技術之所以沒有長足的發展,很重要的原因是國內的設備制造業專業化的生產程度都不高,具有滯后性。如果設備的質量不過關,就會直接導致農業的灌溉技術不能合理有效的利用,直接給農民帶來嚴重的經濟損失,甚至在某些情況下,還會嚴重損傷農民的灌溉的積極性。因此,必須使用優質的設備來保障灌溉技術的落實。其次,節水灌溉業的發展離不開國家的資金的支持。建議國家在對水利業進行投資的時候,著重向節水灌溉方向走。對資金的籌措要盡量多元化,把這些資金集中起來,集中地資金用來對各個地區的大型灌溉區進行綜合合理的整治。最后,結合農業的種植結構,進行全面的調整。對一些高效的節水灌溉工程進行投資建設,全面實現農業從傳統走向現代化進程。要做到經過合理整治之后的灌溉區不僅能夠實現農業的增產增收的,還能夠促進農業生產方式的進步與提高,全面的走一條農業產業化經營的道路。
2創新節水灌溉技術
2.1創新觀念發展高效現代農業
節水灌溉技術的落實,最大的收益者農民群眾。因此,農民群眾要積極的對土地資源進行大力整合,根據土壤結構來實現高效率節水。此外,還要對農民進行技能培訓,全面實現農村勞動力的轉移,提高農民產業經營的自主性,實現共同經營,共同收益。在這個過程匯中,還可以由政府組織實現合伙承包,農戶可以加入到合作社,由合作社組織大力發展高效節水農業。
2.2引導農業現代化發展
首先,要建立起高效節水示范區來引領農民們進行高效農業的發展。建立示范區以后,促進高效節水農業發展的先進技術和模式才能被廣泛應用,這一示范區域的產量和增產效益也會明顯的比其他地方的產量高;同時,也能帶動周邊農民大力發展生產的積極性。其次,適時的更新農民的生產觀念,解放農民思想,發揚農民生產的自主性。面對農業發展的新形勢,必須要從實際出發轉變農民們的思想,要求農民的思維開闊,敢于創新。
2.3把農民群眾作為主體
首先,堅持把農民當成是農業生產發展的主體,全面提高農民生產的積極性,充分發揮農民的創造力,引導他們合理籌集資金,使農民們真正的成為發展高效節水農業的真正的受益者。充分發揮農業是第一生產力的作用,堅持以人為本為原則,要全面落實以人為本的觀念,充分地體現出科技的發展離不開人類的思維的創新。其次,廣泛調動起農業科研人員的積極性,在科研人員的帶領下,農民們的勞動熱情也逐漸的高漲,全面促進農業的增產增收。讓農民們都參與到科技創新中來,使他們切實的享受到創新的成果,充分有效的發揮農民在農業生產中的積極性和熱情,走協調、可持續發展的道路。
現在我國采用過的和正在研究或推廣使用的節水灌溉技術有數十種之多。各種技術都各有利弊,各有不同的適用條件。只不過有些技術成熟一些,有些技術還有待進一步研究,有些技術優點更多些,適用范圍更廣些,而有些技術稍遜而已。
節水灌溉技術大致可分為灌水方法、輸水方法、灌溉制度和田間輔助措施等四大類別。
一、灌溉技術
節水灌水方法:灌水方法即田間配水方法,就是如何將已送到田頭的灌溉水均勻地分布到作物根系活動層中去。按灌溉水是通過何種途徑進入根系活動層,灌水方法可分為地面灌溉、噴灌,微灌和地下灌溉。
(一)地面灌溉地面灌溉是最傳統的灌水方法,一般說來它是作為比較是否節水的基點。但是地面灌溉技術也在不斷發展不斷完善,所以最近也有許多比傳統地面灌溉技術更節水的方法。
1灌水技術要素的優化灌水技術要素指溝、畦規格、入畦(溝)流量,改水成數。這些灌水技術要素的合理的組合就會得到節水的效果,一般經驗表明對溝灌和畦灌采用較小的畦、溝尺寸,就可以大大提高灌溉均勻度和灌水斂率.即常說的小畦短溝畦。至于溝畦尺寸多大為宜,則因不同地形與土質而異,各地要通過試驗來確定。
2新的淘畦灌水工具傳統的溝畦灌水是用人工從配水渠開口放水入溝畦,這樣既不準確又不方便,而且常因放水口滲漏造成水的田間損失.國外早巳采用虹吸管(用于明渠輸水的情況)或閘門孔管(用于管道輸水的情況)放水,但這種方法造價較高,在我縣很少使用。我們也做了一些試驗,證明可提高田間水利用率5%~10%。
3尾水回收系統在土壤入滲速度較小時,每條溝的人流量大一些容易灌得均勻一些,但是往往使得水已流到溝尾時,溝首還沒有灌夠,這樣就不可避免地造成溝尾泄水,如將泄水排掉就會浪費灌溉用水.如果此時在溝尾安裝集水系統把泄水收集起來用于更低地塊的灌溉,或用水泵抽到高處重新灌溉。這也是一種節水的措施。但我縣目前還很少采用。
4膜上灌(叉稱膜孔灌)在地膜上做成溝狀,水就在膜上流動,到作物長出孔處才滲入土地,這樣灌水效率高,一般可節水25%~35%。增產15%~20%,又不要專門的設施。
(二)噴灌式灌溉噴灌技術是利用專門德設備將水加壓或是利用水的自然落差將有壓水通過壓力管道送到田間,再經噴頭噴射道空中散成細小德水珠均勻的灑在農田上。適合灌溉所有的旱作物,糧食、蔬菜等。適用于氣候溫暖的平原和山丘。也適用噴灑農藥,但在北方很少使用。一是北方土地少,而是造價高。現在我國已有噴灌面積80多萬公頃。噴灌系統的形式很多,其優缺點也就有很大差別。
(三)滴灌這是用小塑料管將灌溉水直接送到每棵作物根部的附近,水由滴頭慢慢滴出,是一種精密的灌溉方法,只有需要水的地方才灌水,可真正做到只灌作物而不是灌土地。這種方法也多在南方和大面積土地上使用。此法可長時間使作物根區的水分處于最優狀態,因此既省水又增產,我國現有面積34萬公頃,但其最大缺點就是滴頭出流孔口小,流速低,因此堵塞問題嚴重。對灌溉水一定要認真地進行過濾和處理。
1固定式地面滴灌一般是將毛管和滴頭都固定地布置在地面(千、支管一般埋在地下),整個灌水季節都不移動,毛管用量大,造價與固定式噴灌相近,其優點是節省勞力,由于布置在地面,施工簡單而且便于發現問題(如滴頭堵塞、管道破裂、接頭漏水等),但是毛管直接受太陽曝曬.老化快,而且對其他農業操作有影響,還容易受到人為的破壞。
2半固定式地面滴灌為降低畝投資只將干管和支管固定埋在田間,而毛管及滴頭都是可以根據輪灌需要移動。投資僅為固定式的50%~70%。這樣就增加了移動毛管的勞力,而且易于損壞。
3膜下灌在地膜裁培作物的田塊,將滴灌毛管布置在地膜下面,這樣可充分發揮滴灌的優點不僅克服了鋪蓋地膜后灌水的困難,而且還大大減少地面無效蒸發。
二、節水灌溉工程技術模式
為大規模發展節水灌溉技術,各地結合自身的特點均采用了不同的節水灌溉工程技術模式。為了使這些模式更加完善,下面介紹幾種有代表性的節水灌溉工程技術模式。
(一)、城郊設施農業節水高效工程技術模式
設施農業栽培也稱保護地栽培,是利用日光溫室、塑料棚等保護設施,人為地創造適于作物生長發育的環境條件。從而達到優質、高產、高效。其生產對象是高附加值的供城市居民消費的蔬菜、花卉等價格高的作物。
郊區是發展設施農業節水高效工程技術最理想的地區,在這些地區滴灌技術為最常用的節水灌溉技術。這種工程技術模式一般包括:水源工程、日光溫室(或塑膜大棚)、灌溉首部樞紐(水泵、控制設備、施肥設備).輸水管道、灌水器。灌水器常用滴頭、滴灌管(帶)、涌水器,還可結合覆膜進行膜下灌溉。
設施農業節水灌溉工程技術裝備應立足于國內。尤其在現階段,應在吸收國內外先進技術的基礎上,大力發展適合當地的設施農業裝備。在設施農業用的節水灌溉設備方面,應重點解決適合普通溫室應用的成套微灌設備的材料配方、生產工藝問題,降低銷售價格、提高可靠性和耐久性。為最大限度發揮微灌設備在設施農業應用中的優勢,應花大力氣解決利用微灌設備施肥的技術落后和裝備不過關的問題,研究生產適合設施農業各種作物在各個生育期使用的可溶性肥料,使灌溉時能做到水肥同步,發揮最大的水肥綜合效益。
(二)、純井灌區生態農業節水灌溉工程技術模式
目前,純井灌區大多存在地下水位逐年下降,生態環境惡化的問題。在這類灌區,減少灌溉用水量的主要目的應是改善水環境,恢復生態平衡,維護農業生產的可持續發展。因此.在灌區內的作物灌溉用水量,應按生態要求可供給的地下水開采量來確定。在這種前提下,當前這類灌區大多數已不能對全部灌溉面積上的作物實行充分灌溉。要解決這個問題可采取兩種辦法,一是減少灌溉面積,在余下的灌溉面積上,仍采用追求最高單產的傳統充分灌溉方法,其他面積則發展“雨養農業”,二是仍維持原來的灌溉面積,對作物灌溉則采取非充分灌溉方法,即在水分對作物產量形成的最敏感時期實行充分供水,而在其他時期實行少供水甚至不供水,不追求作物單產最高,而追求總產最高。在高效節水灌溉技術方面,一般對大田作物采用低壓管道輸水灌溉,對經濟作物可采用微灌。:
(三)、水庫灌區自壓管道輸水灌溉工程技術模式
1美國加州節水灌溉的主要技術措施
加州農業發達而水資源相對貧乏,為解決這一矛盾,加州采取了各種節水工程技術措施,可以說世界先進節水灌溉技術在加州都得到了較好應用。以下就加州節水灌溉的一些主要措施作一介紹。
1.1地面灌水技術
地面灌水技術在美國農業灌溉中占主導地位,60%以上的農業灌溉采用這種灌水技術,其方法主要有溝灌、畦灌。美國的溝灌與畦灌是經過技術改良的,它融合著現代最新技術成果與科研成就,所以傳統的灌溉方法在美國仍然具有較高的科技含量。
(1)溝灌。溝灌是美國地面灌溉的主體,約占地面灌溉的70%以上,主要應用于果樹和棉花、花生、蔬菜等行棵型種植作物。對果樹而言,根據行距的不同,一般兩行果樹之間開3~5個灌水溝,大田作物則根據其種植特點布置灌水溝。與溝灌相配套的灌水器材主要有:①多口門給水栓,這種給水栓露出地面30~40cm,給水栓周圍均勻設置若干個小閘門出水口,每個出水口出水量不大,分別對應一個灌水溝,這種給水栓最多設有8個口門,同時可給8條灌水溝灌水。②多出口輸水管,這種管多是鋁合金管,在鋁合金管上與灌水溝的間距對等布設小閘門,每個小閘門對應一個灌水溝,灌溉時可根據供水量或需要,開啟一個或多個口門進行灌溉,亦可進行輪灌。這種管屬地面移動管,作物耕種時收起來,種植完后將管擺放在地頭,直至收割期。③虹吸管,這種管就是普遍的橡膠管或軟塑料管。水是通過防滲渠道送到田間,通過節制閘將水位提高,使水位高出田面,利用虹吸原理,一溝一管將水送到田間。④脈沖溝灌發生器。水流通過管道時,脈沖發生器根據指令,左右放水,水流流量一般較大,在灌水溝中快速向前推進,間隔一段時間后,再進行第二次、第三次沖灌,直至達到灌水要求,利用這一技術較常規溝灌可節水25%~30%,畦長也可增加。⑤尾水利用技術,由于流量較大時,溝灌水流向前推進的速度很快,短時間內就可灌到地頭,而這時田間灌水量還沒達到灌水要求,為此要持續一段時間,這樣水就會源源不斷從地頭流出,為利用這些尾水,美國因此而采取尾水回收利用技術,就是在地頭挖一集水溝,把尾水收集起來,利用低揚程泵重新將水送進管道,循環利用。
(2)畦灌。在美國畦灌主要應用于大田密植作物如小麥等,畦寬度10m左右,畦長200m左右,灌溉時采取大流量快速推進方式,每一畦配套一個給水栓,一次灌一畦,畦田規格根據農場、作物、水源情況確定,同時畦田都經過嚴格的激光平整。因此,美國的畦灌還是相當省水的。這種灌水方式,主要分布在水源相對豐富的河流兩岸,或地下水豐富的地區。
美國的地面灌水技術無論是溝灌或畦灌,其田間大部分都是采用管道輸水,水通過管道直送溝、畦,即使在自流灌區也是如此,因此,輸水過程的水損失相當少。田間通過激光平整、脈沖灌水、尾水回收利用等技術,灌水均勻度很高,水流均勻入滲,從而提高灌水效率。輸水防滲、田間改造加之相應的配套設備,構成美國地面灌溉節水的三個核心內容。
1.2噴灌
美國的噴灌形式多種多樣,時針式、滾移式、平移式、卷盤式、支架式都有。支架式從微噴、小噴灌到噴灌呈系列化。滾移式、時針式、平移式、卷盤式與世界各地的形式沒有大的區別,使用范圍上有所側重,草皮養植場以平移式為主,大田作物則多用時針式、平移式或卷盤式。
支架式噴灌即固定式或半固定式噴灌,固定式噴灌與我們常說的概念一致,就是常年不動,從支架到噴頭常年放置野外,這種固定式與相應的耕作機構相配套,不會對耕作造成影響。在畦灌支撐桿與輸水管道的聯接上,以及噴頭管材、管件設計上,美國都有獨到之處。半固定式與我們習慣概念不完全一樣,準確的稱謂應為“季節性固定噴灌”。就是耕種時收起來,耕種結束后再放置到田間,直到收割期。小噴灌在美國隨處可見,主要用于低矮密植作物,如蔬菜、草莓等。小噴灌是介于微灌和噴灌之間的一種形式,投資省、適用性強。微灌在美國主要用于果樹和環境綠化。
1.3滴灌
滴灌也是美國應用較多的一種節水灌溉技術,主要應用于葡萄。葡萄園采用的都是滴灌技術,滴灌可提高葡萄產量、改善葡萄品質,從而進一步提高葡萄酒的品質,所以滴灌技術倍受農場主和葡萄酒商的青睞。針對滴灌技術易堵塞的弱點,美國對水質過濾處理極其嚴格,一般采取3~4級過濾。壓力可補償式滴頭的研制與應用是滴灌在美國能得以快速發展的一個主要原因。
1.4浸潤灌溉
在我國稱這項技術為小管出流灌溉,早在1993年山東省新泰市在北京農業大學劉嬰谷教授指導下,率先在全國進行研究與試點工作,發展面積達1333萬hm2以上。但是由于受灌溉質量所限,這項技術發展速度不快。美國同樣如此,但其具有雄厚經濟實力,使其在浸潤材料研制與應用上,有長足發展,因而使這一技術展現了較好前景。
2幾點啟示
(1)總體上看,美國農業灌溉的節水主要是針對輸水、灌水、田間三個環節,地面灌溉特別強調通過提高田間入滲均勻度,實現節水,同時做到輸水管道化。美國從60年展管道輸水灌溉,我國80年代初期開始,目前僅山東省管道灌溉面積達173萬hm2以上。長期以來,我國田間改造推行長畦改短畦,寬畦改窄畦。在經濟條件較好的地方,自80年代以來大力發展噴灌、微灌技術,還結合自身特點強化渠道防滲,并不斷完善有關政策,以實現節水灌溉的硬措施與軟措施的有機結合。
1.2單戶管理形式單戶管理節水工程形式有的是通過產權改革承包或拍賣購買的工程管理經營權,也有的是獨資建設的節水工程。湯頭溝水泉村劉海龍2004年在該村小型水利工程產權改革拍賣時,購買了該村管灌工程的經營權之后,劉海龍對工程進行了修復和擴建,新增灌溉面積3.33hm2,共可控制灌溉面積8hm2,種植了蔬菜,年平均純收入8萬元。這種單戶管理形式的優點是經營管理決策自主,缺點是經營管理規模發展受資金不足影響,發展緩慢。
1.3聯戶管理形式聯戶管理形式一般都是聯戶投資購買、承包或新建節水工程,按照自愿入股,按股分紅,風險共擔,效益共享的原則進行操作。選出威信高、責任心強、有管理經驗的人當負責人,主要負責經營管理和效益分配。韓麻營鎮十八里汰村管灌工程于2006年底建成,工程建成后,由該村曹云海等四戶承包,聯合管理,曹云海為負責人,負責工程的日常管理與維護。工程自建成至今,由于管理得體,運行情況一直很好,為當地農業增產,農民增收打下了基礎。這種形式類似農民用水戶協會,但是沒有正規的建章立制,隨意性較大,容易造成以負責人的主觀意志行事,比較容易產生矛盾意見。
2井灌區節水灌溉工程管理建議及措施
通過調查了解發現,當前隆化縣農業灌溉存在技術水平低、資金缺乏、認識不到位、管理不善等諸多問題,歸根到底是一個機制問題,沒有科學的運行管理激勵機制,農業節水很難實現,有效的節水激勵機制是實現水資源可持續利用的前提,是調動用水戶主動節水的關鍵,是保障農業節水順利實施的重要手段。
2.1建立農民用水戶協會從2006年開始,該縣已建立唐三營西聯渠、湯頭溝聯渠、張三營聯渠、太平莊聯渠等四個渠灌區農民用戶協會,農民用水戶協會建立后,一是灌溉節水取得了明顯的效果;二是規范了用水秩序,減少了用水糾紛;三是解決了長期以來灌溉工程管理主體“缺位”問題,保障了工程效益的發揮。山區集中連片面積在千畝以上的井灌區,也應建立農民用水戶協會,用水戶協會建章立制,對工程進行制度化、規范化管理,將灌區農戶納入灌溉節水全程管理中,充分調動農戶參與工程管理的積極性。農民用水戶協會負責管理灌溉用水,對水源井、機泵進行維護,協調水事糾紛,指導農民參與灌溉設施的投資建造、推廣先進節水設備等日常事務。為井灌區節水灌溉工程永久發揮效益,提供可靠的保障。
2.2加強用水管理,實現水權分配面對有限的供水能力和日益增長的用水需求,有效的解決辦法就是由水資源配置確定初始水權,按照“總量控制、定額管理”的工作思路,建立一個水權交易平臺,使用水戶可以將多余或節約的水權方便快捷地轉化為物質利益,激發農戶節水的積極性,將強制節水轉為自覺節水。
我國西北大部分屬干旱、半干旱地區,干旱地區無灌溉即無農業,半干旱地區降雨量雖在可從事旱作農業的范圍之內,但由于降雨少且季節分布不均,農業仍高度依賴于灌溉。目前西北地區耕地總面積2.71億畝,人均2.95畝,其中有效灌溉面積1.07億畝,人均1.16畝,灌溉面積約占耕地面積的40%(見表1)。其中林果和草場灌溉面積分別為1690萬畝和850萬畝,分別占全國的35.8%和35.9%。據水利部門調查,西北地區灌溉農田的平均畝產在300kg左右,而非灌溉農田的畝產平均不足100kg,而且產量很不穩定。2000年西北地區糧食總產量為3169萬噸,人均糧食產量為345kg,基本達到自給,其中70%的產量產自灌區,由此可見,西北灌區是西北地區農產品的主要供應基地,特別是寧蒙引黃灌區、陜西關中灌區、河西走廊和新疆等地,已成為我國重要的糧棉生產基地。
隨著農業結構調整、退耕還林還草和城市化的發展,同時也由于水資源短缺和恢復生態平衡的需要,西北地區耕地面積和灌溉面積不會大幅增加,今后人口增長對糧食和農副產品的需求將更加依賴于現有灌區面積。
表1:2000年西北地區灌溉面積統計
地區流域總灌溉面積(萬畝)農田有效灌溉面積(萬畝)林果灌溉面積(萬畝)草場灌溉面積(萬畝)農田灌溉供水量(億m3)農田實灌面積(萬畝)農田毛灌溉定額(m3/畝)
西北地區總計13221106831690848666.59929.2671.3
內蒙古小計2238177514531879.11681.9470.3
黃河1729143412217373.61406.0523.4
內陸河511342241455.5276.0199.2
陜西小計18521635215231.71400.8226.3
黃河18521635215231.71400.8226.3
甘肅小計178916281342789.21425.8625.6
黃河707665281422.9585.4391.2
內陸河10829631061366.3840.4788.9
青海小計3853671820.0309.2646.8
黃河2882731513.4216.1620.1
內陸河989536.693.1708.9
寧夏小計70360197571.6591.31210.8
黃河70360197571.6591.31210.8
新疆小計6254.04677.01081496374.94520.2829
中亞西亞內陸河1065.3877.31018736.9866.0426
準噶爾盆地1470.01312.01332576.71235.9621
塔里木盆地3342.52289.5767286243.02227.41091
額爾齊斯河378.3198.38010018.3190.9959
2.發展節水灌溉對西北水資源合理配置與高效利用的影響
水資源短缺是西北地區工農業發展和恢復生態平衡最主要的制約因素,解決西北缺水的關鍵是提高水的利用效率。農業是西北地區第一用水大戶,農業用水量占全區總用水量的90%左右,灌溉用水占80%以上。西北地區現有灌溉面積1.07億畝,但大多數灌區建于50~60年代,輸配水系統老化失修、配套程度低,田間灌水技術落后,目前大部分灌區仍沿用傳統的粗放灌溉管理模式,農業灌溉水利用系數平均不足0.4,農田平均灌溉定額為671m3/畝,比全國平均水平457m3/畝高214m3/畝。農業節水潛力很大。西北地區有30萬畝以上的大型灌區近70處,控制灌溉面積6000多萬畝,對這些灌區進行以節水灌溉為中心的技術改造,是解決西北水資源問題的重要措施。
隨著西部大開發戰略的實施,西北地區工業和城市用水將大幅度增加,恢復和保護生態的需水量必須保證,因此,在南水北調西線工程建成之前,西北地區農業用水總量不會增加,只會減少,否則將影響工業和城市的發展。西北地區灌溉農業只能走內涵式發展道路,通過灌區節水改造挖掘農業節水潛力,在節水中求得農業的發展。
3.發展節水灌溉對地區生態環境改善的作用
按照國家規劃,實施西部大開發戰略要把加強生態保護、改善生態環境作為重點,不能以犧牲生態換取經濟的高速發展,更不能走先破壞,再治理的老路。西北地區生態建設和環境保護最重要的是解決水的問題,依存于稀缺水資源的生態系統十分脆弱,水資源一經開發,必然打破自然條件下的生態平衡。在天然生態系統中發展起來的人工生態,耗用了原屬于天然生態的部分水資源,改變了流域水資源的天然分布,形成了社會經濟用水和生態環境用水的矛盾。要維持荒漠綠洲的有限生存環境,保持人工生態與天然生態的平衡,就必須還以生態必需的水量。而恢復生態需要的水量大部分要靠減少農業用水解決。
西北地區的主要生態問題是土地退化,包括土地沙化,水土流失和土壤鹽堿化。降雨稀少、蒸發強烈的氣候特征決定了西北地區土壤受到的天然淋洗作用十分微弱,土壤鹽堿化的威脅普遍存在。灌區采用不合理的灌溉方式,造成灌溉用水過多,引起高礦化度的地下水位上升,必然加速土壤蒸發積鹽。例如青海的柴達木盆地和寧夏的引黃灌區,年灌溉用水量高達1200~1500mm,加之排水不良,鹽堿化面積不斷擴大。一些河流下游地區由于缺乏淡水資源,盲目打井引用鹽化地下水灌溉,導致土壤含鹽量增加。通過灌區節水改造,改善灌區灌溉和排水條件,可有效防治土壤鹽堿化,改善農田生態環境。
二.西北地區節水灌溉發展途徑
1.水資源按流域統一管理,合理配置
要實現西北水資源的可持續利用,首先需要解決的是水資源的統一管理和調配,包括協調流域水資源管理和行政區水資源管理的關系,進行水資源總量控制,加大規劃管理力度。目前我國大部分地區的水資源管理仍沿用分級,分部門的管理體制,人為地將完整的水資源系統分割成條塊進行管理,給水資源的合理調配,高效利用和有效保護造成困難。在目前水資源短缺導致用水競爭激烈,上下游、左右岸以及行業和部門之間用水矛盾日益突出的情況下,迫切需要協調流域水管理與行政區管理之間的關系,建立以流域為基礎的水資源統一管理體制。
近幾年水利部開始對黃河、塔里木河以及橫跨甘肅省和內蒙古阿拉善盟的黑河實施流域水資源統一管理。這是一項重大的改革,實施此項改革已收到初步效果,黃河下游連年斷流的情況得到了改善,塔河和黑河也成功實施了向下游調水。
水資源統一管理主要涉及中央、省、流域三個層面,既要考慮行政區劃的分割現狀,更要考慮水文、地理單元等自然狀況,不能人為割裂。省或地區間協調的重點是落實分水方案,農業用水要實行總量控制、定額管理,要在統籌兼顧生活、生產、生態用水的基礎上,明確各地區農業用水總量和灌溉用水定額兩套控制指標,作為管理農業用水的基本依據。國務院水行政主管部門負責各大流域用水總量分配,各級地方政府根據分配的指標,逐級分解。各省(自治區、直轄市)水行政主管部門要合理制定本地區灌溉用水定額。各地區和用水戶要在用水指標控制下節約用水、高效用水。國家和省級水行政主管部門應加強對水資源分配利用和地下水開采狀況的監察、審計。
石羊河流域和新疆天山北坡和東疆各流域,水資源開發利用程度很高,普遍存在著地下水超采的情況,許多地區水資源的開發超過了水資源的承載能力,生態環境惡化,其中以石羊河流域的民勤縣和天山北坡開墾河流域的奇臺縣最為嚴重。石羊河流域的治理,生態環境的恢復和改善,特別是解決下游民勤灌區水資源緊缺和生態保護問題具有重要的戰略意義,應與黑河、塔里木河一樣,列為國家重點支持項目。
灌區的改造與治理必須從全流域著手,為此,必須建立有權威性的流域機構,根據流域水資源承載能力,當前水資源開發利用情況和灌區存在的問題,制定流域長遠水資源開發利用規劃。流域水資源問題的解決,必須首先立足于挖掘本流域的潛力,對本流域水資源進行優化配置。必須在流域水資源承載能力的基礎上,確定上下游灌區的適宜灌溉面積,切實調整優化農業結構,減少農業用水量,并在節水的基礎上適當調用外來水。下游地區是中上游地區的天然生態屏障,調水的水費必須由全流域合理負擔。為此,必須加強水資源的統一管理,充分發揮各流域各地區管理機構的功能,統一配置和調度流域內的水資源,根據流域和地區可利用的水資源總量,統籌上下游、左右岸和灌區間的農業工業生產、生活和生態用水關系,明確流域上下游的用水比例和水權,合理分配不同地區、不同用水部門、不同行業的水資源供給量,確定水資源的配置方案,確保流域和地區經濟與生態環境建設協調發展。
2.控制和減少灌溉面積,提高用水效率
西北地區的自然特點是干旱少雨,水資源短缺,生態環境脆弱。氣候特點決定了西北干旱地區沒有灌溉就沒有農業,也沒有林、草業,在年降雨量200~400mm的半干旱地區農、林、草業的發展也離不開灌溉。因此在西北地區發展灌溉是必要的。但灌溉的發展必須與水資源的承載能力相匹配,同時還必須遵循水資源優化配置和高效利用的原則。在目前西北各大灌區上報的灌區節水改造規劃中許多都有擴大灌溉面積的規劃,甚至有灌溉面積翻番的提法。我們認為這是不現實的。主要從以下幾方面分析:
(1)從水資源承載能力分析,西北大部分地區屬資源型缺水區,目前灌溉用水量已占總用水量的80%左右,在西部大開發中進一步增加灌溉用水量是困難的。由于西北地區灌溉農業的效益比較低,如果繼續擴大灌溉面積,不僅耗資巨大,而且會對非常脆弱的西部地區生態環境產生不利影響,也會影響西北地區工業化發展和城市化進程。因此今后西北地區農業的發展,必須改變過去外延式的發展模式,走內涵式發展的道路。
(2)是否需要擴大灌溉面積應根據人口發展對農副產品的需求確定。西北地區目前糧食供需基本保持平衡,從長遠分析,西北地區不宜作為國家商品糧生產基地。盡管西北地區土地資源比較豐富,但水資源有限,生態環境脆弱。在西北灌溉農田生產同樣的糧食其灌溉用水量一般高于華北地區近一倍,這不僅因為西北地區作物蒸騰蒸發量大,而且由于西北地區土壤普遍含鹽量較高,灌溉用水中還要包括土壤脫鹽用水和生態用水。因此西北地區的半干旱和半濕潤地區,應實行灌溉農業和旱作農業并舉,調整農業結構,發展適合當地氣候條件的低耗水作物,控制灌溉面積的增長,發展集雨補灌面積,發揮旱地農業的增產潛力。
(3)由于擴大灌溉面積,導致地下水超采,生態惡化的地方,應縮減灌溉面積。根據民勤縣資料,50年代石羊河上中游人口為70萬,灌溉面積260萬畝,90年代人口為148萬,灌溉面積達到405萬畝;50年代下游民勤縣人口為18萬。灌溉面積87萬畝,90年代人口為30萬,灌溉面積達到105萬畝;由于中上游用水增加,下游來水日益減少,由50年代的5.424億m3減少到1.138億m3,但下游灌溉面積沒有減少,和上中游一樣都有增加,主要靠抽取地下水,從50年代沒有開采地下水。到2000年地下水用量達到6.239億m3,民勤縣壩區和泉山區地下水位下降到20m,湖區下降到12m,造成草死、樹枯,每年沙丘向灌區推進3~4m,有些地方達到8~10m。民勤地區近年來灌溉面積發展和農業用水情況見表2。為保護民勤這一綠色屏障,必須對全流域綜合治理,力行節水,控制地下水超采,減少灌溉面積。石羊河灌區現有灌溉面積395萬畝,實灌面積327萬畝,應減少到300萬畝以下,即減少100萬畝。灌區水資源量17.5億m3,以300萬畝計算,灌溉定額也只有590m3/畝,低于西北地區平均值。新疆天山北坡準葛爾盆地南緣的奇臺縣也是灌溉面積逐年增大,地下水開采量逐年增加,地下水位逐年下降,地下水嚴重超采,生態環境惡化,灌區邊緣風口處沙丘以每年2.5~2.8m的速度向灌區推進。奇臺縣已認識到當前問題的嚴重性,提出“絕不再打一眼井,絕不再墾一畝荒,絕不再砍一棵樹”,全縣決定縮減灌溉面積30萬畝,保證必要的生態用水。
表2:民勤縣灌溉面積和水資源開發利用情況
年份19841997199819992000
灌溉面積(萬畝)72.71051039593
總用水量(萬m3)7267076133750237190768791
毛灌溉定額(m3/畝)999725728757739
地表水用水量(萬m3)2180011475992371296391
地下水用水量(萬m3)5087064658648476477862392
地下地表用水比2.3335.6346.5359.0869.762
(4)穩定現有灌溉面積,提高灌溉保證率,是目前西北大部分灌區節水改造的主要任務。事實上,目前西北地區的許多灌區連原有的設計灌溉面積都保不住。據水利公報,2000年關中灌區實灌面積平均為有效灌溉面積的72%,個別灌區僅為50%。例如涇惠渠灌區,有效灌溉面積為125.9萬畝,2000年實灌面積為:冬灌61萬畝,春灌62萬畝,夏灌43萬畝。造成實灌面積遠遠小于設計灌溉面積的原因是多方面的,主要原因是利用河水灌溉水源保證率低,春季水源供水不足,夏季水源含沙量過高,加之水價提高而糧價下降,造成灌區農田失灌面積增加,還有許多本來可以用渠水灌溉的農田改用打井灌溉,大量開采地下水,造成地下水位連年下降。因此,目前灌區改造的重點應是穩定現有灌溉面積,提高灌溉保證率,控制地下水超采,而不是盲目擴大灌溉面積。
(5)西北內陸河流域的石羊河流域實際灌溉面積小于設計或有效灌溉面積,即有失灌面積存在,而天山北坡和新疆東疆等地的實際灌溉面積大于統計面積20%~30%。石羊河流域灌區出現的失灌,反映了地區已經發展的灌溉面積過大,灌溉用水量已超過了灌區供水能力。天山北坡存在的“幫忙田”,則顯示灌區的實際灌溉面積,已經超過了原有規劃設計的面積。這些地區都是由于灌溉面積的擴大,灌溉水量的增加,使供水量超過了水資源的承載能力。為了解決水資源的供需矛盾,需要根據地區的水資源量確定農、工業發展的規模,控制灌溉面積的發展,或退耕還林、還草,縮減現有的灌溉面積,并通過農業結構的調整,減少農業的用水量。
(6)西北灌區要在嚴格按照國家分配指標用水,基本保持灌溉用水量不增加的條件下提高農業產量,最有效的途徑是推廣農業節水技術,提高水的利用率和水分生產率,建立節水高效農業。對西北灌區進行續建配套和節水改造的重點應放在提高灌溉用水效率上,依靠提高水分利用效率,提高糧食單產,彌補大面積退耕還林還草引起的糧食短缺。將節約下來的水資源主要用于生態建設和特色農業,而將新開發的水資源主要用于第二、第三產業和城市生活用水。
總之,西北地區農業節水的最大潛力在于提高用水效率,適當地減少灌溉面積或控制灌溉面積的發展。應根據各地區的水資源和生態環境狀況,合理確定灌區規模。在水資源嚴重超采,生態環境惡化的地區,要縮減灌溉面積。如:甘肅河西走廊的石羊河、黑河流域,新疆天山北坡的奇臺縣,這些地區已達到非減少灌溉面積不足以維護生態環境的地步。在水資源供需可基本保持平衡的地區,應控制灌溉面積發展,如:黃河流域,東疆和南疆的部分地區。在水資源開發利用潛力較大的地區可適當擴大灌溉面積,如:寧夏的揚黃灌區,新疆的伊犁河和額爾齊斯河流域。但要縮減水稻等高耗水作物,引導發展水分利用效率高的特色農業和林草業。總體上,西北灌溉面積發展規模應基本保持在目前1億畝左右的水平。
3.節水灌溉基本措施及其有關政策問題
(1)充分利用降水
灌溉是補充降水對作物需水的不足,因此,灌溉用水應在充分利用降水的基礎上進行補充灌溉。充分利用降水在規劃上,表現在重視水、旱并舉,不一定都要發展灌溉,尤其是在半干旱半濕潤地區如關中地區年降水量500-700mm,更應充分利用降水,提高旱地農業的產量和質量。灌溉農業應重視灌區降雨的測報工作,如天氣預報和墑情測報,盡量作到適時適量灌溉,有雨不灌。國內有些灌區如景泰和后套等灌區實行自動監測,信息管理,節水效果顯著。
(2)合理利用地下水,保護生態環境
灌區應重視井渠結合灌排方式,使灌溉水和降水得以重復利用,既可節水又可防治土壤鹽漬化,但地下水的開采應注意采補平衡,控制超采。近年來一些灌區,如華北、陜西關中、甘肅河西和新疆天山北坡,采用井渠結合都取得了上述實效,但也不同程度的發生地下水超采現象,必須采取措施,嚴格控制地下水超采,力求采補平衡。另外,西北一些灌區,如引黃寧蒙灌區、南疆塔里木河灌區,利用地下水很少,土壤鹽堿化嚴重,應適當開采地下水,補充渠灌用水不足,并可改良鹽堿地。西北地區應合理利用地下水,保護生態環境。
(3)灌區要有水源保證和排水出路,灌、排渠系配套
灌區規劃首先應關注的是水源有無保證,排水有無出路。甘肅景泰電灌引黃灌區,揚程400余米,灌前地下水埋深百余米,開灌十多年一些洼地出現了土壤鹽漬化,通過建立排灌系統,打通自然排水出路,耕地鹽漬化得到了治理。
灌排渠系配套是灌區必備的條件,由于我國建設投資是國家管骨干,地方和農民管田間,結果許多灌區骨干渠系建成幾十年,地方資金不到位,田間配套未完成,發揮不了灌區應有的效益,這種體制需要改革,否則半拉子工程難以避免。
(4)骨干渠道防滲
渠道防滲是灌區節水改造的主要措施,對提高渠系有效利用系數,加快輸水速度確實有效,同時骨干渠道防滲被列為國家投資項目,因此灌區節水改造規劃中,無不以渠道防滲為主,一些高標準灌區,干支斗農甚至毛渠全部襯砌,投資巨大,研究認為骨干渠道干、支渠應防滲。干渠地上渠和土質輕的地段要防滲,地下渠和地下水位高以及粘質土地段可不防滲,支渠應作防滲的重點,斗、農渠行水時間短,不一定防滲,采取井渠結合方式可提高水資源的利用率和防治土壤鹽堿化,為了發展井渠結合,國家應適當提高補助。
(5)平整土地
在灌區節水改造中占有重要地位,土地不平,灌水不勻,不僅費水,還易產生鹽斑。中國農諺:“平整土地定窮富”,即視其土地平整與否,即可知其生產如何,美國把平地作為灌區改造的首位工作。我國把平整土地作為非工程項目,不列入工程建設計劃,這是不合理的。設想整平10cm高差,一畝地需搬運33m3土方,對于一個幾十萬畝上百萬畝灌區,其工程量非常巨大。埃及的經驗灌排渠系的投資占灌區建設投資的30%,平地占70%。平整土地在灌區節水改造中應列為重要工程項目。平整土地是節水農業基本措施之一,激光平地是國際上先進的平地技術,已在許多國家普及,我國大型灌區改造也應發展,但必須把平地列為工程項目才有可能推廣,抓好這項工程,將使我國節水灌溉前進一大步。
(6)提高農業綜合生產能力
增加農產品產量和產值全靠農業綜合生產能力的提高,它包括農業生產結構調整,品種選育,土壤肥力提高,栽培技術改進,化控和病蟲害防治以及農產品加工及市場銷售等,不僅使糧食產量增加,還給農民帶來顯著收益,促進農村經濟發展。因此,灌區節水改造不僅要做好工程建設規劃,同時還要做好農業綜合開發規劃和確定灌區發展目標和步驟。如甘肅引大入秦工程浩大,207km干渠即有111km的隧洞,13km渡槽和1.9km的倒虹吸,已投資24.5億元,94年干渠建成通水灌溉,設計灌溉面積98萬畝,完成渠系配套面積57萬畝,由于灌溉效益不高,已有棄耕面積9萬畝,實灌面積僅有48萬畝,秦王川灌區土層較薄,僅1~2.5m,而北部地區不足1m,不宜發展灌溉。建議該灌區轉變以糧為綱的思想,組織力量進行灌區農業綜合開發規劃,與時俱進,不僅把灌區建成現代化農業基地,還應與蘭州市建設結合起來,充分發揮引大入秦工程效益。
(7)加強灌區體制改革和管理
灌區實行用水戶參與的自主經營管理體制已在一些灌區實施,應不斷地總結提高,形成我國有效的灌區管理體系。為了促進我國節水農業進一步發展,使各地對農業節水從原則上(口頭上)重視到見之于行動,則必須使節水對投資者有利。為此,
①應劃分節水項目的受益者,對國家有利的項目,應國家投入,對農民有利的農民投入;
②實行水權制,定額管理,超額用水,收費累進制;
③調整農業結構,提高用水效益,增強農民承受能力;
④農業節水與改造中低產田結合,通過改善排水條件,防止土壤返鹽,減少壓鹽用水,增加農作物產量,提高用水效率,使農民得到改良土地的實惠,同時也節約了用水。
4.節水灌溉的主攻方向是提高用水效率
節水農業是提高水的利用率和用水效率的農業,我國這兩項指標都較低,水的利用率0.4左右,水的利用效率僅有1kg/m3左右,國際先進國家為0.8~0.9和2kg/m3。在國際上,各國發展農業節水的道路不同,灌溉面積小,國力、科技力量強的國家,如以色列和歐洲一些國家發展微灌和噴灌,水的利用系數高達0.9。一些灌溉面積大,國力、科技力量強的美國、俄國,既發展節水地面灌又發展噴、微灌,各占一半,水的利用系數0.7~0.8,灌溉面積大,國力和科技力量較弱的如印度、巴基斯坦和埃及主要發展地面灌溉,也發展小部分噴灌、微灌。我國屬于后者,應結合國情走自己的路。
近些年國家重視節水農業,大型灌區節水改造列入國家建設項目,西北地區一些灌區防滲率已達到60%以上,井灌區水的利用系數已達到0.7左右。在繼續提高水的利用率的基礎上,節水農業建設的重點應轉移到提高水的利用效率上來,加強節水農業增產技術的推廣,把提高用水效率作為節水灌溉的主攻方向。
農業用水效率也稱水分生產率(WUE,Kg/m3或Kg/mm·畝),即單位耗水量生產的作物產量。不同地區、不同作物的水分生產率不同,西北地區各省不同作物的水分生產率如表3。
表3:西北地區各省不同作物的水分生產率
作物地區產量水平(Kg/畝)水分生產率(Kg/m3)
春小麥寧夏294.80.70
冬小麥陜西336.11.30
甘肅345.41.04
春玉米陜西379.21.20
甘肅356.51.33
寧夏357.20.85
內蒙古545.41.50
夏玉米陜西364.21.52
高粱內蒙古336.52.56
水稻寧夏348.50.15
棉花內蒙古418.90.55
陜西80.680.21
農業用水效率隨著農業綜合生產能力提高。作物單產增加和節水技術提高,耗水量減少,農業用水效率提高。如陜西省涇惠渠灌區近20年來(1980~2000)灌溉面積減少,產量沒有減少,反而有所增加,水的利用效率不斷提高,從1980年的0.67kg/m3提高到2000年的1.4kg/m3(見表4)。
表4:陜西省涇惠渠灌區水分生產率
年份實灌面積(萬畝)降雨量(mm)年灌溉引水量(萬m3)地下水開采量(萬m3)斗口下總用水量(萬m3)田間凈灌溉用水量凈灌溉定額(m3/畝)總耗水(m3/畝)平均單產(kg/畝)水分生產率(kg/m3)
198098.0394.4410962140749311.236983.4377.4640.3425.90.67
198194.1654.2372901858443903.032927.9349.9786.1464.10.59
198292.2508.0391621433240923.030692.2332.9671.6578.50.86
198374.4791.2246561015926900.420175.3271.2798.7567.00.71
198469.0699.3207741184425949.519462.2282.1748.3553.00.74
198586.7447.2206151043924436.618327.4211.4509.5516.01.01
198683.0360.5260852185339564.729673.5357.5597.9524.00.88
198768.8476.9200221924032834.924626.2357.9675.9590.30.87
198866.4713.214696932319301.614476.2218.0693.5526.60.76
198978.7512.2199571485228375.821281.9270.4611.9571.70.93
199079.8522.4203101178825578.519183.9240.4588.7561.70.95
199171.1443.2203451648230296.322722.2319.6615.1566.20.92
199269.9569.7173362013231903.123927.4342.3722.1625.10.87
199364.3374.514914851718643.613982.7217.5467.1660.41.41
199488.6448.4143031750327214.720411.1230.4529.3588.61.11
199568.3416.9133451236021421.316065.9235.2513.2627.51.22
199670.6517.5161311308824040.918030.7255.4600.4641.31.07
199768.2295.6160851535326274.719706.0288.9486.0655.31.35
199870.7498.0121961006118342.113756.6194.6526.6715.01.36
199967.3428.8150041522525412.719059.5283.2569.1726.51.28
200068.5358.9123891698425396.119047.1278.1517.3724.51.40
涇惠渠灌區的實踐可以說明,控制和減少灌溉面積,提高農業用水效率是可行的,這是我國農業節水最重要的途徑之一。
我國農業用水效率最高的當屬山東省桓臺縣,1999~2000年和2000~2001年為干旱偏枯年和平水偏豐年,選用旱麥萊農9214和萊州3279,只灌1~2次關鍵水,每畝平均產量517.75kg,比灌4次水的當地高產濟麥增產66.75kg,全生育期耗水239m3/畝,水分生產率達到2.17kg/m3,2001~2002年為特大干旱年,降水量僅71.6mm,灌水3次(146m3),萊州3279小麥畝產平均548kg(最高地塊達到641.6kg),水分生產率達到3.07kg/m3,比灌5次水的當地高產濟麥增產51kg。提高以作物節水高產品種為主的農業綜合生產能力,對農業節水有十分重要的作用。
近年來我國出現一些如“金谷子”“飼料桑”等節水高產作物,研究耗水少,高產農業大有可為。我國應在節水農藝措施方面加大科技和資金投入,建立我國節水農業綜合技術體系,發展有中國特色的節水農業。
參考文獻
1.《中國水利年鑒》編委會,2001,中國水利年鑒,2001,中國水利出版社,北京
2.陜西省涇惠渠灌區可持續發展與節水戰略研究調研資料2001.9