为了学习借鉴国外节水灌溉先进技术和推广经验,全面提高我省节水灌溉水平,经厅党组和省外办批准,我们组织淮安、连云港、盐城等地的有关专业技术人员共7人组成赴美、加节水灌溉考察团,于2007年9月16日至29日在美国和加拿大进行培训考察。培训考察的方式以专题讲座、结合现场考察,采取听、看、议相结合。重点参观考察了加利福利亚州水利节水灌溉工程,胡佛水库以及加拿大尼亚加啦水力发电站等水利工程。这次培训考察,内容广泛,大家反映,通过培训考察,开阔了眼界,增长了知识,达到了预期目的。现将培训考察情况汇报如下:
一、美国节水灌溉的特点
美国在提高农田灌溉水的有效利用率方面做了大量工作,取得了很大成效,在技术上达到了很高的水平。但其在观念、政策、措施、方法等许多方面与我国有很大的不同。就我们所见所闻,归纳起来大致有以下几点:
1、对“节水灌溉”的理解和概念不同。从政府的文件到科研实验成果报告、灌区的宣传小册子,主要强调“水的保护或保持”(Water Conservancy),它包括了提高农田灌溉水的利用率,同时也包含水资源多目标综合利用。如引洪回补地下水,满足社会各方面对供水的需求,为了保护环境和可持续发展而节约用水、减少对耕地的冲蚀,对污水进行处理和再利用等等。它比单纯地讲“节水灌溉”显然有更多的内涵,在工作思路上也更开阔一些。
2、政府扶持与农民参与。我们多次问到:联邦政府或州政府有哪些推行节水灌溉的法律或政策?得到的答复均是政府强调要保护环境,有效地综合利用水资源,但是没有明确的法律规定一定要采用什么措施节省灌溉用水。政府的职责是宣传、示范、引导农民,促使他们节约用水,至于农民具体采用不采用或采用哪一种灌水方法,由农民自己决定。美国农业部自然资源保护局(Natural Resources Conservation Service,USDA,即原来的美国农业部土壤保持局,Soil Conservation Service,USDA)为负责美国全国田间灌溉和用水的机构,它在全美各地有十多个从事农田灌溉试验研究的“中心”。这些“中心”通过观测试验改进各种灌水技术、灌水方法,提供各种信息和技术服务,并无偿对周围农民进行培训。农业部有一笔专项资金,补助各中心建立自己的示范区,通过这些手段,引导农民自觉地采用先进灌水技术。近年来,由于农民人数的减少,议员们竞选时对农民的重视程度也相应下降;另由于农产品生产供大于求,国会和政府对农业的重视程度也有所减弱,联邦政府对农业的投入有所减少。我们曾问过:如果有的工程全部是为农业灌溉服务,用水户无法承受还贷加运行费的高额水费怎么办?他们说,这样的工程根本就不能批准兴建。
3、明确“水权”,防止对水资源的争抢滥用,促进节约和合理利用。“水权”,即水量的使用权(或所有权)。在美国东西部各州没有统一规定,有的州规定属州里所有,有的州规定与私人所拥有的土地连带,拥有土地的人就相应地享有“水权”。它可以继承,有偿出售转让,有的地方还可以存入“水银行”。以科罗拉多河为例,该河以落基山脉上的融雪水为水源,涉及科罗拉多、加利福尼亚、亚利桑那等州的干旱地区。本世纪三十年代,内务部垦务局在科罗拉多河上修建了胡佛大坝,库容达422亿m3。与此同时,在下游地区修建了几个较大的引水灌溉工程,如考契拉水利区、伊姆皮里灌区等。当时,由联邦政府协调,有关各州达成了分水协议,并得到最高法院的裁决。其中伊姆皮里灌区分到了约84亿m3的水量。该灌区把这些水量按照法律批准规划的灌溉面积进行分配,落实到各个地块。谁买了哪一块土地,谁就拥有相应的水权。任何个人和单位都不得超用。当时洛杉矶的人口和规模不象如今这样大,所分得的水量较少。近年来,人口和城市发展迅速,需水剧增,原分得的水量不能满足需求。为此,洛杉矶大都市与伊姆皮里灌区于1985年签订为期35年的协议,灌区将采取包括渠道防渗、把含盐较多的灌溉回归水与淡水掺混后重新灌溉利用等措施来节约用水,把省出的水量有偿转让给洛杉矶大都市。作为补偿,洛杉矶大都市负担相应的工程建设投资和部分增加的运行费(其中灌溉回归水掺淡水再利用的工程投资为700万美元,另加一定的运行等费用)。
4、节水的方式因地制宜,注重实效。我们感到,在对待节水灌溉问题上,美国人也象他们对待别的事物一样,非常讲究实用和经济效益。在座谈中他们强调,各种节水措施都有其适用条件和生命力,不讲条件地把某一种措施(技术、设备)与另一种相比是不妥当的。
5、重视科研。美国十分重视节水的科学研究。我们在参观美国农业部研究局设在科罗拉多州的示范教育研究中心时了解到,目前该中心正与科罗拉多大学及维蒙特公司合作,侧重于进行大型喷灌机在小田块上的更精量灌溉试验,而他们过去偏重于进行大地块上的灌溉试验。该中心建有一个气象信息系统网络,每天后半夜收集分布于全州31个气象站的各种气象、土壤信息。有关信息数据经通讯系统送到该中心用计算机进行处理,然后通过网络送到农民用户那里,清晨农民在家里即可了解指导灌水的有关信息资料。所有这些程序都是自动控制。目前,全州有2000个农户接收这种信息,每月付信息服务费40美元。
在考契拉水利区,其中心控制室已实现对全灌区各节制闸、分水闸水位、流量等方面的遥测遥控,使得水量调配更精确,减少了水的损失。
二、加州节水灌溉的主要技术措施
美国农业发达而水资源相对贫乏,为解决这一矛盾,采取了各种节水工程技术措施,可以说世界先进节水灌溉技术在加州都得到了较好应用。总体上看,美国农业灌溉的节水主要是针对输水、灌水、田间三个环节,地面灌溉特别强调通过提高田间入渗均匀度,实现节水,同时做到输水管道化。
1、地面灌水技术。地面灌水技术在美国农业灌溉中占主导地位,60%以上的农业灌溉采用这种灌水技术,其方法主要有沟灌、畦灌。美国的沟灌与畦灌是经过技术改良的,它融合着现代最新技术成果与科研成就,所以传统的灌溉方法在美国仍然具有较高的科技含量。
(1) 沟灌。沟灌是美国地面灌溉的主体,约占地面灌溉的70%以上,主要应用于果树和棉花、花生、蔬菜等行棵型种植作物。对果树而言,根据行距的不同,一般两行果树之间开3~5个灌水沟,大田作物则根据其种植特点布置灌水沟。与沟灌相配套的灌水器材主要有:①多口门给水栓,这种给水栓露出地面30~40 cm,给水栓周围均匀设置若干个小闸门出水口,每个出水口出水量不大,分别对应一个灌水沟,这种给水栓最多设有8个口门,同时可给8条灌水沟灌水。②多出口输水管,这种管多是铝合金管,在铝合金管上与灌水沟的间距对等布设小闸门,每个小闸门对应一个灌水沟,灌溉时可根据供水量或需要,开启一个或多个口门进行灌溉,亦可进行轮灌。这种管属地面移动管,作物耕种时收起来,种植完后将管摆放在地头,直至收割期。③虹吸管,这种管就是普遍的橡胶管或软塑料管。水是通过防渗渠道送到田间,通过节制闸将水位提高,使水位高出田面,利用虹吸原理,一沟一管将水送到田间。④脉冲沟灌发生器。水流通过管道时,脉冲发生器根据指令,左右放水,水流流量一般较大,在灌水沟中快速向前推进,间隔一段时间后,再进行第二次、第三次冲灌,直至达到灌水要求,利用这一技术较常规沟灌可节水25%~30%,畦长也可增加。⑤尾水利用技术,由于流量较大时,沟灌水流向前推进的速度很快,短时间内就可灌到地头,而这时田间灌水量还没达到灌水要求,为此要持续一段时间,这样水就会源源不断从地头流出,为利用这些尾水,美国因此而采取尾水回收利用技术,就是在地头挖一集水沟,把尾水收集起来,利用低扬程泵重新将水送进管道,循环利用。
(2) 畦灌。在美国畦灌主要应用于大田密植作物如小麦等,畦宽度10 m左右,畦长200 m左右,灌溉时采取大流量快速推进方式,每一畦配套一个给水栓,一次灌一畦,畦田规格根据农场、作物、水源情况确定,同时畦田都经过严格的激光平整。因此,美国的畦灌还是相当省水的。这种灌水方式,主要分布在水源相对丰富的河流两岸,或地下水丰富的地区。
美国的地面灌水技术无论是沟灌或畦灌,其田间大部分都是采用管道输水,水通过管道直送沟、畦,即使在自流灌区也是如此,因此,输水过程的水损失相当少。田间通过激光平整、脉冲灌水、尾水回收利用等技术,灌水均匀度很高,水流均匀入渗,从而提高灌水效率。输水防渗、田间改造加之相应的配套设备,构成美国地面灌溉节水的三个核心内容。
2、喷灌。美国的喷灌形式多种多样,时针式、滚移式、平移式、卷盘式、支架式都有。支架式从微喷、小喷灌到喷灌呈系列化。滚移式、时针式、平移式、卷盘式与世界各地的形式没有大的区别,使用范围上有所侧重,草皮养植场以平移式为主,大田作物则多用时针式、平移式或卷盘式。支架式喷灌即固定式或半固定式喷灌,固定式喷灌与我们常说的概念一致,就是常年不动,从支架到喷头常年放置野外,这种固定式与相应的耕作机构相配套,不会对耕作造成影响。在畦灌支撑杆与输水管道的联接上,以及喷头管材、管件设计上,美国都有独到之处。半固定式与我们习惯概念不完全一样,准确的称谓应为“季节性固定喷灌”。就是耕种时收起来,耕种结束后再放置到田间,直到收割期。小喷灌在美国随处可见,主要用于低矮密植作物,如蔬菜、草莓等。小喷灌是介于微灌和喷灌之间的一种形式,投资省、适用性强。微灌在美国主要用于果树和环境绿化。
3、滴灌。滴灌也是美国应用较多的一种节水灌溉技术,主要应用于葡萄。葡萄园采用的都是滴灌技术,滴灌可提高葡萄产量、改善葡萄品质,从而进一步提高葡萄酒的品质, 所以滴灌技术倍受农场主和葡萄酒商的青睐。针对滴灌技术易堵塞的弱点,美国对水质过滤处理极其严格,一般采取3~4级过滤。压力可补偿式滴头的研制与应用是滴灌在美国能得以快速发展的一个主要原因。
4、浸润灌溉。在我国称这项技术为小管出流灌溉,早在1993年山东省新泰市在北京农业大学刘婴谷教授指导下,率先在全国进行研究与试点工作,发展面积达1 333万hm2以上。但是由于受灌溉质量所限,这项技术发展速度不快。美国同样如此,但其具有雄厚经济实力,使其在浸润材料研制与应用上,有长足发展,因而使这一技术展现了较好前景。
三、 美国在发展节水农业方面的经验
美国是世界上重要的农业国家之一,农业发达,在国民经济中占有重要地位,粮食、畜产品居世界前列,在农业节水灌溉方面更有许多先进的经验,主要是:
1、建立了完备的农业节水灌溉设施。全国尤其是干旱缺水的中西部地区10个州,建有完备的节水灌溉体系,占全国灌溉体系的70%,农业灌溉体系最好的是加尼福利亚州、得克萨斯州和马里兰州,到目前,西部10个州已建成水库348座,泵站1200多座,渠道21.6万公里,输水干管2300公里,水电站58座。
2、政府扶持节水农业。农业灌溉体系包括供输水设施均有政府逐年投建,国家对节水灌溉技术的应用推广实行补贴,加州每年对节水技术推广补贴达3000万美元,同时,全州150个气象站及时为农业生产者提供气象服务,指导农民节水灌溉。
3、依靠高科技实现对水资源的自动化调控。美国对水资源的分配、调度按不同自然灌区进行,在水资源调配管理中的一个主要手段就是依靠高科技进行自动化管理,各河流、渠道均有自动监测点,监测点随时测定和提供各区域供水量,在灌区管理机构设有灌溉总控制室,及时进行实时调度,并和卫星联网,在全国形成完整的水资源调度调控系统,进行自动化管理。
4、推广应用多种节水灌溉方式。在推广应用先进的节水灌溉技术方面,美国也是走在前面的。节灌方式上,美国50%的面积采用喷灌,43%的为地面灌溉,6%为滴灌,1%为其它。喷灌有固定式喷灌和移动式喷灌,其中80%为中轴式移动喷灌,这种节水灌溉方式尽管一次投资大(每公顷3000—4000美元),但效率高(每次喷灌半径150米)、使用劳动力少、使用年限长,是降雨较多,但需人工补充灌溉地区的有效灌溉方式;近年来滴灌面积逐年扩大,其中最有效的为膜下滴灌。
5、广泛应用土壤水分监测技术,农作物实行精量按需灌溉。美国所有农场主,都聘有农业技术人员,在农作物生长期间,每天都要对不同土层的土壤水分进行定点定时测定和记录,包括需求量和补给量,并根据气象资料对补给量进行计算,真正做到了按需灌溉、精量灌溉。
6、注重农业灌溉用水的净化处理和回收再利用。对灌溉后排入海中和回收再灌溉的水都经过净化处理,对土壤含盐高,经灌水淋洗后的排水因其含盐和含有肥料等污染物,都在地下铺压有排盐管道,经排盐后方可排入海中或再利用。
四、几点启示
1、强化节水宣传教育,增强全民节水意识。通过学习培训,我们感受最深的是,美国作为全球水资源丰富的大国之一,又有完备的水利基础设施,仍高度重视水资源的节约和保护,很值得我们学习和借鉴。我国是一个人口大国,尽管水资源总量为28000亿立方米,与美国大致相当,但人均和亩均仅为世界水平的1/4和1/2,而且地区分布很不平衡,长江以北地区,耕地占全国的65%,而水资源却只占全国总量的19%,全国正常年份缺水近400亿立方米,其中农业缺水300亿立方米。不仅水缺,水污染状况日趋严重。我国一方面缺水严重,另一方面水资源浪费十分严重,长期以来,只重视水资源开发,兴建了大量水利工程,但全民节水意识不强,就农业而言,我国农业用水占总用水量的70%,而农业灌溉用水浪费也很大,必须强化对农民的节水宣传教育,使其增强农业节水意识,自觉节约用水。
2、 坚持水资源开发利用和节约保护相并重的原则。我国干旱缺水,同时水利基础设施也十分落后,要实现水资源的有效利用和科学配置,必须立项通过工程措施进行开发利用,同时水资源开发对治理和保护生态提供了水利基础。在合理开发利用的同时,必须注重水资源节约和保护,在这方面,一是要进一步理顺城乡水资源管理体制,推行水务一体化管理,重点加强对水资源保护和污水处理的统一管理;二是制定促进水资源节约和保护的经济政策,要借鉴美国经验,充分利用水价这一杠杆促进节水,依靠市场对水资源实行配置;三是积极推行水资源净化处理和循环利用,我们应借鉴美国经验,研究并推广水资源再生利用技术,通过利用雨水、污水、农业灌溉水处理回用等途径以达到水资源循环利用,这样既可减少大规模兴建水利工程,又可解决水源不足,还可有效保护资源和环境。
3、大力扶持节水农业,增加国家对农业节水的投入。我国的节水主要途径在于农业节水。农业节水一是要加大国家对节水农业的支持力度,尤其是节水灌溉设施的投入和支持力度,因节水灌溉设施一次性投入大,农民投入不起,国家应给予扶持和引导;二是大力推行滴灌、喷灌等节水灌溉方法,从灌溉方式上减少水资源浪费;三是推广和应用土壤水分监测技术,实行有限灌溉和精量灌溉制度,按作物需水规律,运用信息化技术,制定作物水分亏缺指标,实行科学灌溉。
五、我省节水灌溉的发展方向
1、提高农业灌溉的科技含量。我国的灌溉水平与美国相比还有相当大的差距,比如地面平整,美国用激光控制平整,而且一茬作物一平整,而我国用目测,好一点的用水准仪控制平整,且多年不整一次。再如灌溉适宜时间的选择,我国大多凭经验,而美国是通过精密仪器选择灌水时机,张力计、叶面湿度测定仪等被广泛采用。近几年,美国将原本用于军事的测量系统,称之为TDR技术,应用于墒情测报,效果非常好。另外还有一些农场主通过微机中心进行操作,几百英亩的农场灌溉,在一间屋里就可控制完成。
2、加大政府的扶持力度。美国对农业采取强有力的保护政策,联邦以及州政府都尽可能降低农业生产成本,比如水价,美国主体水利工程,诸如水库、主干渠道等的投入都由政府承担,且工程建成后,不计入水成本,所以加州虽然水资源短缺,但农业水价并不高。电费也是如此,农业用电每千瓦时只有0.08美元左右(合人民币0.7元),而我国目前的农业用电也不低于这个水平,有的还要高出这个水平,达到1元以上,这对于并不富裕的农民来说负担确实太重了,对发展喷灌、微灌等高新技术构成瓶颈制约。因此,必须从投入政策、保护政策、技术创新等多方面入手,扶持农民发展节水灌溉。
3、有选择、有针对性、积极稳妥引进推广先进灌溉设备与技术。目前世界节水灌溉技术多种多样,仅喷灌就有五六种之多。但是并不是所有技术都适合我国国情,例如滚移式喷灌机、时针式喷灌机等,在我省大部分地区这项技术可能行不通,除非实现大面积规模经营,而微喷、滴灌、卷盘式喷灌等则较适合,宜扶持发展。其他如墒情测报、激光平整等,可选择条件较好的地方进行试点,为将来的发展总结经验,积累资料。同时,还应在技术消化、创新上多下功夫,采取积极态度,同外商合作,全面推进我国节水灌溉设备生产规模化、产业化、国际化。
考察团成员:刘有勇、张谊、刘永安、李永华、夏德怀、刑平生、仇成松、仲跃