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冯广志:我国节水灌溉技术研究与推广
  水利部农村水利司     冯广志  
    编辑:中国灌溉排水发展中心 归档时间:2003/3/25    

一、节水灌溉的内涵与技术体系1.节水灌溉内涵。节水灌溉是根据作物需水规律及当地供水条件,为了有效地利用降水和灌溉水,获取农业的最佳经济效益、社会效益和生态环境效益而采取的多种措施的总称。在我国,人们习惯用“节水”这一说法。科学的提法应当是“高效用水”。因此在一定意义上可以说“节水灌溉”就是“农业高效用水”。节水灌溉,首先应当充分利用天然降水满足作物对水的需求,尽量少用或不用人工灌溉补水;其次要优化调配开发利用各种可用于灌溉的水资源;第三要减少从水源工程到田间输水过程中的损失;第四是减少田间灌水过程中水的损失,提高灌溉水转化为土壤水并为作物所吸收的比例;第五是提高作物吸收水分后通过光合作用转化为产量的效率。因此,广义的节水灌溉,不局限于灌溉过程中的节水,应包含上述几个方面的内容。从适应现代农业对灌溉的更高要求,提高灌溉和用水技术水平来理解,节水灌溉的内涵远远超出节水本身,在某种意义上,节水灌溉就是科学灌溉、现代灌溉,是农业现代化必不可少的组成部分。2.节水灌溉技术标准。节水是相对于一定用水水平而言。不同的气候、水资源、地形、土壤、农作物,不同地区的经济、社会发展水平,有不同的节水要求和标准。我国南方降水丰沛,水资源充足,以种植水稻为主,节水灌溉主要是指科学灌溉。干旱缺水的北方,许多地方滴水贵如油,水资源供需矛盾成为制约农业和国民经济发展的主要障碍。节水是缓解供需矛盾的首要措施,节水的任务紧迫,标准相对来说比南方高一些。但我国的社会、经济发展水平决定了我们不能照搬以色列等发达国家的做法和标准。1998年5月水利部颁布的节水灌溉技术规范,对现阶段我国的节水技术标准做出了规定。这里例举几条。灌溉水利用系数:大型灌区不应低于0.5;中型灌区不应低于0.6;小型灌区不应低于0.7;井灌区不应低于0.8;喷灌区、微喷灌区不应低于0.85;滴灌不应低于0.90。实现节水灌溉后粮棉总产量应增加15%以上,水分生产率应提高20%以上,且不应低于1.2kg/m3。为了达到上述标准,规范对渠道防渗、管道输水、喷灌、滴灌、地面灌、雨水集蓄等工程措施、技术措施提出了一系列具体要求,并对如何计算,认定节水灌溉面积做出了规定。3.节水灌溉技术与措施体系。为了实现农业高效用水,需要从水源的优化调配、渠系输配水、田间灌水、用水管理等四个方面采取综合技术与措施。(1)田间节水技术:—喷灌技术—滴灌、微喷技术—改进的沟灌、畦灌、淹灌等地面灌溉技术以及膜上灌、波涌灌技术等—非充分灌溉技术—注水点灌技术,干旱、半干旱地区雨水集蓄节水灌溉技术—农业耕作栽培节水技术—土壤、作物化学保水技术(2)输水渠系节水技术:—渠道防渗技术—管道输水技术—渠系合理布局规划设计技术(3)水的优化调配监控技术:—土壤墒情监测技术—渠(管)系水量测、数据传输处理、优化调配、自动控制技术 —劣质水处理及再利用技术—蓄、引、提结合,“长藤结瓜”等水源优化利用技术 —河道拦蓄、回灌补源、井渠结合,地上水、地下水互补技术(4)节水管理措施:—制定行政的、技术的节水灌溉法规—制定包括水费改革等在内的有利于节水灌溉普及的政策 —建立和完善节水技术推广服务体系—落实节水管理责任制二、节水灌溉技术研究与推广回顾改进灌溉用水管理,提高水的有效利用率,促进农业高产优质高效和可持续发展,是灌溉工作的中心任务。不同的历史阶段,农田灌溉发展的重点不同,对节水的认识和采取的措施也不同。回顾我国农田灌溉和节水技术研究与推广走过的路程,大体上可以归纳为三个阶段。第一阶段是新中国成立到七十年代中期。这一时期农田灌溉以外延为主,大量兴建各类蓄、引、提灌溉工程,灌溉面积年均增加1500万亩以上。由于发展速度太快、资金不足、许多工程渠系不配套、技术标准低,水量难以量测控制。从事灌溉研究和管理的单位围绕提高灌溉水利用率做了许多工作,例如:计划用水、渠道防渗、改进沟畦灌水技术等。在渠道防渗方面:先后研究试验和推广了粘土、灰土、三合土夯实铺底护坡防渗、干砌或浆砌卵石防渗,浆砌块石防渗、混凝土防渗、塑料薄膜防渗等。在提高田间灌溉水利用率方面:建立了几百个灌溉试验站,观测试验,研究各种作物的需水量、耗水规律,提出了主要农作物的灌溉制度,这些成果成为以后灌溉工程规划设计、灌区灌溉管理、编制计划用水方案等的参考和依据。针对地面灌水技术落后、粗放灌溉的情况早在五六年代南方水田总结推广了“新法泡田、浅水灌溉法”、北方旱作灌区倡导采用沟灌和畦灌,同时研究试验合理的沟长、畦块尺寸大小、沟中放水流量、畦田放水流量和改畦的时间。在五十年代的“大跃进”和六七十年的“农业学大寨”中,全国各地普遍推广平整土地、修筑水平梯田、灌溉耕作园田化。园田化建设中,灌排渠系与道路、绿化、农机耕作、桥、涵、闸等结合,统筹考虑,既提高了耕作水平,又对改进灌水方式,提高灌溉水利用率起到推动作用。所谓计划用水就是根据作物高产对水分的要求,结合水源情况、农业生产安排,在用水之前,编制用水计划,然后有计划地蓄水、取水、配水和用水,以改变用水无序的状况。计划用水的六个主要环节是“统、算、配、灌、定、量”,采用丰产灌溉制度和先进灌水技术,定管理责任人和制度,设置量水设备。在水源合理开发利用方面,研究和推广了平原区井渠结合、地上与地下水联合运用,山丘区蓄、引、堤结合“长滕结瓜”,提高蓄水工程复蓄系数,多种水源综合利用,缺水地区咸淡水混浇劣质水利用等。总的来看,由于长期以来普遍重建轻管,加上农业生产水平较低,灌溉用水的供需矛盾不十分突出,以及当时对节水的认识和经济、技术条件的限制,这一阶段主要着眼于水源开发利用扩大灌溉面积灌溉的指导思想是灌半产水,节水尚未提到工作议事日程上,节水技术的研究范围较窄,推广的规模不大,速度不快,灌溉管理比较粗放,灌水技术比较落后,用水效率较低。第二阶段是七十年代中期到八十年代末。随着国民经济的调整,水利投资减少,同时经过几十年大规模建设开发,容易发展灌溉的水土资源多已开发利用,新建灌溉工程的难认愈来愈大。农田灌溉工作的重点逐步从外延为主转向内涵为主,强调配套挖潜和技术改造,加强经营管理,讲究经济效益。灌溉面积除七十年代后期继续增加外,整个八十年代徘徊不前。随着农业生产和国民经济快速发展,工农业争水、城乡争水矛盾日益突出。农业产量提高和耕作栽培方式改变农业对水的敏感程度增大,受旱面积呈增加趋势。经济发达地区传统农业向现代农业转变的进程加快,现代农业对灌溉提出了许多新的、更高的要求,如准确的灌水时间、精确的灌水数量和灌水位置以及与水密切有关的空气湿度、土壤温度,还有节省灌溉用工,实现机械化、自动化灌溉作业等。传统灌溉方式和灌溉用水效率低下的状况愈来愈不适应新形势的要求。水资源危机的呼声在许多会议和报刊杂志上开始出现,节水灌溉工作逐渐受到重视。这一时期,节水灌溉工作大体上围绕四个方面进行。一是八十年代在全国普遍推行泵站与机井节能节水技术改造制订颁布一系列有利于节水的管理和考核办法。针对六、七年代建的泵站机井中许多缺乏认真的设计、选型、机泵不配套,装置不合理现象普遍存在的问题,水利部农水司于八十年代初组织各地对泵站机井装置效率开展测试,在摸清情况的基础上,进行技术改造试点。召开一系列专门会议,推广行之有效的节能节水措施。泵站综合措施主要有:调整灌区布局,机泵合理配套;调节水泵性能、改造传动装置、改造管路和进出水池。由于提水灌区的水是用油、电换来的、节水就是节能,在某种意义上节水更为重要。节水的措施主要有:渠道防渗、管道输水;田间工程配套、平整土地、改进田间灌水技术,实行细流沟灌、小畦灌溉;计划配水、科学灌水,推行“水票制”,改革水价,按方收费以经济杠杆促进节水。1980年水利部颁发了《国营机电排灌站实行按八项技术经济指标考核的暂行规定》,作为衡量机电泵站工作好坏的主要依据。其中第三项为单位面积用水客额,第六项为渠系水利用系数。部农水司1981年到1984年连续四年对全国194个大型泵站考核情况汇总公布。1981年水利部颁发了《农用机井管理暂行办法》,其中的机井管理考核和评比标准有五条:配套机井完好率,单井出水量控制亩数,灌水定额,浇地成本、产量。这五条当中有3条直接与节水有关。1982年水利部颁布了《灌区管理技术经济指标(试行)》作为考核和评价国家管理灌区工作成绩的依据。考核指标有:引用水量、灌溉面积、水的利用系数、灌溉效率和灌溉摸数、灌溉定额、工程设备完好率、收入与支出,主要作物产量等8项。其中4项与节水有直接关系。1985年国务院颁发了《水利工程水费核订、计收和管理办法》,这一系列技术改造措施和加强用水管理与进行考核的办法,有力地推动了各类灌区节水工作,提高了用水管理水平。二是研究推广喷灌、滴灌技术。七十年代中期起,全国兴起了研究和推广喷灌的热潮。当时主管科技工作的中国科学院于1976年将喷灌技术列入全国科学技术发展规划重点项目。1977年国家计委将喷灌列为全国重点推广新技术之一,1978年水电部提出当年全国发展喷灌2000万亩,将喷灌纳入农田基本建设计划,在小型农田水利补助经费中列补助经费专项。据不完全统计,仅1974~1988年,由水电部单独或与机械部联合下达的喷灌科研项目99项,科研补助经费420万元。水电部农水司、科技司还安排了数十个喷灌田间试验、生产示范项目,喷灌作物种类近30种。地方安排的科研和试点项目更多。这期间先后研制开发出PY1、PY2系列摇臂式喷头、全射流式喷头、喷灌用泵系列、快速拆装镀锌薄壁钢管、薄壁铝管及管件、喷灌用地理塑料管道及管件、管道系统安全保护装置、地面移动维纶涂塑软管、轻小型喷灌机组、人工移管式中型喷灌机、绞盘式、滚移式、中心支轴式、平移式大中型喷灌机。引进了国外先进的喷头、镀锌薄壁钢管、薄壁铝管生产线。开展了喷灌增产省水效果及机理的观测试验研究,喷灌工程规划设计理论与方法的研究。全国喷灌面积七十年代初只有几万亩,到八十年代末达到近千万亩。在推广喷灌技术过程中,走了一些弯路。七十年代末,在技术、设备、资金等条件不具备的情况下,高指标、群众运动、土法上马,建了许多没有效益的工程,有些设备使用时间不长就损坏了,造成很大损失浪费,挫伤了基层干部和群众的积极性。滴灌、微喷技术的研究始于1974年。那一年墨西哥赠送我国一批滴灌设备,以后分别安装在北京密云、山西大寨、河北遵化三个地方进行田间试验。在此基础上,一批科研、高校、生产企业协作配合,研制出国产滴灌设备,包括滴头、微喷头、管道、管件、过滤器、施肥罐等。进行了滴灌省水增产效果与机理,规划设计理论与方法的研究。滴灌属于最先进的精细灌溉,自动化程度较高,它的技术与设备有较高的科技含量,我国在这方面的研究工作起点低,基础差,科研力量薄弱,没有组织认真的攻关,科研经费少,设备生产厂工艺装备落后,造成产品的性能与质量,可靠性始终不能令用户满意。学习国外经验,研制出地面移动使用的薄膜塑料输水软管,群众俗称“小白龙”。它适应了农业生产管理体制改革,实行家庭联产承包责任制以后,农民分户经营、水利工程管理薄弱、浇地难的新形势要求,同时作为机动灵活活简便易行的抗旱工具,也非常有效,很受农民欢迎。以后河北、河南、山东等地开展了井灌区土渠输水改地下管道输水的试验。国家计委把“低压管道输水技术研究与示范”列为“七五”计划(1986~1990)科技攻关的重点项目,组织水利、农业、轻工等几十个单位协作攻关。各级水利部门安排了一大批试点示范工程。先后研究开发出PVC内光外波纹局壁管,低压输水专用的薄壁PVC、PE塑料管及管件,预制混凝土管生产机械及工艺,现场浇筑混凝土管施工机械与工艺、管道输水出水口等,并进行了井灌区低压管道输水规划设计方法、省水增产效果观测试验等研究工作。管道输水技术以其方便农民浇地,减轻浇地用工耗时耗能负担的显著优点而受到农民普遍欢迎。同时它具有省水、省地、投资较少,见效快、施工与维护简单易行等多种优点,推广迅速。1980年井灌区管道输水面积只有几万亩,到1990年发展到2千多万亩,建成地埋输水管道十多万公里,使用地面输水薄膜塑料软管十多万公里。自流灌区管道输水所涉及的技术问题比井灌区要复杂得多,例如有压输水的加压问题,泥沙淤积与清淤问题,经济合理的大口径输水管道管材的问题等。目前只在个别点上进行了科研试验,距大面积推广尚有距离。四是群众在生产实践中创造的注水点灌保苗增产技术(东北俗称“坐水种”)逐步完善,成为一种简易局部灌溉技术,在黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古等地大面积推广。新疆等地结合地膜复盖技术的推广应用,摸索出利用铺在输水垄沟上的地膜输水,通过放苗孔给作物供水进行灌溉,群众称之为“膜上灌”。它不增加地膜投入,一膜系用。水从放苗孔成增加的渗水孔向土壤中渗水,类似于滴灌,也是一种局部灌溉。这种灌水方法减少了深层渗漏和棵间无效蒸发、节水效果明显。七十年中期到八十代末是我国节水灌溉发展较快的时期,节水灌溉技术的推广取得了显著成效。1980年全国灌溉面积7.3亿亩,农业用水量3900亿立方米,占全国水利工程供水总量的81%,当年粮食总产量6400亿斤。粗略估算,全国平均单位农业用水量生产粮食1.6斤。1990年灌溉面积7.26亿亩,农业用水量仍维持在3900亿立方米的水平上,或略少一些。占全国水利工程供水总量的74%左右,当年粮食产量8900亿斤,全国平均单位农业用水量生产粮食2.3斤。尽管单位农业用水量产粮这一计算方法不大科学,但从中可以看出这一时期节水灌溉的巨大成效。这一时期的问题是对在一客程度上,节水灌溉技术的研究与推广多偏重单项技术,影响了节水效果。第三阶段是九十年代以来至今,节水灌溉进入了快速全面发展的新阶段。这一时期的研究与推广工作可以概括为以下三个特点:一是各级领导和政府高度重视,节水灌溉从部门的工作成为政府的职责,普及节水灌溉成为社会关注的热点之一,工作力度明显加大。江泽民总书记1996年在河南视察时指出:各级领导同志都要有一种强烈的意识,就是十分注意节约用地、节约用水。这两年事涉及农业的根本人类生存的根本,在我国尤其意义重大。李鹏总理1990年夏视察新乡农田灌溉研究所时,专门听取了节水灌溉技术科研情况汇报,题词“开展科学研究,为节水型农业做出更大贡献”,并从总理预备经费中安排专项资金支持“华北地区节水型农业技术研究与示范区建设”。党的十四届五中全会通过的“中共中央关于制定国民经济和社会发展‘九五’计划和2010年远景目标的建议”中提出“大力普及节水灌溉技术,扩大旱涝保收、稳产高产农田”。1995年秋,国务院在山西召开了以节水灌溉为主题的全国农田水利基本建设工作会议。1996年国务院正式批准实施建设300个节水增产重点县的工作计划,以此带动全国节水灌溉技术的普及。在党中央、国务院的高度重视和领导下,有关部门密切配合,从多方面采取措施贯彻落实中央的决定精神。国家科委把“节水农业技术研究与示范”作为“九五”科技攻关重大项目,组织十多个科研单位承担任务。国家计委与水利部在非经营性基建拨款中安排专项投资建设节水增效示范区。还安排专项资金支持大型灌区进行以节水为中心的续建配套和技术改造。中国人民银行、农业发展银行、农业银行安排节水灌溉专项贷款、中央财政与地方财政分别给予贴息。许多省成立了由主管省长任组长的节水灌溉领导小组,协调各有关部门的工作。提出奋斗目标和要求制定规划,一些省安排了专项补助经费,并把农业综合开发、商品粮基地建设、粮食自给工程等其它支农资金捆在一起,向节水灌溉倾斜,增加投入。许多市、县、乡政府把推广节水灌溉作为政府任期内要办的几件实事之一,纳入政府领导和部门负责人政绩考核目标。二是节水灌溉技术研究与推广从偏重单项技术向技术的组装配套、综合集成发展,强调工程建设与管理措施结合,水利措施与农业措施结合,先进技术与常规技术结合,输水渠系节水与田间节水结合、全程灌溉节水与抗旱节水结合等。节水灌溉初步形成了完整的技术体系,这是九十年代节水灌溉与七、八十年代的显著区别。在新乡农田灌溉研究所承担的总理基金项目“华北地区节水型农业技术研究与示范”、国家科委安排的“九五”节水农业技术研究与示范、最近启动的“农业高效用水科技产业示范工程”等国家重大项目以及300个节水增产重点县、国家安排的高标准节水灌溉示范项目等工作中都贯穿了这一原则。各地在节水灌溉技术推广中也逐步重视综合措施节水。三是非充分灌溉条件下水分胁迫对作物生理活动及产量影响,农田灌溉中三水转化、土壤—植物—大气连续系统(SPAC)水分传输理论等节水灌溉应用技术基础理论研究受到重视,并取得一批重要成果。这方面做得比较突出的有武汉水利电力大学、清华大学、中国农业大学、河海大学等单位。这些理论研究将为21世纪我国节水灌溉技术研究与推广奠定更坚实的基础。九十年代节水灌溉技术推广规模和速度远远超过八十年代的水平。尤其是1996年开始的国民经济第九个五年计划,中央与地方加强领导,增加投入,发动群众,兴起了前所未有的普及节水灌溉技术热潮。1996、1997两年平均每年用于节水灌溉的资金约50亿元,新发展节水灌溉工程面积约2千万亩,一年完成的工作量相当于过去三四年的总和。九十年代以来,在全国农业用水总量基本维持不变的情况下,粮食总产量从1990年的8900亿斤增加到1997年的9800亿斤。单位农业用水量生产粮食数量增加到2.5斤。这从一个侧面反映出节水灌溉取得的显著成效。尽管我国节水灌溉技术研究与推广已经取得很大成绩,但农业用水供需矛盾仍很突出,粗放管理,灌溉用水浪费现象随处可见,农田灌溉的现状与农业和国民经济发展的要求很不适应。当前存在的主要问题是:一是从总体上看,农业基础设施脆弱,抗灾能力不强,农业干旱缺水,农业产量受制于天的被动局面还没有从根本上扭转。落后的灌水方式与技术不仅浪费宝贵的水资源,与两高一优农业、现代农业对灌溉的要求也很不适应。二是节水法规不健全,节水政策不配套。现行的财务政策在很多方面不利于调动节水积极性。例如,目前水库、灌区实行水费收入“以收抵支”,不给财政事业费的政策,对管理单位来说,卖水越多,收入越多。碰上风调雨顺的年份,农民用水量减少,发工资都很困难,这种政策很难调动管理单位节水的积极性。水资源短缺的河流,让上游地方政府和农民出资建节水工程,省出水给下游地区,如果没有合理补偿,实践证明是行不通的。三是现有节水灌溉技术与措施科技含量不高,总体技术水平与国外有较大差距。特别是先进灌水技术喷灌、滴灌等设备器材的技术性能、规格品种、产品质量,使用的耐久性、可靠性均不令人满意。节水灌溉技术研究缺乏长远、总体规划,系统性不强,重点不突出,许多科技难点长期得不到有效解决,许多科研项目低水平重复。四是推广资金来源分散,多头管理,形不成合力;数量不足,财政补助比重小;商业银行贷款常常不能足额按时到位。影响了工程建设。五是节水灌溉技术知识不普及,信息传播不灵,培训工作跟不上,技术骨干队伍单薄,推广体系不健全。许多地方对节水灌溉的理解有片面性,选用技术措施单打一或不适当。三、展     望21世纪中叶,我国人口高峰时将达16亿左右。按目前的人均占有量400公斤计算,粮食需求量为6.4亿吨。除了粮食,随着人民生活水平的提高,尤其是考虑到目前广大农村人口消费水平很低的情况,油、糖、水果、肉、蛋、奶等其它农产品需求量也将大幅度增加。满足这些需求的途径,一是扩大耕地面积,受我国后备耕地资源条件限制,这方面潜力不大。二是进一步改善现有耕地的农业生产条件,扩大灌溉面积,采用先进灌水技术,提高灌溉保证率,提高单位面积产量。无论是扩大灌溉面积,还是改善现有灌溉设施的保证率,都受到水资源不足的制约。我国水资源不足,尤其是北方地区严重干旱缺水,成为农业进一步发展的首要限制因素。根据发达国家的一般规律,随着经济和社会发展,农业用水占总用水量的比重逐步减少。1980年以来我国各行业用水构成和用水量的变化趋势也符合这一规律。寄希望于主要依靠增加农业供水能力来满足扩大灌溉面积,提高现有灌溉设施保证率是不现实的。唯一的出路是节约用水、高效用水。这是支撑21世纪我国农业和农村经济发展用水条件的关键措施。我国灌溉节水的潜力巨大。多数地区灌溉水利用系数为0.4左右,水平高的地区已达0.45。按照目前节水灌溉的发展速度,经过二、三十年的努力,使灌溉水利用系数达到0.6左右是完全有可能的。加强节水灌溉工作,除了强化政府行为,争取领导重视,广泛发动群众,千方百计增加投入和完善政策、法规等措施外,关键是依靠科技,不断改进完善已有技术,开发新的节水技术,提高节水器材设备的性能和质量,健全技术推广服务体系。当前需重点研究的技术问题主要有:抗冻胀,使用寿命长,用材省、造价便宜的渠道防渗技术;大中型自流灌区的管道输水技术;井灌区管道输水技术与设备的完善如闸管、虹吸管;激光控制平地及与之配套的沟灌、畦灌地面灌水技术(包括波滴灌等);以提高技术性能和使用可靠性为主的基础理论研究等。大中型喷灌机具的开发、滴灌成套设备与技术开发;施用于作物或土壤的化学保水技术与制剂的研究与开发;非充分灌溉基础理论研究等。

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