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1.前言

全國大型灌區續建配套與節水改造規劃工作已經圓滿完成，但從規劃審查中所接觸的一些問題看，大型灌區續建配套與節水改造的技術論證和決策，仍是一個有待進一步研究和總結的問題。不同地區、不同條件、不同類型的大型灌區應該因地制宜、科學地論證和選擇自己的技術方案和技術路線、本文僅就規劃審查中反映出的共性技術問題，談幾點對北方大型灌區節水改造的認識，供參考。

2.北方大型灌區節水改造任務艱巨

根據水利部1999年組織的大型灌區續建配套與節水改造規劃成果，規劃灌溉面積30萬畝以上的大型灌區共402處，現狀有效灌溉面積2.37億畝，占全國耕地面積的12.2%，規劃灌溉面積2.88億畝。其中位于北方地區的大型灌區有252處，占總數的62.7%，現狀有效灌溉面積1.55億畝,占全國現狀有效灌溉面積的65.4%，規劃灌溉面積1.82億畝，占大型灌區規劃灌溉面積的63.2%。由此可見，北方大型灌區在節水改造中占有非常重要的位置。

北方大型灌區和全國大型灌區同樣面臨工程不夠配套、建設標準偏低、老化失修、管理落后等一系列問題，還面臨灌溉水量不足的嚴峻問題。通過節水改造，不但要解決現狀缺水，而且在不增加灌溉用水總量的前提下，還要在灌區控制范圍內擴大灌溉面積。大型灌區節水改造建設周期長，綜合性強，投入巨大，技術方案和技術路線既要立足于生產上已經得到驗證的成套技術，同時應有必要的前瞻性，制定科學、合理的改造標準，積極、慎重地采用新技術、新材料、新工藝，以增加灌區改造的科技含量、提升灌區功能，保證工程質量，降低建設費用和運行成本，提高灌區經濟效益。

3.北方大型大型灌區節水改造共性技術問題

北方和南方大型灌區所處氣候條件有顯著差異，節水改造方向和技術路線也有明顯的差別，但就北方大型灌區而言，節水改造技術決策也存在一定的共性，可歸納為下述幾個主要方面：

3.1以水資源承載能力確定灌區發展規模

我國農業面臨的水資源嚴峻形勢不僅表現為水資源的人均占有量和畝均占有量低，而且更突出地表現為水土資源配置失衡。黃河、淮河、海河三大流域的土地面積占全國的13.4%，耕地占39%，人口占35％，GDP占32％，而水資源僅占7.7%，是水資源最為緊張的地區。我國西部大部分灌區墾殖率僅為50％左右，即灌區控制范圍有近一半的面積為各類荒地。充足的光熱資源和豐富的土地資源誘發起人們以擴大灌溉面積發展農業生產的愿望，但往往忽視了水資源承載能力的限制，造成上游開荒、下游棄耕，湖泊干涸，河道斷流，綠州萎縮，自然生態惡化的嚴重后果。因此大型灌區改造必須正確把握水資源的承載能力，確立以水資源承載能力決定灌區發展規模的技術原則。

水資源承載能力主要取決于水資源條件，一般而言，水資源豐富地區的水資源承載能力大，而水資源匱乏地區的水資源承載能力小。但是，水資源的承載能力又表現出明顯的可變性，廣義上講開源、節流都是為了提高水資源的承載能力，當然這種提高是有限制的。水資源開發程度超出安全限度意味著水資源的承載風險加大；超出技術、經濟合理性的節流，也必然帶來運行、管理上的風險。水資源承載能力還表現為相當大的彈性，例如超采淺層地下水的短期合理性與長期危害性是并存的。正確利用水資源承載能力的彈性可以大大提高水利工程的經濟合理性，超出限度則最終會影響農業生產。

在考慮水資源承載能力時，還必須考慮對生態環境的影響。水資源短缺的北方地區，在當前技術水平下，提高水資源對經濟發展的承載能力，不能不影響到生態環境用水，因此生態環境脆弱地區應首先保證必要的生態環境用水，其他地區也要同時從長遠上考慮生態環境的承受能力。

3.2根據作物要求分別確定灌溉標準

大型灌區通常采用單一灌溉設計保證率，例如有關規范規定的影響因素中，作物影響是以“作物組成”的形式出現的，并未明確同一灌區的不同作物可采用不同的灌溉設計保證率。這種狀況與我國農業傳統上強調糧食生產有關，也與規劃設計的粗放有關。大型灌區節水改造中如何正確選擇灌溉設計保證率是一個有爭議的問題，一方面北方水資源短缺，不可能選擇過高的灌溉標準，另一方面灌區節水改造的效果又應該體現在灌溉保證率的提高上。

我國大型灌區多建于50~70年代，灌溉設計保證率是根據當時的水文氣象、水土資源、作物組成、灌區規模等因素確定的。80年代以來全國氣候呈現北旱南澇的態勢，北方河流年徑流量明顯減少，不少灌區的灌溉實際保證率并未達到設計保證率。例如山西省有65％的灌溉面積每年只能灌水1~2次，且遠低于設計灌溉定額。因此，北方大型灌區節水改造的效果首先不是體現為提高灌溉設計保證率，而應該體現在恢復灌溉保證率上。

我國農業種植面臨重大結構調整，即由目前以糧為主的“糧、經”二元結構變為“糧、經、飼”均衡發展的三元結構，農業用水形態呈多樣化趨勢。優質、專用糧食作物和大多數經濟作物因產值高、適用水肥條件好等原因，要求較高的灌溉保證率，而耐旱牧草和一般糧食作物則不要求較高的灌溉保證率，因此同一灌區應該針對作物要求確定不同的灌溉設計保證率，這是適應農業種植結構調整，發展灌區經濟的必然選擇。

采用多種灌溉設計保證率給灌區規劃設計和運行管理帶來技術上的難度，解決的辦法應依水源條件不同而異。在單一水源條件下，可通過調整作物種植布局和實行作物區域種植、規模經營的方法解決，在多水源特別是開發利用地下水的條件下，應在供水保證率高的水源受益地區種植要求灌溉保證率高的作物。渠道也可以參照國外經驗，采用既適合大流量輸水，也適合較小流量輸水的形式。

3.3實現水資源的合理開發和聯合運用

我國大型灌區均以河流、湖泊、水庫等為主水源，但通常并未對區內全部水資源實行有效的統一管理。

降雨形成的土壤水是水資源的重要賦存形式，有效利用降水是提高農田水份生產效率，解決水資源短缺的重要技術方向。除西北部年降水量小于200mm的地區外，北方大部地區屬補充灌溉農業，對降水有較大的依賴性。據有關研究表明，北方地區土壤水的資源量占降水資源量的60%~70%，小麥生育期土壤水可達其全部耗水量的1/3，但多數地區土壤水并未得到充分利用。北方地區有為數不少的高揚程灌區，總揚程達200~300m，運行費用高，多年來一直由地方政府給予補助或享受優惠電價，但農民負擔仍然很重。有效利用降雨給高揚程灌區節水改造提示了新的出路。例如陜西省東雷灌區實行九級揚水，最高揚程331.7m，平均揚程214.7m，因運行費用高，有的二級泵站不能正常開機，灌溉效益也無法發揮。當地農民針對這種情況，開始在有效利用降水，種植果樹上做文章。但是降水集中在7、8、9三個月，春季少雨，為此農民打水窖，分散集蓄雨水，降水不足時則少量利用渠水補足蓄水，形成了“渠引窖蓄”的用水模式。這種用水模式大大減少了灌溉用水量，對該類灌區節水改造方向影響深遠。

地下水是北方灌區的重要水資源，我國在井渠結合方面取得了不少經驗，地下水開發利用對大型灌區的意義并不僅僅是增加可供水量，而且能控制耕地鹽漬化，為種植結構調整提供便利的水利條件。西北地區降水少，淺層地下水主要靠灌溉補給；淺層地下水往往礦化度較高，且在垂直方向和水平方面呈不均勻分布；灌區墾殖率低，灌區內各類荒地大量分布，潛水蒸發損失大，這些因素都給西北灌區的地下水開發利用帶來多方面的特殊性。實行井渠結合是大型灌區節水改造的重要內容，但處于不同自然條件的西北大型灌區，實行井渠結合的技術方案、工程布局、工程形式、管理方式等，仍有必要認真研究和總結。

3.4骨干渠道應是渠道防滲的重點

大型灌區渠系復雜，渠線長、渠道的工程地質條件和施工條件不同，輸水損失大，以渠道防滲作為節水改造主要措施是符合實際情況的。但是渠道防滲耗資巨大，而且還普遍存在凍漲破壞的威脅，如何正確選擇渠道防滲重點是大型灌區節水改造面臨的技術決策。骨干渠道與田間渠道比較有以下特點：①骨干渠道一般按續灌方式運行，行水時間長；田間渠道一般按輪灌方式運行，行水時間短。②各級渠道的合計設計流量，田間渠道一般為骨干渠道的幾倍至十幾倍，即一級田間渠道的合計斷面遠大于一級骨干渠道的合計斷面。③比較單條渠道長度，骨干渠道較田間渠道要大得多，但比較單位灌溉面積的渠道長度，結果正好相反。由此可以看出，骨干渠道輸水損失水量一般大于田間渠道輸水損失水量，骨干渠道防滲畝均費用一般小于田間渠道防滲畝均費用。因此，從投入的有效性考慮，大型灌區的渠道防滲應以骨干渠道為重點。

渠道的功能主要是輸水、配水，但同時還要求不沖、不淤，盡可能減少洇滲對周圍農田的影響，縮短行水時間，保證行水安全等等。從這些要求上看，骨干渠道防滲也應優先于田間渠道防滲。井渠結合灌區，渠道通常都有引水補源的作用，因此田間渠道除確有必要的渠段外，一般不易采取防滲措施。

3.5田間工程運行應與骨干工程運行相協調

大型灌區節水改造要求田間工程與骨干工程同步進行，以充分發揮改造效益。從技術上看，田間節水灌溉工程選型必須考慮田間用水過程和渠道供水過程的一致性。如前所述，大型灌區的田間渠道多以輪灌方式運行，盡管灌區灌水周期一般為15~20日，但某條田間渠道的行水時間不過1~2日。采用地面灌溉方式可以適應田間渠道的這種運行特點，但如采用噴灌、微灌，則供水過程往往難以滿足用水過程?？梢酝ㄟ^修建田間調節池解決這個問題，但一是需增加投資，二是調節池的蒸發滲漏損失不容忽視，技術上、經濟上應進行論證。

北方大型灌區的田間工程，技術上應以改進地面灌溉為主要方向，有地形條件的應積極發展低壓管道輸水灌溉。農業種植結構調整要求采用噴灌、微灌等灌溉方式時，盡可能實行井渠結合，以地下水作為水源。

3.6適度發展噴灌、微灌，支持種植結構調整。

我國農業面臨農業資源特別是水資源不足的制約，同時還面臨比較效益低和加入WTO的挑戰，農業結構特別是種植結構的調整勢在必行。大型灌區具有較好的水利條件，而且不少都位于大中城市周圍的經濟圈、經濟帶內，進行種植結構調整既是大型灌區面臨的挑戰，也是大型灌區發展的機遇，因此大型灌區節水改造應高度重視提高農業經濟效益和有利于發展農村經濟。噴灌、微灌是先進的灌溉方式，對經濟作物有廣泛的適用性，應適度發展。其技術上的考慮是：不應照搬國外通過修建田間調節池協調田間用水過程和渠道供水過程的作法，而應提倡合理開發利用地下水，實行井渠結合運行模式。

3.7農藝措施是充分發揮節水改造效益的關鍵

提高降水利用率和生產效率的農藝措施主要是：以平整土地為中心的坡地整治措施，以秸稈和地膜覆蓋為重點的覆蓋保墑措施，以少耕、免耕為主的耕作保墑措施，以平衡施肥和施用抗旱劑為重點的化學調控措施，以選用抗旱品種為重點的生物節水措施，以優化農業資源配置為主的產業化發展措施等等。大型灌區節水改造的目的是為了提高水利用率和水分生產效率，應在技術方案和技術路線中明確農藝措施的重要作用，也應對農藝措施的篩選和配套提出指導性要求。

北方大型灌區多數面臨水資源短缺的困擾，提倡非充分灌溉的呼聲很高。但是應該看到，農業技術進步已經迫使人們對充分灌溉重新認識。例如棵間蒸發被認為是作物需水量的一部分，傳統上對其合理性并未有過什么苛求，僅僅要求進行較好的耕作和管理。但據河北省的試驗資料，桔稈覆蓋麥田可減少35%~66%的土壤水分消耗，其中大部分為棵間蒸發減少量。顯然這種覆蓋措施并不會造成作物水分的虧缺，也不會對作物生長環境造成顯著影響。因此在決定采用非充分灌溉之前，首先應該研究農藝措施對作物需水量的影響，使充分灌溉和非充分灌溉都建立在當代科學的基礎上。

3.8以信息化推動灌區生產服務的社會化

信息技術在大型灌區的傳統應用是水管理自動化和辦公自動化，顯而易見這種信息技術應用僅局限于灌區管理機構內部，并非服務于灌區社會。

基于對信息化認識的不斷深化，有些灌區已經在探索服務于灌區社會的信息化道路。例如山西省夾馬口灌區利用信息技術把農戶用水情況完全向社會公布，使農民理解節約用水和自身利益是息息相關的，收到很好的節水效益和經濟效益，也為大型灌區信息化提示了新的思路。

4.北方大型灌區節水改造的幾項關鍵技術

北方大型灌區的具體條件不盡相同，面臨的問題有其特殊性，對節水改造技術需求有顯著差異，但其中也有一些比較具有共性的需求：

4.1灌區水循環的模擬和評價技術

灌區引水量的減少以及渠道防滲等節水措施的廣泛采用將影響灌區水循環，特別是地下水的補給和消耗將發生顯著變化，并進一步影響到土壤鹽分運動以及自然植被、人工植被的生態耗水。如何依據節水改造實施前后條件的變化比較準確地推演未來的狀況和變化趨勢，是對這項技術的基本要求。

4.2渠道防凍漲技術

造成北方防滲渠道破壞的主要原因是凍漲，這種狀況與北方灌區普遍進行冬灌、秋澆等有直接關系。冬灌、秋澆一般定額較大，抬高了地下水位，特別是骨干渠道沿線的地下水位有時甚至高于渠底，致使凍漲量過大。國內外渠道防凍漲研究成果和成功經驗不少，技術上似乎沒有大的障礙，問題在于防凍漲措施的有效性往往和建設費用、運行費用成正比，對于發展中國家尚難以承受。北方灌區渠道防凍漲問題不宜單純依靠防凍漲措施解決，應提倡針對渠段實際情況采用綜合措施解決。例如，骨干渠道兩側地下水補給條件好，水質也較好，可以沿渠布設機井（或埋設水平排水管），將地下水提入渠中，一方面增加了可供水量，另一方面也可有效降低骨干渠道兩側的地下水位，減輕凍漲威脅，比單純排水的經濟性好。

4.3管道輸水技術

管道輸水、配水系統在井灌區已有較廣泛應用，但在大型灌區除水泵進出水管道外，尚未得到真正應用。從節水改造初步規劃來看，少數具有地形條件的灌區已經注意到這項技術的應用前景。北方灌區中有為數不少的高揚程灌區，運行費用很高，減少輸水損失不僅節約用水，而且減少能耗，經濟上、技術上都是可行的，應著手該項技術的開發和應用。如何根據灌區的基本條件合理規劃設計配套完善的管道輸配水系統，開發低成本大口徑管材，解決管道輸水管理上的困難等等是對管道輸水技術的主要需求。

4.4大規模、高精度平整土地技術

高精度平整土地是提高大型灌區田間水利用率的基礎性工作，以往用人工和推土機進行這項工作，精度不高，耕地大平小不平，致使灌水仍不夠均勻，灌水定額過大。目前提高田間水利用率的有效措施是劃小畦塊，縮短溝長，但不利于農機作業。國外降低農業生產成本，提高競爭能力的方向是擴大地塊，并同時采用激光平地，保證灌溉效率。激光平地在我國尚處于試驗階段，應該在大型灌區節水改造中推廣該項技術，這符合農業現代化的長遠要求。激光平地除機械、電子設備外，還應包括測量技術、規劃技術、施工技術等等。

4.5非充分灌溉技術

非充分灌溉是北方相當一部分缺水灌區的必然選擇，但如前所述，由于農藝節水技術的進步和廣泛應用，充分灌溉和非充分灌溉界限已發生明顯變化。故這里所講的非充分灌溉，應該是在較好農藝節水措施條件下進行的灌溉。對于大型灌區，普遍采用非充分灌溉的關鍵在于需要對灌溉系統功能重新定位，對灌區運行調度也提出嚴格要求，否則如果按照目前的工程條件和調度能力，作物水分的“短期虧缺”很可能成為“永久虧缺”。

4.6耕地鹽漬化的控制技術

西北地區的大型灌區因降水稀少，蒸發強烈，以及排水工程不配套等原因，開灌后都不同程度存在鹽漬化問題，因此必要的排水配套措施應該是這次灌區節水改造的重要內容之一。引黃灌溉曾在60年代初期發生過鹽漬化的問題，部分灌區一度被迫停灌，此后在鹽漬化綜合治理方面積累了不少經驗，但是這些經驗在多大程度上適合于西北的干旱、半干旱條件尚缺乏分析和驗證。

4.7灌區分析評價技術

灌區分析評價包括二方面的目的：一是對現狀灌排設施進行調查，總結經驗，找準問題；二是根據水資源條件、農業種植結構等變化趨勢，提出灌區節水改造的目標、標準、技術方案、技術路線、經濟技術指標、管理體制等等。灌區分析評價是灌區節水改造規劃工作的基礎，也是一項重要的前期性研究工作，但目前這項工作非常薄弱，仍停留在常規現場調查的水平上。

4.8信息技術

大型灌區節水改造對信息技術的需求是明顯的，但對信息技術的定位又很不明確。信息技術不同于傳統的自動化技術，它除采集數據和執行指令外，更強調信息的共享性。因此用于大型灌節水改造的信息技術將涉及信息網絡、信息平臺、信息倉庫、信息決策、信息服務等廣泛的領域，信息技術只有更直接地為農業生產和農村經濟服務，才能發揮提升傳統灌排工程系統的作用。

5.結束語

北方大型灌區在農業和農村經濟發展中，發揮著不可替代的基礎作用，但也面臨著嚴峻的水資源短缺、工程設施老化和實現農業現代化等多方面的挑戰，進行以節水為中心的續建配套和改造勢在必行。大型灌溉節水改造涉及復雜的社會、經濟、環境因素，規劃的科學性、全局性、經濟性、可操作性顯得尤為重要，其中正確把握技術方向，制定科學、合理的技術路線是完成大型灌區節水改造的重要支撐條件。