灌溉水源工程改造與發(fā)展

1、灌溉水源工程改造與開展摘要：對中國水資源情況進展了綜合分析！關(guān)鍵詞：灌溉水源改造開展1水資源緊缺、資源開發(fā)進入高本錢階段1.1中國水資源緊缺狀況水資源不同于一般礦產(chǎn)資源，它是在周而復(fù)始的水文循環(huán)中隨機、流動、可資利用的水。中國年均水資源總量約281241083，其中河川徑流總量271151083，地下水資源82881083(含地表水與地下水互相轉(zhuǎn)化重復(fù)計算的72791083)。總量居世界第6位，而人均占有量僅23003，只相當世界的1/4，居第88位。各地年際間降水可差數(shù)倍，年內(nèi)降水極不均勻；尤其是水資源地域分布差異極大，占全國人口42%、耕地62%的北方干旱、半干旱地區(qū)，水資源總量僅占20%

2、，使得北方地區(qū)已嚴重缺水。導(dǎo)致水資源緊缺的另一問題是全國年均廢污水排放量達3421083，江河、湖泊約82%受到不同程度的污染，嚴重污染的占30%，城市地表水污染更為普遍，水資源受到極為嚴重的破壞。農(nóng)業(yè)用水還受到工業(yè)及城鎮(zhèn)居民用水劇增的競爭，全國灌溉用水量在1988年到達最高值39411083，以后逐年下降，至1997年降為35981083，占全國總用水比重也從1949年的97%下降到了70%左右。目前一般年份全國每年缺水3601083，農(nóng)業(yè)缺水占3001083。農(nóng)業(yè)因缺水受旱面積每年平均2670萬h2，糧食減產(chǎn)達(600800)億kg；全國近半數(shù)的大中城鎮(zhèn)供水缺乏，因缺水造成的工業(yè)損失每年約

3、2000億元。缺水還帶來生態(tài)環(huán)境的迅速惡化，黃河近十年來屢次斷流。長江中、下游1999年初也出現(xiàn)少見的礙航現(xiàn)象。水資源的過度開發(fā)，使北方不少中小河流內(nèi)陸化，河水常年污臭，河道淤積，湖泊萎縮，河口淤塞。北方地下水資源的長期超采，已形成多處大面積地下水漏斗，水井出水量減少，甚至枯槁報廢；由此帶來較大范圍的地面沉降，京津以南河北平原，開采井深從2030已開展到300400，累積地面沉降100的面積已達該地區(qū)面積的55%，遼寧、山東沿海一帶海水入浸已達千余平方公里，甚至南方的蘇州、無錫、常州等地也出現(xiàn)地面沉降，面積達3000k2。全國總用水量還會逐年大幅度上揚，而農(nóng)業(yè)用水預(yù)計很難增長，灌區(qū)水源缺乏，是

4、灌溉面積萎縮的主要原因之一。我國水資源的緊缺場面，已成定局，并在繼續(xù)惡化，正成為制約國民經(jīng)濟開展的“瓶頸。1.2我國水資源開發(fā)已進入高本錢階段水資源量有天然資源量、可利用資源量和開采利用量之分。前面涉及的都是天然資源總量，表示我國水資源的天然稟賦差。可利用水資源還與國民經(jīng)濟的實力、科技程度和資源開發(fā)的邊際效益有關(guān)，資源開發(fā)應(yīng)滿足經(jīng)濟上合理、技術(shù)上可行、環(huán)境允許等條件。美國的可利用水資源占自然資源的21%左右，日本為27%，我國這一資源量預(yù)計為7001083，占自然資源的25%。這是一個動態(tài)的、相對的資源量，在一定的經(jīng)濟與科技程度下，是有限的，不能認為水資源取之不勁用之不竭，盲目樂觀是沒有根據(jù)的

5、；但是科技開展是無限的，可供人類開發(fā)利用的水資源也應(yīng)是無限的，人類經(jīng)濟生活總要向前開展，不會停滯，過分悲觀也是沒有必要的。因此，在水資源開發(fā)利用上，開展科技、開展經(jīng)濟才是硬道理?？衫觅Y源在一定的技術(shù)經(jīng)濟條件下是有限的，超越一定的經(jīng)濟與環(huán)境條件的程度，過分開發(fā)就會出現(xiàn)相對本錢過大，水資源開發(fā)的邊際凈效益變?yōu)樨撝?，得不償失。水資源的利用程度可用開發(fā)的邊際費用來衡量，分為邊際本錢為零、不變邊際本錢和遞增邊際本錢階段。邊際本錢為零即增加水資源開發(fā)量，幾乎不增加開發(fā)本錢，如引洪灌溉，簡易無壩引水等。顯然，我國早已超過這一階段。不變邊際本錢(或低本錢)階段，即資源開發(fā)本錢與開發(fā)量成正比，單位資源開發(fā)量的

6、本錢不變，我國50、60年代開展灌溉大致屬于這一階段。遞增邊際本錢(或高本錢)階段是指新增單位資源開發(fā)本錢越來越大，資源開發(fā)越多，單位資源開發(fā)本錢越高，當?shù)竭_某種開發(fā)規(guī)模以后，單位資源開發(fā)本錢與運行管理本錢之和可能大于新增單位資源所產(chǎn)生的效益，出現(xiàn)邊際凈效益為負的情況，得不償失；表現(xiàn)為水資源已近枯竭，或經(jīng)濟實力已無力支撐資源的進一步開發(fā)。水利部在1985年曾作過分析，當時就已有局部水資源開發(fā)工程出現(xiàn)凈效益為負，說明我國水資源開發(fā)已進入高本錢階段。日本自己評定已于1975年步入高本錢階段，其主要標志是資源開發(fā)本錢大致與灌溉系統(tǒng)的年費用(年運行費與折舊費之和)相當；其時，日本的水資源開采量占可利用

7、量的75%。美國水資源開發(fā)被認為尚處于等邊際本錢階段向邊際遞增本錢階段過渡，其相應(yīng)利用量占可開發(fā)利用量的69%。我國的平均情況是開采量占可開發(fā)利用量的74%，接近于日本程度，高于美國程度，結(jié)合經(jīng)濟實力與科技程度，應(yīng)已進入了高本錢階段?？紤]到地域的差異，北方水資源開發(fā)本錢比南方高，抽水灌區(qū)本錢比自流的高，所以，北方地區(qū)、抽水灌區(qū)應(yīng)早步入高本錢階段。1.3多元化是我國水資源開發(fā)的主要趨勢一般地說，引水較建庫廉價，用地表水比地下水廉價，水資源開發(fā)進入高本錢階段后，一些原來認為開發(fā)本錢高的資源或取水方式會變?yōu)榻?jīng)濟合理，出現(xiàn)水資源開發(fā)方式與資源種類的多元化。西北的高揚程抽水灌區(qū)，在80年代末還有人認為劃

8、不來，如今議論少多了；南方的小型塘堰在大型灌區(qū)修建以后，為了少占地，農(nóng)民平塘、廢堰的不少，如今又開場重視與修復(fù)起來；被棄之不用的微咸水，不少地方已在擴大利用；北方地區(qū)的平原水庫曾被蓋棺定論為錯誤的，如今也有些地方開場研究其合理布局。目前幾種比擬有前途的水資源或水資源開發(fā)方式包括：多水源結(jié)合運用，降雨資源利用，回歸水的開發(fā)利用，劣質(zhì)水的合理利用，以及全流域水資源修養(yǎng)與綜合開發(fā)等。實行水資源的多元化開發(fā)，是灌區(qū)改造與開展的首要任務(wù)，以進步灌區(qū)水源的供水保證率(例如由如今75%進步到85%以上)，為灌區(qū)開展奠定了良好的基矗轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.2水資源開發(fā)方式的開展2.1大、中、小水源工程的結(jié)合調(diào)度

9、我國灌區(qū)的水源工程都有一個形成過程，在大型引水樞紐或水庫建立以前，都依賴于一些小型引、蓄水工程維持局部灌溉面積或低保證率的農(nóng)業(yè)供水，而在建立大型水源工程后，在一定程度上無視了小型工程的作用。早在60年代中國提倡的引、蓄、提結(jié)合大、中、小結(jié)合調(diào)度的“長藤結(jié)瓜水資源開發(fā)方式，曾經(jīng)在節(jié)約投資、擴大灌溉面積方面，起了很好的作用；在水資源日趨緊張的今天，應(yīng)該重新審視、評價它的特殊意義。我國北方引水有“1個流量灌667h2(1萬畝)的經(jīng)歷，這個經(jīng)歷數(shù)值在世界上也大致如此。然而，南方水庫、水稻灌區(qū)在考慮到灌區(qū)小型水庫、塘堰的作用后，卻能“1個流量灌1333h2(2萬畝)或更多，這就是“長藤結(jié)瓜的作用。這種作

10、用表現(xiàn)為大型骨干工程對河川徑流的宏大引蓄功能，灌區(qū)內(nèi)小型水庫、塘堰、洼地能攔蓄地表徑流，并按引蓄結(jié)合、互相補償、揚長避短組織起來，是一種具有現(xiàn)代資源開發(fā)觀念、符合水資源開發(fā)規(guī)律、具有1+12的系統(tǒng)效應(yīng)的現(xiàn)實的系統(tǒng)工程。幾十年的理論證明，這是一種成功的開發(fā)方式。在新的水資源緊缺形勢下，要完善這一水資源開發(fā)方式，特別要注意以下幾個問題。(1)骨干引蓄工程除險加固。目前，不少灌區(qū)的主要引水渠首老化損壞嚴重。僅大型灌區(qū)的667座渠首中，已報廢或失效的占14.8%，嚴重老化損壞的占39%，平安性降低，功能衰減，有水引不進來。相當數(shù)量的骨干水庫還是病庫、險庫，中小型水庫病險庫更多，有些水庫移民問題尚未解決

11、好。水庫建好后，不能蓄水或不敢蓄水，不僅汛期隱患極大，也談不上水資源充分利用。對水庫進展除險加固，整修好渠首工程，是緩解資源緊缺的首選方案。(2)增補灌區(qū)內(nèi)小型蓄、引水工程。灌區(qū)內(nèi)小型引、蓄工程有三大功能。補充水源，一般南方灌區(qū)塘堰供水量可達凈灌溉用水量的1/32/5。北方可利用舊河床、低洼地、臨村池塘等蓄水，假如供水消費率進步到12kg/3，水源緊缺地區(qū)能有1/101/15的水面，一般年份也可提供11.5次灌溉用水，在經(jīng)濟上還是合理的。配合干支渠引水調(diào)蓄，增加復(fù)蓄次數(shù)等方式，削減渠系用水頂峰，增加田間灌水的靈敏性；當小型蓄水工程與干支渠合理聯(lián)結(jié)時，可以采用閑時引水蓄積和接納退水、搜集回歸水，

12、增加小型工程的復(fù)蓄次數(shù)等方式，進步水的利用率。南方灌區(qū)塘堰還可進展綜合利用，是停灌期間少量作物供水、生活用水、家畜飲水的場所。為了發(fā)揮小型蓄水工程的攔蓄作用，要為小型蓄水工程擴大承雨面積，開挖集水(雨)溝，以增加其復(fù)蓄次數(shù)。(3)改造大中小蓄引工程的聯(lián)結(jié)方式。除單項工程本身的功能外，要注意工程之間的合理聯(lián)結(jié)方式，形成具有調(diào)節(jié)、反調(diào)節(jié)、減少提水的系統(tǒng)，充分發(fā)揮工程的系統(tǒng)效應(yīng)。不僅是一個灌區(qū)，像南水北調(diào)這樣的大型工程，都要按系統(tǒng)論的思想，形成大中小結(jié)合調(diào)度的運用方式；特別從那些豐、枯流量懸殊的河道引水的灌區(qū)，更要在大中小工程結(jié)合調(diào)度上下功夫。當中小型水庫承雨面積與灌溉面積不相匹配時，要因地制宜，串

13、并起來，互相調(diào)劑。圖1可以大致表達引水灌區(qū)小型工程的各項功能，如3月前坑塘蓄水可補充引水的缺乏，5、6、8月可引蓄局部渠道水流，供后期頂峰期用水。圖1小型蓄水工程功能示意圖2.2地面水地下水結(jié)合運用北方水資源開發(fā)應(yīng)實行時間及空間三維的統(tǒng)一開發(fā)、工程結(jié)合運用，即地表水、地下水結(jié)合運用的開發(fā)方式。這種開發(fā)方式與大中小工程結(jié)合調(diào)度方式相比，由于可觀測性差，故技術(shù)上更為復(fù)雜一些。我國水利科技工作者認識這一問題并不晚，早在70年代末已有理論，是北方地下水開發(fā)過程中的產(chǎn)物。但由于水資源的管理分散，在施行上困難較大，在大面積上的應(yīng)用不多。施行這種開發(fā)方式主要應(yīng)弄清地面水與地下水流域的疊合情況，疊合流域上要實

14、行流域內(nèi)統(tǒng)一開發(fā)，非疊合流域還要實行資源合理配置，維持兩種水資源的統(tǒng)一平衡。(1)合理規(guī)劃。灌區(qū)的地面水利用包括區(qū)內(nèi)攔蓄與區(qū)外引水系統(tǒng)，通過分析可以獲得多年的可供水資源過程。灌區(qū)地下潛水層可視為一個調(diào)節(jié)水庫，該地下水庫的補給量包括降雨補給，渠道、排水溝滲漏補給，區(qū)外地下水側(cè)向補給，區(qū)內(nèi)地下水越層補給以及人工回灌等；其消耗量包括蒸發(fā)、出流與開采。兩種水源統(tǒng)一調(diào)度，可按區(qū)域平衡法或地下水非穩(wěn)定流方法進展平衡分析；在一定的開采布局條件下，以確定合理的開采強度，或在一定開采強度下確定地表水對地下水的補給量及相應(yīng)的補給區(qū)域，或根據(jù)補給方式和開采強度確定區(qū)域內(nèi)開采布局。在一般的情況下，應(yīng)該首先利用灌區(qū)內(nèi)的

15、地表徑流，水量缺乏局部或從區(qū)外引水，或開采地下水資源。例如山前平原或平原河道上游，如地面水豐富，地下水位又深(如兩河沖積扇間地帶)，當然可以渠灌為主；假設(shè)地下水不深、下游灌區(qū)又缺水，未嘗不可實行井渠結(jié)合，將一局部地表水留給下游，這樣，還可進步用水的機動性，實行渠井雙保險。而在沖積平原或河流的中下游，地下水位較高，外引水源可靠性低時，當然要開展井灌，以井補渠；假設(shè)地下水嚴重超采，就要減少用水或統(tǒng)一控制上游引水，修建當?shù)匦钏こ?，利用河流水源引水存蓄或回灌地下水。即使在一個灌區(qū)內(nèi)，地面水、地下水的動態(tài)也不同，或者上游井渠結(jié)合，以渠為主，下游井渠結(jié)合，以井為主。在一年之內(nèi)，也可能采用不同的井渠結(jié)合供

16、水方式，特別是在引黃灌區(qū)，要考慮引水防沙、防止次生鹽堿，或在有洪、澇、旱、堿多種災(zāi)害的地區(qū)，井渠結(jié)合將會呈現(xiàn)出特別復(fù)雜的運行規(guī)律。(2)注意地面、土壤和地下水互相轉(zhuǎn)換的規(guī)律性。地下水資源，實際上只是在一定水文周期(包括豐枯年度)內(nèi)在一定技術(shù)經(jīng)濟條件下可以補給利用的水量。沒有補給就沒有地下水資源。所以要維持地下水資源的持續(xù)開采，就應(yīng)擴大地下水補給來源，要特別注意三水的轉(zhuǎn)化規(guī)律性。例如，增加地表覆蓋、減少地表徑流，增加土壤入滲，不僅有利于土壤保墑，也是修養(yǎng)地下水源；假如將地表水與地下水統(tǒng)一考慮，渠道或田間水滲漏就不一定都是損失，而是一種重要補給來源；增加對當?shù)貜搅鞯臄r蓄不僅直接進步了降雨利用率，減

17、少下游除澇任務(wù)，也擴大了上游地下水補給量；在河流上游區(qū)適當開展井灌，可以少引外河水源，有利于下游引水，也降低了地下水位，減少了地下水蒸發(fā)，進步降雨入滲，下游地下水也不一定減少太多，從總體上看還進步了資源開發(fā)效益。上游排水可能成為下游的回歸水，上游良好的植被與合理開發(fā)，正是對下游地下水源的修養(yǎng)，而下游缺水或許正是上游水資源過分開發(fā)的結(jié)果。因此，在北方地下水超采地區(qū)要大力開展地下水回灌。當然，假如地下水質(zhì)不好，問題就要復(fù)雜一些。圖2大致描繪了引黃灌區(qū)淺層地下水資源的構(gòu)成。圖2引黃灌區(qū)地下水補給來源(3)要有良好的監(jiān)測系統(tǒng)與調(diào)度方案。地下水的水位水質(zhì)狀態(tài)要有日常定期的井位觀測，把握好灌區(qū)地下水位的動

18、態(tài)與規(guī)律，是編制井渠結(jié)合、地下回灌方案的根底，是正確制定灌區(qū)合理灌溉及水源開展規(guī)劃的根據(jù)，要組織專門小組，長期觀測，進展科學(xué)分析，把地下水地表水結(jié)合運行真正地施行起來。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3進步降雨及回歸水利用率3.1進步降雨利用率進步降雨資源利用率包括進步降雨入滲或稻田蓄水(有效降雨量)和增加當?shù)貜搅鲾r蓄兩種概念，以多年平均降雨深(或作物生育期內(nèi)降雨深)中被利用水深的百分數(shù)表示。一般有效降雨僅局限于大田本身承蓄的水量，與降雨特點、地面覆蓋、土壤質(zhì)地、耕作制度、灌溉制度等有關(guān)，稻田淺(濕)灌深蓄，旱作地等高耕作、深翻和采用其他農(nóng)業(yè)、生物化學(xué)保墑措施，都可進步有效降雨量(見?中國農(nóng)村水利水電?

19、1999年第1期P.11)；當?shù)貜搅鲾r蓄是指增加田間小型蓄水工程以攔蓄地表徑流，提供灌溉用水。我國北方地區(qū)增加降雨利用率的潛力很大，各種作物的有效降雨可達總降雨的40%90%，占作物需水量(E)的30%40%，見圖3、4；南方旱作一般很少灌溉，水稻田有效降雨率(P有效)與灌溉制度關(guān)系很大，常規(guī)灌溉制度有效降雨僅60%左右，淺濕灌溉可達70%左右，間歇灌溉(薄水層-潮濕-短暫落干)高達83.1%。圖3各種作物有效降雨圖4山東陳垓引黃灌區(qū)有效降雨量3.2利用回歸水灌溉回歸水是指灌水時渠道退水、棄水、稻田落干排水、灌區(qū)出露的渠系滲漏水、地下水等，這些水量大都聚集于各級排水溝或天然河溝中。其量有時相當

20、大，達灌溉用水的20%30%(?中國農(nóng)村水利水電?1996年第1、2期，P13)，一般水質(zhì)良好，應(yīng)加以利用。為了利用灌溉回歸水，要設(shè)置回歸水的搜集系統(tǒng)，如排水水質(zhì)好，下游灌溉渠應(yīng)與上游排水溝相接，也可利用灌區(qū)內(nèi)小型蓄水工程攔蓄，必要時可建立專門的回歸水集水井，以便及時將回歸水用于下游灌溉。4劣質(zhì)水利用技術(shù)4.1高含沙水利用技術(shù)劣質(zhì)水包括高含沙水、污水、咸水等。高含沙水灌溉是引黃及其支流灌區(qū)開展的重要問題。據(jù)多年的理論經(jīng)歷，其主要的技術(shù)包括選好引水口，渠首采用取水防沙措施(例如底坎或橡膠壩攔沙)，避開高含沙期引水；調(diào)整渠線，采用較大渠道縱坡或渠道襯砌，進步輸沙才能，實行輪灌集中配水，歸并分水口，

21、進步渠道水位，減少渠道中的節(jié)制壅水建筑等，以將泥沙輸入田間；利用舊河床、低洼地建立沉沙池等。引黃人民成功渠、陳垓灌區(qū)、陜西涇、洛、渭惠渠灌區(qū)，都有許多成功的經(jīng)歷與成果，可供借鑒。4.2污水灌溉技術(shù)在城郊存在大量污廢水，可開發(fā)利用。中國已開展了污水灌溉面積約300萬h2，絕大局部在北方干旱地區(qū)(見?中國農(nóng)村水利水電?1997年增刊?21世紀農(nóng)田水利學(xué)術(shù)研討會論文集?，P.94)。污水灌水處理費用低，灌溉后還可使污水進一步凈化，減少對江河水體的污染。污水灌溉要對污水水質(zhì)進展仔細分析，有針對性的采用必要的簡易處理，如接觸曝氣、氧化池塘等。不同灌溉作物、土壤，可采用清、污混灌，清、污輪灌，間歇污灌，要

22、減少污水灌水定額，選定適宜的灌污時期。注意不污染清潔水源，對被灌土壤進展長期監(jiān)測，時刻注意是否超過土壤的自凈才能。沒有科學(xué)的污灌方法與技術(shù)，特別是長期污灌，會造成作物生理中毒、土壤和地下水污染以及一系列環(huán)境衛(wèi)生問題，要慎重開展，或增強污水處理力度，降低污染程度。4.3微咸水灌溉技術(shù)我國華北、河北平原，水礦化度大于2g/L、小于5g/L的地下微咸水分布面積占43%48%，有微咸水資源56億3，整個華北平原淺層咸水資源達75億3，合理利用這些劣質(zhì)水對緩解地區(qū)水資源緊缺、抑制環(huán)境惡化、支持農(nóng)業(yè)開展，有重大的現(xiàn)實意義。我國利用微咸水進展灌溉從寧夏南部開場，已有40年的歷史。理論證明，利用微咸水進展灌溉，除增加水資源、進步農(nóng)作物產(chǎn)量(相對于不灌旱地可增產(chǎn)13倍)外，還有利于抑制地下咸水區(qū)開展，有利于鹽堿土改進(見?中國農(nóng)村水利水電?1997年增刊P96和1998年1