简论我国水资源危机与节水农业_土建水利论文【精品论文】

简论我国水资源危机与节水农业_土建水利论文简论我国水资源危机与节水农业一、水与我国的持续发展历史上,治水就被众多统治者看作是兴国安邦的根本大计,主要致力于农田灌溉和水道运输两方面的发展。公元前250秦朝蜀郡太守李冰在成都平原修建了都江堰灌溉工程,两千余年来,这个工程仍良好地使用着。公元前246年在秦始皇号召下又兴建了关中郑国渠,其引泾水至洛水,全长150公里,灌田约115亩,据史书记载称誉到:“关中为沃野,无凶年,秦以富强,卒并诸侯”。公元前221年前后,即战国末期,我国开凿的运河已沟通了黄河、淮河、长江等几个主要水系。公元前219年在今广西兴安县修建了灵渠,接通了湘、漓二水,从而沟通了长江和珠江两大水系的航道。隋朝时期,开凿了与长城相媲美的南北大运河(或称京杭大运河),即联通了海河、黄河、淮河、长江和钱塘江五个水系,全长约1780公里,为世界上修建最早和最长的人工运河。唐中期则主要是南方农田水利的开发,即太湖流域发展了大规模的围田垦殖,并在大部分湖岸修堤,使湖海通流。唐代大和七年,则修建了它山堰工程(今浙江宁波),设计和施工都很先进。在南宋时期,井灌技术已甚发展,地下水得到大量利用,较着名的有坎尔井(源于汉代关东的井渠,由新疆各族人民改创)。元代也很注重兴修水利,设置屯田,由军民凿渠灌田,并建成通惠河(北京至通州)。明代军事屯田规模也不小,在内蒙古建立后套八大渠,宁夏引黄灌溉等,此外,还治理了京杭运河。到了清代,农田灌溉也有发展,但规模不大。建国后,提倡水利是国家的命脉,大力修建水利,农田灌溉已达约7.3亿亩。总之,“兴水利,而后有农功;有农功,而后裕国”,也就是说水利兴则国泰民安,水利衰则社会动荡,这是历史的见证。随着持续发展的兴起,各国学者见智见仁。有的强调环境保护,即倡导减少温室效应保护臭氧层;有的西方学派则强调少投入不施化肥的“生态农业”;有的如以色列、埃及、印度等国则强调治水。对于我国而言,由于水资源不丰不均决定了治水是国民经济的命脉,而且灌溉农业和旱农为我国农业之主体,合理治水、调水、用水、节水、保水是农业可持续发展的基础,因此众多学者如刘巽浩指出“我国可持续发展的战略重点是水”;张岳提出“中国可持续发展的关键在水”[12]等。尤其长江、黄河、珠江、淮河、海河、辽河和松花江等七大江河流域能否得到根本治理与开发便成为我国社会经济是否能够持续发展的重点。这七大江河流域面积占全国国土面积44.5%,人口约占88%,耕地面积约占83%,河川径流量占58%,工农业总产值约占全国的80%以上,而且集中了全国各种主要矿产资源,尤其这些流域的中下游地区是我国社会经济最发达的区域,同时由于下游地势较低平,又是经常遭受洪涝等各种自然灾害最集中的地区。为此,我国在《中国21世纪议程》中,把解决水问题(包括水利设施和资源节水)放在首要地位。二、我国水资源状况1、我国水资源基本特征\n由于我国受所处地理位置、气候、降水、地形、地貌等自然条件以及人口、耕地与矿产资源分布的影响,水资源有以下特点。1.1水资源总量较丰富,人均亩均拥有水量少水资源总量为河流、冰川、湖泊等地表水体与地下水体中参加水循环的动态水资源量的总和。根据水利部于1986年完成的全国水资源调查评价成果,我国的多年平均水资源总量为28124亿m3,但可利用量只有40%-50%左右。河川径流是水资源的主要组成部分,占我国全部水资源总量的94.4%。与世界各国河川径流量比较,我国河川径流量居世界第六位(算上原苏联),约占全球河川径流量的5.8%。平均径流深度为284mm,为世界平均值的90%。然而,每人年占有的径流量仅为2260m3,约相当美国每人平均占有量的1/6,巴西的1/19,加拿大的1/58。人均水资源量为2480m3,约为世界平均值的1/4,占世界第88位(有人认为第109位),属于最低国家之一。据实有耕地计算,我国亩均水资源量约为1400m3,约为世界水平2353m3的60%,低于巴西、加拿大、印尼和日本(山仑指出人均亩均水资源分别为2730m3/人和1870m3/亩,陈梦熊认为人均亩均分别为2710m3和1770m3,但两人一致得出人均亩均水资源分别为世界平均水平的1/4和3/4)。1.2水资源时空分布极不均匀我国水资源受降水影响,其时空分布具有年内、年际变化大以及区域分布不均匀的特点。首先是水资源的地区分布很不均匀,北方贫乏,南方丰富,差距悬殊。长江及其以南地区的流域土地面积、人口和耕地分别仅占全国的36.4%、55%和36%,却拥有占全国81%的水资源,北方的土地、人口和耕地相应地占全国的63.6%、45%和64%,水资源却仅占19%。此外,西北内陆及额尔齐斯流域面积占全国的63.5%,拥有的水资源量也仅占全国的4.6%。其次,水资源年际年内变化很大。主要是雨水集中在夏秋6-8月,冬春少雨,而且长江以南十年中最大降雨与最小降雨的比值为1.5-1.7,而黄淮海为2.2-2.9;最大与最小年径流的比值,长江以南的中等河流在5以上,北方河流多在10以上。径流量的逐年变化存在明显的丰平枯水年交替出现及连续数年为丰水段和枯水段的现象,由此使我国经常发生旱、涝及连旱、连涝现象,从而加重了水资源调节利用的困难。1.3我国大部都处在季风气候控制下,旱涝是经常的绝对的据不完全统计,从公元前206年到1949年的2155年期间,我国发生较大的水灾1092次,较大旱灾1056次,也就是几乎每年都有一次较大的水灾或旱灾,其中尤以黄淮海平原和长江中下游最为严重。又据1950-1995年,全国平均受旱灾和水灾面积约2133万ha和933万ha,分别占耕地面积的22%和9.1%,成灾率分别为43%和55%。2、我国水资源危机状况2.1我国水资源极其缺乏,按人均被列为13个贫水国家之列2.1.1我国是世界上缺水区分布人口最多的国家根据联合国人口行动组织1993年提出低于1000m3/人.年属于缺水国,低于1700m3/人.年为用水紧张国。1995年用水紧张国有44个,分布人口有7.33亿;缺水国28个,人口3.8亿。从总体上看,中国尚不属于缺水国家。事实上则不然,中国人口占世界的22%,\n而淡水量仅占世界的8%。而且由于水资源地区分布极不均匀,使得我国北方和西北地区出现资源性缺水;而水资源年际变化大,年内分配不均,又造成我国半干旱、半湿润地区甚至南方多水地区经常发生季节性缺水,从而导致我国国土的大部分地区都出现水资源短缺问题。如按省市区匹配核算,用水紧缺的省市已有15个,即天津、宁夏、上海、河北、北京、山东、河南、山西、辽宁、安徽、甘肃、陕西、吉林、湖北和江苏,分布人口为6.19亿,相当于世界44个用水紧张国人口的85%,其中10个省区已滑入缺水行列,分布人口为4.19亿,超过28个缺水国人口的总和。这就意味着全球有50%以上的缺水人口在我国,主要集中在北方。2.1.2我国缺水严峻,尤其缺水区形势不容乐观我国水资源主要补给来源是大气降水,全国年平均降水量为628mm,远低于世界陆地年均降水834mm,而广大西北内陆地区年均降水还不到400mm,塔里木盆地、河西走廊、柴达木盆地、阿拉善高原等地年均降水量还不到100mm。90年代初,我国476个城市中,缺水城市近300个,其中严重缺水城市就有58个[37]。而且1995年,我国10个缺水省年人均可再生水资源量为458.6m3,不足该类型标准的50%。比如天津人均量163m3,宁夏193m3,上海207m3,河北369m3,北京379m3,山东385m3等。2.2我国水资源状况将进一步恶化,危机初露端倪21世纪正是我国人口增长高峰期,预计一些省份将落入紧水或缺水区,届时用水紧张区人口分布将达7亿以上,缺水区将达5亿以上。东北、西北、华北及长江下游将成片出现水资源危机,如此广的地域,如此多的人口分布,在世界上实属罕见。黄河1972年出现了长达3000年悠久历史中的首次断流。此后的12年中断流断断续续出现。自1985年以来,黄河每年必定发生断流,而且断流长度、时间和频率不断加长加快[11]。如1997年断流长度为500公里,断流时间为226天。淮河1997年断流90天。其它支流也难以幸免。发源于祁连山的黑河,穿越甘肃进入内蒙古阿拉善,1949年年流量为16亿吨,到90年代只剩下1-2亿吨。新疆塔里木河因上游引灌,下游已干枯数百里。此外,自然湖泊90年代初,数量已减少19%,总面积缩小了11%,最大的咸水湖—青海湖,水位正以每年10厘米左右的速度下降。布朗再次以此为由指出我国水资源短缺,灌溉能力的下降势必影响世界粮食安全[40]。地下水问题也面临挑战。其中华北地区最为严重,出现了2.3万km2的大漏斗,而地下水开采率仍在以130%的规模进行,地下水位年降低量平均为1.5米。1997年夏,沧州地区地下水位降低近3米,近1/3的井无水可抽。地下水超采造成大量环境地质问题,如地下水枯竭、地面下沉、海水倒灌等。气候变暖致使青藏高原冰川每年是退缩量为2-17米,天山冰川也在退缩之中。未来气候条件下,黄淮海三个流域水资源短缺可能进一步加剧[12]。2.3局部地区水环境将进一步恶化水资源受到严重污染不能继续作为水源也是供水不足的一个重要原因。目前,全国废污水排放量高达300多亿m3,80%污水未经处理就直接排入江河湖海。据调查,全国近1/4的人口在饮用水质不良的水,有2/3的人口饮用的是受次生污染的水[13]。据环保局提供的信息,我国江河湖库普遍受到不同程度污染,七大水系污染呈加重趋势,\n其中辽河、淮河、海河为污染严重,工业发达城镇附近的水域污染尤为突出[14]。其它如北方的汾河、白洋淀、南四湖、部分水库如官厅水库以及南方的黄浦江、苏州河、太湖、洞庭湖等水体已被严重污染。全国90%以上的城市水环境恶化,城市所在附近的河流或河段已多成为排污沟渠。城市地区的地表水和地下水水质已严重恶化。随着乡镇企业的迅速发展,水质污染更迅速向广大城市郊区和农村蔓延。2.4水资源危机成因错综复杂,需水压力急速膨胀,加之用水浪费和用水效益低下,使得水资源供求矛盾更趋尖锐除了水土资源组合不平衡,降水年际年内不均,旱涝频繁等自然因素外,造成水资源紧缺的根本原因是人为因素,即人口增长,经济高速发展、工农业和人民生活用水持续增加、简论我国水资源危机与节水农业水质污染以及温室效应造成的气候变化使目前存在的水资源供求矛盾更趋激化,其主要表现在:一是供求总量更加不平衡,需水量增长速度超过可供水量的增长速度,供水状况恶化。二是北方地区和沿海工业发达地区等地域性水资源供求矛盾日趋恶化,将严重影响经济发展。三是巨大的人口压力对发展灌溉提出更加紧迫要求,但工业城市将是增加用水量的主要部门,从而将对农业用水构成严重威胁。目前的人口数量约为350年前的25倍,是20世纪初的3倍以上,预计2030年人口达16亿,人均将降至1758m3,近于世界用水紧张水线。同时由于经济社会活动所造成的水质变劣,使得人均水资源量还要相对减少。我国一方面供水量不足,另一方面用水浪费,用水效益低下,大大又加剧了全国性水的供需矛盾。据计,目前农业灌溉缺水240亿m3左右,工业、城市缺水约58亿m3。但农业渠灌区水的利用率仅0.4-0.5,粮食作物的水分生产效率只有4.5-7.5kg/(mm.hm2),灌溉水量超过作物需水量1/3甚至1倍以上,西北一些地区每公顷灌水超过15000m3。农民仍然习惯大水漫灌,新的节水灌溉技术推广进度缓慢。此外,我国正处在工业化初期阶段,大量工业生产设备陈旧,生产工艺落后,绝大多数地区工业单位产品耗水率高于先进国家数倍甚至十余倍。目前只有大连、北京、天津、西安等缺水城市的水重复利用率达到70%以上,大批城市在30%-50%之间。根据国内外经验,当一个国家用水超过其可用水资源量的20%,就会发生危机。目前我国用水量占到我国可用水量的19%左右,处在水危机的临界状态。到21世纪中叶,这个比例将会升高到28%,需水压力加大,人水矛盾将更加尖锐[10],水资源危机将空前深重。2.5传统的水管理体制力不从心,新的体系尚待建立与先进国家相比,我国水资源管理水平是落后的,水利工程的“重建轻管”现象依然未达到根本扭转。尽管国家颁布了水法,但因部门间利益、地区间利益冲突,各种保护主义盛行,又缺乏行之有效的法律实施细则,致使水管理工作进展缓慢。而且当代及未来的水危机是以水资源不足、水质污染为主导的危机,大大不同于传统\n水危机主要特征是洪水泛滥。因而急需从比较单一的传统措施如起坝、疏导、开渠等转变为全方位的迎战措施。应充分通过行政、立法和经济手段等建立新的管理体制,以此来缓解我国水资源供求矛盾。综上所述,我国水资源状况清楚地表明:①我国是发展中国家,工业化、城市化及人口增长对水的需求将会快速增长,对水量水质都提出更高的要求;②水资源的开发利用仍受到经济水平的制约,特别是在可利用水量有限的情况下,经济发展将受制于水资源的条件;③目前缺水形势十分严峻,危机初露端倪,而未来供水能力并不能与经济增长同步增加;④水污染已直接影响国民饮用水的安全供应,旧的水管理体制还未解体,新的管理体制尚未建立,都人为加剧了水资源的短缺。很显然的是,现在可经济开发的大型水源越来越少,即使具有可开发的资源,其开发难度将越来越大,所需的费用将十分昂贵。因此单纯靠兴建水利工程来增加水的供应将日趋艰难,实施南水北调虽然可以缓解北方地方水短缺的矛盾,但调水量是有限的,仍难以满足人口、经济和社会对水的日益增长的需求。对我国而言,节约用水,提高水资源利用效率显然是当务之急。三、目前就解决水问题相关的理论1与用水问题相关的理论1.1用水零增长概念“零增长”是美国学者米都斯在《增长的极限》中提出的一种社会发展模式。即增长速度为零,保持原来的规模,不增加也不减少。然而社会发展的零增长却难以被社会广泛接受,因为对于生活水平、科技进步、环境质量等有益于人类生存的指标出现零增长,并不符合人类自身的利益。但是,资源(水)消耗、污染物排放、环境负影响出现零增长或负增长,却易于被人们所接受。可以说,零增长甚至负增长是社会经济持续发展的基础支持条件。需水零增长是指新鲜水的消耗量(原水取用量)不再增长,但水资源的使用效益可不断提高,以满足社会、经济与生态环境协调发展的需要。具体内容如下:(1)需水量是指新鲜水的需求量(原水取用量),即从河、湖、水库、地下淡水、在一定程度上也包括微咸水和海水的使用量。需水零增长的研究实质是预测未来水资源的需求,着重于水量的研究;水质仅作为影响因素来考虑。(2)零增长是正负增长之间的状态,其并非绝对的静止,具有很小的正负变化状态可视为零增长状态,这一变化区间视研究的地区尺度和数量范围而定。研究零增长是预测正、负增长变化的时间阈值以及该状态下的需水规模。(3)零增长是预测研究的范畴,只是现行趋势的合理外推,即使是近期预测也需要诸多的假设条件,更何况变化具有随机性。而长期预测具有很大的不确定性,应允许有一定的误差。需水零增长受众多因素的影响,诸如水资源条件、人口、人均用水水平、工业结构状况、单位产品耗水量、农业灌溉面积及灌溉保证率、灌溉定额、水资源重复利用率、管理水平、节水意识、节水技术等。需水零增长的主要类型有以下两种(见表一)。\n表一需水零增长的主要类型零增长自由零增长水源无约束零增长供水能力无约束零增长约束零增长水源限制的零增长—水资源开发的极限被迫零增长—经济、技术、法规的约束1.2“需求管理”需求管理是针对供给管理提出来的。长期以来,水管理被理解为寻找开发新水源、输水和水处理。一味地追求扩大供水,直到需水满足为止。但随着水资源短缺每况愈下时,供给管理方式便潜伏着危机。由于忽视水资源的节约和工程效益,很快便暴露了供给管理的严重弊端。因此,近些年来,对供水系统的需求管理的研究日益增多。所谓需求管理就是对供水系统和供水策略中需求方面的管理,涉及经济、政策法规、以及技术诸方面。并且认为对水的要求并不等于对水的需求,需求是在一定条件下使供水系统、工程和用户获得最大效益的需水量,并与一定的管理措施相联系,以此达到减少用水量,缓解水资源供需矛盾的目的。需求管理是对“供给管理”的传统方式的批判的改进。需求管理的基本内容有:(1)经济方面。核心是供水水价的问题。针对目前水价偏低的情形,需求管理提出供水不仅应是有偿的,而且水价应以完全反映边际成本为目标。其成本包括:供水系统的建设、运行和维护等项的费用;自然资源的亏损费用;外部因素引起供水系统的毁损费用。此外,需求管理还主张运用经济杠杆的作用,采用金融方面的鼓励性措施(回扣、税收、信贷等)和抑制性措施(高价、罚款等)来调节水的需求,如可以制定高峰用水水价、季节水水价或递增水价等水价制度。(2)社会政治方面。指用水和节水的各种政策、法规和制度。如用水许可证、公众教育、各类技术规程和信息服务等。需求管理更加提倡这些“非工程性”措施,使其发挥保证和监督作用。(3)运行技术方面。诸如漏水的监测和维修、防止污水侵入供水管道、水的计量和控制等。2与节水问题相关的倡议2.1非充分灌溉(No-FullIrrigation)其理论要点是放弃单产最高,追求一个地区总体增产,即在水分限制(一般指缺水地区)的条件下,舍弃部分单产量,以扩大灌溉面积来追求总产量。2.2有限(或限额)灌溉(LimitedIrrigation)指在缺水地区利用灌溉仅能满足作物对水分部分需求的一种补充供水方法,被视为旱地栽培和有限供水结合的一种作物管理制度。山仑院士认为有限灌溉是节水农业\n的一种趋向,在技术不断进步基础上,如能做到对灌溉水的定时定量精确控制,则有限灌溉可能成为未来农业供水的一种主要方式。2.3作物调亏灌溉(RegulatedDefitIrrigation)70年代中期提出的一种新的灌溉方式,其既不同于丰水高产灌溉,也不同于前两种灌溉方式。调亏灌溉是舍弃生物产量总量,追求经济产量(籽粒或果实)最高。它主要是根据作物的遗传和生态生理特性,在其生育期内的某些阶段(时期)人为地主动施加一定程度的水分(亏缺),调节其光和产物向不同组织器官的分配,调控地上地下生长动态,促进生殖生长,控制营养生长,从而提高经济产量,舍弃生物总量,达到节水高效高产和增加灌溉面积的目的。其关键在于从作物的生理角度出发,根据其需水特性进行主动的调亏处理。贾大林[15]认为调亏灌溉开辟了一条最佳调控水-土-植物-环境关系的有效途径,不失为一种更科学、更有效的新的灌水策略。这是目前国际上灌溉及其有关领域研究的一个热点,但国内尚属起步阶段,报告资料较少。2.4旱作农业与集水(抗旱)灌溉旱农指受干旱威胁地区的非灌溉农业。一般在无灌条件的地区如半干旱和半湿润地区,高效利用自然降水(包括集水措施)以达到有限增产的农业,也属节水农业的范畴。有的学者提出在无灌溉条件(或无充分灌溉条件)的地区应广泛采取包括集水措施在内的抗旱灌溉。即目前在黄淮海平原采取的打吊管井提取浅层淡水;在东北地区从坐水种的车拉人担发展到半机械化(节水喷淋机灌溉);在西北地区,采取多种集水、窖水和微灌形式。2.5农水结合指农艺措施(主要包括秸秆和地膜覆盖,耕作栽培、合理密植和化学调控等)与节水灌溉技术(主要包括间歇灌和膜上灌及喷灌、微灌等)有机结合,实现节约灌溉用水、减少土壤蒸发和抑制作物奢侈蒸腾,增加产量,进而提高作物水分利用效率的目标。2.6农田水循环(FWC)与土壤-作物-大气连续体(SPAC)理论前者是农田水的大循环(即降水、地表水、土壤水和地下水相互转化),后者是农田水的小循环。从农田水到作物产量,即在降水、地下水、地表水、土壤水、植物水转换和运行中有三个环节:(1)由降水、地下水、地表水转化为土壤水;(2)由土壤水转化为生物水;(3)通过作物生理过程形成经济产量。每个环节都会有水的损失。第一环节可靠水资源合理利用和节水工程与管理,以提高水的利用率。后两个环节,土壤水部分蒸发简论我国水资源危机与节水农业进入大气,另一部分为根系吸收,其中仅1%成为生物水,其它为蒸腾所消耗,蒸腾直接与作物生产联系,宜用节水农业措施,以提高作物对水的利用效率。四、节水农业(一)、农业用水状况1有效灌溉面积历年变化\n建国以来,农田水利建设重点主要是增加农田灌溉面积,改善农业生产条件。据计,到1997年,全国有效灌溉面积达到5123.9万ha2,占全国耕地总面积的50%以上。与1949年有效灌溉面积1593.3万ha2相比,增加了2.2倍。图1历年有效灌溉面积占耕地面积比例变化%在半个世纪中,我国有效灌溉面积总体呈增长趋势,80年代以后随着经济重心的转变与国家政策的变化,农田灌溉面积出现了波动,时增时减。即有效灌溉总的变化情况可分为四个阶段(见表二)。表二全国有效灌溉面积的变化情况阶段年份特征期限(年)净增有效灌溉面积(万ha2)第一阶段1949-1975迅速增长25+3019.2第二阶段1975-1982缓慢增长7+254.3第三阶段1982-1988缓慢递减6-74.9第四阶段1988-1997缓慢回升9+332.52灌溉在农业发展中发挥主导作用事实证明,我国不仅是一个农业大国,也是一个灌溉用水大国。灌溉面积约占全国的1/2,却提供了全国65%的粮食、60%的经济作物和80%的蔬菜。可见灌溉在农业生产中具有举足轻重的作用。我国灌溉面积从1980-1997年间,年平均增长率3.8%,同期粮食生产年均增长率为3.5%,基本同步增长。当灌溉面积出现波动时,粮食生产也出现徘徊状态。一般高产优良品种只有在具有灌徘条件良好的农田才能发挥期望的增产作用,即在灌溉农田的粮食产量要比非灌溉农田的产量提高1-3倍,且越干旱的地区\n,增产幅度越大。3农业用水形势不容乐观,未来将面临不可避免的危机我国农业用水量已由1949年的约1000亿m3,增加到1993年的3850亿m3,但农用水比例已由1949年的97%下降到1993年的73%,但一些发达国家农业用水比例仅为50%左右,如北美和美洲中部农业用水占49%,一些欧洲国家农业用水仅占38%;我国每公顷水浇地的平均用水量基本维持在7500-8250m3(见表三)。表三我国农业用水情况[16]年份19491957196919801993总水量(亿m3)10312048274444375250农业用水量(亿m3)10011938254539123850农业用水比例(%)9795938873单位面积用水量(m3/ha)62857785795081457770但是,农业用水形势不容乐观,目前我国总体缺水达300亿m3,农业缺水占80%以上。未来农业发展将面临严重的水危机。根据国家规划,目前在建供水工程约供水450亿m3,南水北调约供水330亿m3,加之一批新建蓄水、引水工程以及开采地下水等累计新增供水量约为1400亿m3,则总供水量为6500-6700亿m3,预计2010年工业生活用水约2700亿m3,农业仅能用水4000亿m3,与现状持平,届时农业缺水将达1800-2400亿m3。\n众所周知,我国人口增长要求农业持续增产,增加灌溉面积和灌溉保证率是主要途径之一。然而随着大农业内部争水矛盾进一步加剧,以及目前农业用水存在的种种问题,即用水量过大浪费严重;地下水超采,引起地面沉降、地裂缝和地面塌陷,海水入侵;灌溉工程老化不配套;农业用水的管理体制和制度尚不健全等,造成了农业用水势必短缺的局面。胡和平[22]等指出,未来农业用水只能是零增长或负增长,用水量由于以上局限的确难以扩大。因此,唯一的选择只能是采取积极对策,提高水的利用效益,减少水的浪费,从农业节水上挖潜,以达到扩大灌溉面积、提高粮食产的目的。(二)、节水农业目前我国灌溉水的利用率只有40%,即有一半以上在输水、配水和田间灌水过程中被白白浪费,而发达国家的灌溉水利用率可达80%-90%;我国单方水生产粮食不足1kg,而以色列已达2.32kg,一些发达国家大体都在2kg。如采取灌溉技术,将全国已建成灌区灌溉水的利用率提高10%-20%,则每年可节约水量约350-700亿m3,等于正在规划的南水北调工程年引水量的2.45-4.81倍,相当于有1.2-2.5个黄河可利用。无庸置疑,这可大大缓解我国水资源危机局面。因此,贾大林[23]指出全国节水的重点是农业节水,而吴景社,李英能更是指出发展节水农业是今后解决水危机的根本性对策[10]。1节水农业的内涵关于节水农业系统及其内涵,国内有不同的提法[24、26]。即一是狭义上认为节水农业就是节水灌溉不包括旱地农业,即节水型灌溉农业,其旨在追求总体省水的高产。这种观念较片面,有些学者并不认同,但李佩成[26]却认为将“节水型灌溉农业”定义为“节水农业”或直呼“节灌农业”是重要的,因为灌溉农业当前存在着最大的水资源浪费,具有节水的巨大潜力。二是广义上认为节水农业是提高用水有效性的农业,其解决的中心问题是提高自然降水和灌溉水的利用效率和效益,包括节水灌溉和旱地农业(或雨养农业),节水灌溉仅是节水农业的一部分。其定义旨在区域性的整体节水。此提法得到一些学者的认可。三是认为节水农业是介于灌溉和旱地农业之间的农业类型,即灌区水源丰富,水有所保证,无所谓节约,而旱农主要靠降水。此提法持同者寥寥无几,有待商议。但是,最近有学者如贾大林等[15、24]在第二种观点的基础上,进一步给节水农业一个更扩展的定义,即节水农业指一项农、水技术紧密结合,水、土、作物资源综合开发的系统工程,包括农学范畴的节水(作物生理、农田调控)、灌溉范畴的节水(灌溉工程、灌溉技术)和农业管理节水(政策、法规和体制)。简言之,节水农业是以农业节水、高产高效为中心,以提高农业用水效益为目的,确保水资源良性循环、农业持续发展为条件的农业。2节水农业技术体系节水农业技术体系是指充分利用灌溉水资源和自然降水资源,提高水的利用率和利用效率,达到农作物高产高效而采取的技术措施,由水资源、工程、农业、管理等节水技术措施组成的一个综合技术体系。以此提高水资源的整体利用率,促进农业的持续发展。\n2.1水资源(降水和灌水)的合理开发利用技术。包括:地上水和地下水的合理利用技术(进行综合评价,提出发挥最大效益的优化方案)、降水资源尤其汛期暴雨的径流利用技术(我国河川年径流量2/3以上是洪水径流,主要集中在汛期)、机井改造技术(旨在提高机井的出水效率和装置效率,降低能耗)、灌溉回归水利用技术(采用井渠结合,地面水和地下水联合运用,提高渠灌区水的重复利用率,可使灌溉水的实际利用系数达0.7以上)、劣质水利用技术(即工业、生活废污水净化处理,咸淡水混合或轮灌的方式)等。2.2节水灌溉(工程)技术此项技术是节水农业技术体系中的核心内容。包括以下技术类型:2.2.1渠道防渗技术渠道是我国农田灌溉的主要输水方式。传统的土渠输水渗漏损失,约占引水量的50%-60%,一些土质较差的渠道渗漏损失达70%以上,是灌溉水损失的重要方面。据计,全国渠系每年渗漏损失水量约为1700多亿m3,水量损失非常严重。因此,大力发展渠道防渗技术,减少渠道输水损失是节水农业中的重要技术措施。目前国际上渠道防渗技术的发展重点有:一是为了解决混凝土衬砌延伸性差、易开裂等缺点,试验用玻璃纤维、钢纤维等加筋混凝土替代常规混凝土衬砌。二是随着化学工业的发展和机械化施工技术的日益进步,膜料衬砌在渠系衬砌中的比重逐步增加,将有可能成为未来渠系衬砌材料发展的主方向,在各种膜料中,聚乙烯膜和聚氯乙烯膜占主导地简论我国水资源危机与节水农业位。三是土料衬砌在经济发达的地区和国家仍有很好的发展前景。2.2.2低压管道输水灌溉技术由于低压管道输水灌溉技术的一次性投资较低,要求设备简单,管理方便,农民易于管理,因而很适合我国农村当前的经济状况和土地经营管理模式。近年来已在北方地区发展330多万hm2,在这些地区的井灌区农业持续发展中发挥了重要作用。并且将来仍是北方地区发展节水灌溉的重要途径。2.2.3喷灌技术喷灌同传统的地面灌水方法相比,具有适应性强、省事省工、有利于实现灌溉机械化、自动化等优点。由于可人为控制灌水量,不产生地表径流和深层渗漏,可节水30%-50%,且能扩大播种面积10%-20%。但也有局限性,如受风的影响大,在风大时不易喷洒均匀,耗能多,以及一次性投资较高等。2.2.4微灌技术微灌包括滴灌、微喷灌和涌泉灌。具有以下优点:一是省水节能,其全部由管道输水,灌水时只湿润作物根部附近的部分土壤,灌水流量小,一般比地面灌省水60%-70%,比喷灌省水15%-20%,而且微灌是在低压条件下运行,能耗低;二是灌水均匀,水肥同步,有利于作物生长。一般灌水均匀度可达80%-90%;三是适应性强,操作方便,由于采用\n压力管道输水,可适用于山丘、坡地、平原等各种地形条件,且无须平整土地和开沟打畦,可实现自动控制水量,大大减少灌水的劳动强度和劳动量。但其缺陷在于系统建设的一次性投资太大,灌水器易堵塞等。2.2.5改进地面灌技术目前地面灌仍然是世界上,特别是发展中国家普遍采用的灌水方法,约占全世界总灌溉面积的90%以上,我国则由98%以上的灌溉面积采用的是地面灌水。由于传统的地面灌溉方法灌水定额大,灌水均匀度差,田间水利用率低,因而许多国家对其进行改造,即包括改进灌水沟畦规格(如小畦灌等),采用波涌灌、隔沟灌、膜上灌、绳索灌等较先进的地面灌溉技术,以及利用更加先进的激光平地技术开展水平畦灌等。我国从70年代开始进行改进地面灌水技术的研究与应用工作。但目前对改进地面灌水技术的节水机理尚不完全清楚,对各种改进地面灌水技术的要素之间的优化组合方式、适用条件、灌水均匀度对作物产量的影响、改进地面灌灌水的质量评估体系和方法等问题还没有明确的结论;与波涌灌等灌水技术相适应的田间灌水控制设备和设施尚不完善,急需开发适合我国国情的波涌灌灌水设备和系统设计技术;激光平地技术开展水平畦灌在我国尚属空白,一些关键性技术问题也未得到很好解决。这些都严重制约了改进地面灌水技术在我国大面积的推广。2.2.6雨水汇集利用技术在干旱缺水的丘陵山区,选择有一定产流能力的坡面、路面、屋顶等作为雨水汇集区,将雨水引入位置较低的水窖或水窑内储存,可供农村人畜饮水和作物灌溉用水。一眼60m3的水窖,可为小麦灌2-3次关键水,加上农业技术配套措施,产量比不灌溉的增产2-3倍。2.3农艺节水技术根据不同节水农业区的自然、经济特点,可采取深耕蓄水保墒的耕作技术、地膜和秸秆覆盖保墒技术、调整作物种植结构,选用耐旱作物及节水高产型品种(即需水和降水耦合性好、耐旱和水分利用率高的作物品种)、作物节水高产的化学调控技术(即保水剂拌种包衣、作物蒸腾的化学调控如黄腐酸抗蒸腾剂、促进根系的化学调控如CCC矮壮素)增施有机肥和水肥耦合技术(即冬小麦、玉米等存在水肥耦合阈值反映,在阈值范围,水肥互作增产效应显着)等,以充分利用灌水、降水和地下水,提高水利用效率,达到节水、高产、优质和低耗的目标。2.4节水管理技术在国际上,灌溉水管理在体制上正经历着变化,将灌溉水管理分为如下三个层次:一是以流域为单位的水管理技术,即将流域作为一个整体,综合考虑流域内上、中、下游的自然、经济、技术和社会等条件,统一调度地上、地下水资源,使流域灌溉农业不仅获得最大的经济效益,而且获得持续发展;二是以灌区为单位的渠系自动化管理技术,即朝着信息化、自动化、高效化方向发展。此技术将把计算机技术、自动控制技术、信息技术、地理信息系统、系统工程技术等应用于水管理,实现集信息采集-处理-决策-信息反馈-监控为一体的调度系统。三是应用于田间的现代灌溉技术包括喷灌、滴灌、沟灌、波涌灌等技术。发达国家已实现了灌溉设备的产业化。\n目前我国也正在向这三个管理层次靠近,比如黄河流域的灌溉农业节水潜力巨大,但只有以流域为单位,采取综合的农业高效用水技术措施,才能取得巨大的节水效果。而且我国一些大型灌区提出了用现代化的技术进行灌区水管理的需求。近些年,我国喷灌面积已发展了126.7万hm2,占全部灌溉面积的2.5%,滴灌面积10.7万hm2,占0.02%,低压管道输水灌溉面积526.7万hm2,占10.5%。这些节水灌溉技术都将有待进一步发展。针对传统灌溉管理的弊病,多数国家已对灌溉管理体制改革进行了一些有效探索:权力下放;运行职责转移;改组已有的灌溉管理组织(即成为农民和其他用户供水和提供咨询服务的多功能组织);灌溉工程的私有化;灌溉管理的商业化。当然,我国要根据自己的国情在以下方面做一些工作:一是制度管理,制定工程管理和经营管理制度,以计划用水、优化配水,合理征收水费;二是制定节水灌溉制度,对作物灌溉进行预测预报实现灌溉用水管理自动化。3节水农业效益评价体系显而易见,节水农业是一项利国利民的事业,其巨大的社会效益表现在可缓解由于水危机给社会带来的压力;改善缺水地区的生态环境;保证农业持续发展。而经济效益则表现在节水、节能、节地、增产等方面。3.1节水量(m3/a)指采取节水综合措施后的年均节约水量。即现代节水管理制度后的节约水量,以及采用节水灌溉工程和技术后的节水量等。一般微灌节水效果最好,喷灌次之,低压管道输水及渠道防渗也有明显效果。3.2增产效益指采用节水农业综合技术措施后增加的产量和产值。理由如下:先进的节水措施能按作物需水量要求适时供水,灌水均匀度高;在总水量和灌溉面积不变下缩短灌溉周期;在灌溉面积较大但水少的灌区,扩大了实灌面积和提高了保证率。3.3节能量(kw.h/a)指实施节水灌溉技术后的年均节能量。该效益主要发生在机井灌区、提水灌区,用水少就意味着提水耗能相应减少。自流引水无此项。3.4节地效益(hm2)指采用节水灌溉技术后节约出的耕地面积。即喷微灌、管道输水可取消农渠、毛渠,相应地少占用耕地。3.5省工效益(工日)指实施节水灌溉措施如喷微灌后年节省的灌溉用工数量。3.6转移效益(元/a)指采取节水农业综合技术措施后,将节约出来的水用于工业和城市而产生的效益。工业和城市用水急剧增长,灌溉向其他行业让水不可避免。节水量未转移出去不计。3.7环境效益(元/a)指缺水地区采取节水综合技术措施后,减轻了引水和地下水超采的压力,保护了生\n态环境,也保证了经济发展而由此产生的效益。3.8替代效益(元/a)由于北方大部分省区都缺水,解决之法无外乎开源和节流。可以说,节流就是一种开源。由此新增供水减少,用于开辟新水源的投入降低。而减少的这部分新辟水源投入即为节水灌溉的替代效益。4、发展节水农业,要从全方位考虑现代农业是高效用水的农业,而发展高效用水的现代化农业将是我国长期的战略任务。发展节水农业所涉及的不仅仅是技术问题,而是社会的各个方面。遗憾的是目前讲节水大多数只从技术角度考虑。然而,由于投入不足、管理不善、用水粗放、教育落后等众多原因使得现有的技术并没发挥出来。科研成果要么束之高阁,要么停留在示范区做样板。4.1发展节水农业,经济是基础。只有随着经济的发展,才能增加农田水利基础设施的投入。4.2制定和完善相应的法律法规是发展节水农业的必要保障。发展节水农业,从某种意义上是对水资源使用权力的一种重新调整,是对人们用水行为的一种约束。尽管1988年我国颁布了《中华人民共和国水法》,但水法体系远未形成。因而法律有待进一步完善。4.3理顺管理体制,健全经营机制。如水价问题,有些地方农民是水费并未少交,关键是农民的水费并没有直接交到灌溉管理机构,而是通过各级基层政府上缴,层层加码,层层截留的现象屡见不鲜。这种机制如不改革,单纯提高水价并不能真正解决问题。另则,大部分地区水费只按亩征收,并非按方收费。4.4发展教育,培养基层水利科技人才。发展节水农业最终还是要靠广大的基层技术人员和农民用水户才能实施。因此,节水意识的教育和节水技术的培训也是至关重要的一环。4.5加大基础理论研究,并联系实际进行节水技术研究,推行时要因地制宜。5、未来农业高效用水技术展望5.1生物技术用于农业节水抗旱节水高产作物品种在农业高效用水中十分重要。但目前常规育种技术很难满足农业节水需求,未来生物技术在作物种类和品种改良中将发挥重要作用。即可利用生物技术在破译抗旱/抗逆基因组成和结构基础上,进行编码合成和培养多抗基因作物,使抗旱、耐瘠薄、抗病虫害、优质、丰产等形状达到相对统一。同时通过基因工程研究微生物农药、生物化肥等技术,以与先进的节水灌溉技术相配套,更好的实现节水增产优质的目的。5.2农业管理措施一体化技术在工程节水技术的基础上发展综合一体化农业管理节水技术,发挥各项农业节水技术的综合优势,达到节水、高产、高效的目的,并成为当前国际上研究的热点。未来的田间农业管理,如灌溉、施肥、农药、除草剂等同时在智能系统控制和引导下,依据农田作物的水分、养分、病虫害等信息,以便使智能控制系统可定时\n、定量、定点使用水肥药等。5.3高效用水的精细灌溉技术3S(RS简论我国水资源危机与节水农业、GIS、GPS)与信息高速公路相结合,使得农田抗旱和灌溉精细化成为可能。如作物估产、土壤含水率分布监测等。目前应重点开展各种精细地面灌溉技术要素优化组合软件开发,环境胁迫下遥感机理和遥感标志研究,遥感和GIS的集成对作物胁迫作用的诊断理论等。5.4农业高效用水智能决策系统在发达国家,信息技术已成为提高农业生产的最有效手段,世界各国学者相继开发了有关节水灌溉方面的专家系统,如滴灌系统中过滤设备选择专家系统,灌溉水质与作物产量间关系的决策支持系统,渗灌技术要素与氮素间关系的决策系统等。国内在农业高效用水专家系统方面也进行了一些尝试,但针对灌溉中某一具体技术开发距较复杂的农业生产有一定差距。今后的发展是可将专家系统、模拟模型、资源数据库、控制技术、计算机网络等技术有机结合起来,形成适合不同水资源状况的水开发调配、农田输水和灌溉方式、农田水分与养分管理的农业高效用水决策支持系统。参考文献1刘昌明等着,中国21世纪水问题方略,北京:科学出版社,1998,72李英能,华北地区节水农业标准初探,灌溉排水,1993(1)3孙颔等主编,中国农业自然资源与区域发展,南京:江苏科学技术出版社,19984施嘉炀着,水资源综合利用,北京:中国水利水电出版社,1996,15刘巽浩,水是中国可持续发展的战略重点,人民日报,19986山仑,节水农业的研究与实践,共同走向科学(下)——百名院士科技系列报告集,北京:新华出版社,19977陈梦熊,水资源的合理开发与社会经济可持续发展,共同走向科学(中)——百名院士科技系列报告集,北京:新华出版社,19978上官周平,邵明安,21世纪农业高效用水技术展望,农业工程学报,1999(1)9张珍,应十分珍惜水资源,气象知识,1997(4)10吴景社,李英能,我国21世纪农业用水管理与节水农业,农业工程学报,1998(3)11《读卖新闻》(日本),中国面临严重的水资源不足问题,参考消息,1998,11,3,第14版12刘春蓁,气候变化对我国水文水资源的可能影响,见:丁一汇主编,中国的气候变化与气候影响研究,北京:气象出版社,1997,613张岳,中国水资源与可持续发展,中国农村水利水电,1998(5)14郭汉生等主编,水资源知识问答,河南:黄河水利出版社,1997,315贾大林,农业高效用水及农艺节水技术,节水灌溉,1999(4)\n16黄修桥,节水灌溉与农业可持续发展,中国农村水利水电,1998(11)17中华人民共和国农业部编,中国农业统计资料(1993),北京:中国农业出版社,199418中华人民共和国农业部编,中国农业统计资料(1994),北京:中国农业出版社,199519中华人民共和国农业部编,中国农业统计资料(1995),北京:中国农业出版社,199620中华人民共和国农业部编,中国农业统计资料(1996),北京:中国农业出版社,199721中华人民共和国农业部编,中国农业统计资料(1997),北京:中国农业出版社,199822胡和平等,农业水资源的高效利用与可持续发展,中国农村水利水电,1999(1)23贾大林,21世纪中国粮食安全和对水的需求与对策,中国农村水利水电,1999(3)24刘昌明等,节水农业内涵商榷,见:石元春等主编,节水农业应用基础研究进展,北京:中国农业出版社,1995,1225孙崇基,节水是解决北方缺水的当务之急,光明日报,1998,1,9,第五版26李佩成,论发展节水型农业,干旱地区农业研究,1993(2)27钟志明,河北景县节水农业潜力与综合技术模式研究,中国农业大学硕士学位,199928冯广志,我国节水灌溉发展的总体思路,中国农村水利水电,1998(11)29黄修桥等,节水灌溉的三个体系,节水灌溉,1999(1)30高占义,灌溉水管理的发展趋势,中国农村水利水电,1998(11)31徐国东等,节水农业中存在的问题及解决办法,中国农村水利水电,1999(11)32张春圆,在水利部节水灌溉工作会议上的讲话摘要,中国农村水利水电,1999(9)33相保成,发展节水灌溉应注意的几个问题,中国农村水利水电,1998(7)34赵竞成,关于节水灌溉的再认识—兼论广义的节水灌溉,中国农村水利水电,1999(7)35陈雷,节水灌溉是一项革命性的措施,节水灌溉,1999(1)36朱树人,我国节水灌溉的发展前瞻,中国农村水利水电,1999(7)37庞炳东,浅谈黄河下游断流,气象知识,1998(2)38彭珂珊,走向21世纪困扰中国经济发展的水资源问题,大自然探索,1998(1)39庞炳东,天气.城市.水—纪念世界气象日,气象知识,1997(4)40LesterR.BrownandBrianHaiweil,China#39;sWaterShortageCouldShakeWorldFoodSecurity,WorldWatch,July/August,1998