灌溉水源工程改造与发展

1、灌溉水源工程改造与开展摘要：对中国水资源情况进展了综合分析！关键词：灌溉水源改造开展1水资源紧缺、资源开发进入高本钱阶段1.1中国水资源紧缺状况水资源不同于一般矿产资源，它是在周而复始的水文循环中随机、流动、可资利用的水。中国年均水资源总量约281241083，其中河川径流总量271151083，地下水资源82881083(含地表水与地下水互相转化重复计算的72791083)。总量居世界第6位，而人均占有量仅23003，只相当世界的1/4，居第88位。各地年际间降水可差数倍，年内降水极不均匀；尤其是水资源地域分布差异极大，占全国人口42%、耕地62%的北方干旱、半干旱地区，水资源总量仅占20%

2、，使得北方地区已严重缺水。导致水资源紧缺的另一问题是全国年均废污水排放量达3421083，江河、湖泊约82%受到不同程度的污染，严重污染的占30%，城市地表水污染更为普遍，水资源受到极为严重的破坏。农业用水还受到工业及城镇居民用水剧增的竞争，全国灌溉用水量在1988年到达最高值39411083，以后逐年下降，至1997年降为35981083，占全国总用水比重也从1949年的97%下降到了70%左右。目前一般年份全国每年缺水3601083，农业缺水占3001083。农业因缺水受旱面积每年平均2670万h2，粮食减产达(600800)亿kg；全国近半数的大中城镇供水缺乏，因缺水造成的工业损失每年约

3、2000亿元。缺水还带来生态环境的迅速恶化，黄河近十年来屡次断流。长江中、下游1999年初也出现少见的碍航现象。水资源的过度开发，使北方不少中小河流内陆化，河水常年污臭，河道淤积，湖泊萎缩，河口淤塞。北方地下水资源的长期超采，已形成多处大面积地下水漏斗，水井出水量减少，甚至枯槁报废；由此带来较大范围的地面沉降，京津以南河北平原，开采井深从2030已开展到300400，累积地面沉降100的面积已达该地区面积的55%，辽宁、山东沿海一带海水入浸已达千余平方公里，甚至南方的苏州、无锡、常州等地也出现地面沉降，面积达3000k2。全国总用水量还会逐年大幅度上扬，而农业用水预计很难增长，灌区水源缺乏，是

4、灌溉面积萎缩的主要原因之一。我国水资源的紧缺场面，已成定局，并在继续恶化，正成为制约国民经济开展的“瓶颈。1.2我国水资源开发已进入高本钱阶段水资源量有天然资源量、可利用资源量和开采利用量之分。前面涉及的都是天然资源总量，表示我国水资源的天然禀赋差。可利用水资源还与国民经济的实力、科技程度和资源开发的边际效益有关，资源开发应满足经济上合理、技术上可行、环境允许等条件。美国的可利用水资源占自然资源的21%左右，日本为27%，我国这一资源量预计为7001083，占自然资源的25%。这是一个动态的、相对的资源量，在一定的经济与科技程度下，是有限的，不能认为水资源取之不劲用之不竭，盲目乐观是没有根据的

5、；但是科技开展是无限的，可供人类开发利用的水资源也应是无限的，人类经济生活总要向前开展，不会停滞，过分悲观也是没有必要的。因此，在水资源开发利用上，开展科技、开展经济才是硬道理。可利用资源在一定的技术经济条件下是有限的，超越一定的经济与环境条件的程度，过分开发就会出现相对本钱过大，水资源开发的边际净效益变为负值，得不偿失。水资源的利用程度可用开发的边际费用来衡量，分为边际本钱为零、不变边际本钱和递增边际本钱阶段。边际本钱为零即增加水资源开发量，几乎不增加开发本钱，如引洪灌溉，简易无坝引水等。显然，我国早已超过这一阶段。不变边际本钱(或低本钱)阶段，即资源开发本钱与开发量成正比，单位资源开发量的

6、本钱不变，我国50、60年代开展灌溉大致属于这一阶段。递增边际本钱(或高本钱)阶段是指新增单位资源开发本钱越来越大，资源开发越多，单位资源开发本钱越高，当到达某种开发规模以后，单位资源开发本钱与运行管理本钱之和可能大于新增单位资源所产生的效益，出现边际净效益为负的情况，得不偿失；表现为水资源已近枯竭，或经济实力已无力支撑资源的进一步开发。水利部在1985年曾作过分析，当时就已有局部水资源开发工程出现净效益为负，说明我国水资源开发已进入高本钱阶段。日本自己评定已于1975年步入高本钱阶段，其主要标志是资源开发本钱大致与灌溉系统的年费用(年运行费与折旧费之和)相当；其时，日本的水资源开采量占可利用

7、量的75%。美国水资源开发被认为尚处于等边际本钱阶段向边际递增本钱阶段过渡，其相应利用量占可开发利用量的69%。我国的平均情况是开采量占可开发利用量的74%，接近于日本程度，高于美国程度，结合经济实力与科技程度，应已进入了高本钱阶段。考虑到地域的差异，北方水资源开发本钱比南方高，抽水灌区本钱比自流的高，所以，北方地区、抽水灌区应早步入高本钱阶段。1.3多元化是我国水资源开发的主要趋势一般地说，引水较建库廉价，用地表水比地下水廉价，水资源开发进入高本钱阶段后，一些原来认为开发本钱高的资源或取水方式会变为经济合理，出现水资源开发方式与资源种类的多元化。西北的高扬程抽水灌区，在80年代末还有人认为划

8、不来，如今议论少多了；南方的小型塘堰在大型灌区修建以后，为了少占地，农民平塘、废堰的不少，如今又开场重视与修复起来；被弃之不用的微咸水，不少地方已在扩大利用；北方地区的平原水库曾被盖棺定论为错误的，如今也有些地方开场研究其合理布局。目前几种比拟有前途的水资源或水资源开发方式包括：多水源结合运用，降雨资源利用，回归水的开发利用，劣质水的合理利用，以及全流域水资源修养与综合开发等。实行水资源的多元化开发，是灌区改造与开展的首要任务，以进步灌区水源的供水保证率(例如由如今75%进步到85%以上)，为灌区开展奠定了良好的基矗转贴于论文联盟.ll.2水资源开发方式的开展2.1大、中、小水源工程的结合调度

9、我国灌区的水源工程都有一个形成过程，在大型引水枢纽或水库建立以前，都依赖于一些小型引、蓄水工程维持局部灌溉面积或低保证率的农业供水，而在建立大型水源工程后，在一定程度上无视了小型工程的作用。早在60年代中国提倡的引、蓄、提结合大、中、小结合调度的“长藤结瓜水资源开发方式，曾经在节约投资、扩大灌溉面积方面，起了很好的作用；在水资源日趋紧张的今天，应该重新审视、评价它的特殊意义。我国北方引水有“1个流量灌667h2(1万亩)的经历，这个经历数值在世界上也大致如此。然而，南方水库、水稻灌区在考虑到灌区小型水库、塘堰的作用后，却能“1个流量灌1333h2(2万亩)或更多，这就是“长藤结瓜的作用。这种作

10、用表现为大型骨干工程对河川径流的宏大引蓄功能，灌区内小型水库、塘堰、洼地能拦蓄地表径流，并按引蓄结合、互相补偿、扬长避短组织起来，是一种具有现代资源开发观念、符合水资源开发规律、具有1+12的系统效应的现实的系统工程。几十年的理论证明，这是一种成功的开发方式。在新的水资源紧缺形势下，要完善这一水资源开发方式，特别要注意以下几个问题。(1)骨干引蓄工程除险加固。目前，不少灌区的主要引水渠首老化损坏严重。仅大型灌区的667座渠首中，已报废或失效的占14.8%，严重老化损坏的占39%，平安性降低，功能衰减，有水引不进来。相当数量的骨干水库还是病库、险库，中小型水库病险库更多，有些水库移民问题尚未解决

11、好。水库建好后，不能蓄水或不敢蓄水，不仅汛期隐患极大，也谈不上水资源充分利用。对水库进展除险加固，整修好渠首工程，是缓解资源紧缺的首选方案。(2)增补灌区内小型蓄、引水工程。灌区内小型引、蓄工程有三大功能。补充水源，一般南方灌区塘堰供水量可达净灌溉用水量的1/32/5。北方可利用旧河床、低洼地、临村池塘等蓄水，假如供水消费率进步到12kg/3，水源紧缺地区能有1/101/15的水面，一般年份也可提供11.5次灌溉用水，在经济上还是合理的。配合干支渠引水调蓄，增加复蓄次数等方式，削减渠系用水顶峰，增加田间灌水的灵敏性；当小型蓄水工程与干支渠合理联结时，可以采用闲时引水蓄积和接纳退水、搜集回归水，

12、增加小型工程的复蓄次数等方式，进步水的利用率。南方灌区塘堰还可进展综合利用，是停灌期间少量作物供水、生活用水、家畜饮水的场所。为了发挥小型蓄水工程的拦蓄作用，要为小型蓄水工程扩大承雨面积，开挖集水(雨)沟，以增加其复蓄次数。(3)改造大中小蓄引工程的联结方式。除单项工程本身的功能外，要注意工程之间的合理联结方式，形成具有调节、反调节、减少提水的系统，充分发挥工程的系统效应。不仅是一个灌区，像南水北调这样的大型工程，都要按系统论的思想，形成大中小结合调度的运用方式；特别从那些丰、枯流量悬殊的河道引水的灌区，更要在大中小工程结合调度上下功夫。当中小型水库承雨面积与灌溉面积不相匹配时，要因地制宜，串

13、并起来，互相调剂。图1可以大致表达引水灌区小型工程的各项功能，如3月前坑塘蓄水可补充引水的缺乏，5、6、8月可引蓄局部渠道水流，供后期顶峰期用水。图1小型蓄水工程功能示意图2.2地面水地下水结合运用北方水资源开发应实行时间及空间三维的统一开发、工程结合运用，即地表水、地下水结合运用的开发方式。这种开发方式与大中小工程结合调度方式相比，由于可观测性差，故技术上更为复杂一些。我国水利科技工作者认识这一问题并不晚，早在70年代末已有理论，是北方地下水开发过程中的产物。但由于水资源的管理分散，在施行上困难较大，在大面积上的应用不多。施行这种开发方式主要应弄清地面水与地下水流域的叠合情况，叠合流域上要实

14、行流域内统一开发，非叠合流域还要实行资源合理配置，维持两种水资源的统一平衡。(1)合理规划。灌区的地面水利用包括区内拦蓄与区外引水系统，通过分析可以获得多年的可供水资源过程。灌区地下潜水层可视为一个调节水库，该地下水库的补给量包括降雨补给，渠道、排水沟渗漏补给，区外地下水侧向补给，区内地下水越层补给以及人工回灌等；其消耗量包括蒸发、出流与开采。两种水源统一调度，可按区域平衡法或地下水非稳定流方法进展平衡分析；在一定的开采布局条件下，以确定合理的开采强度，或在一定开采强度下确定地表水对地下水的补给量及相应的补给区域，或根据补给方式和开采强度确定区域内开采布局。在一般的情况下，应该首先利用灌区内的

15、地表径流，水量缺乏局部或从区外引水，或开采地下水资源。例如山前平原或平原河道上游，如地面水丰富，地下水位又深(如两河冲积扇间地带)，当然可以渠灌为主；假设地下水不深、下游灌区又缺水，未尝不可实行井渠结合，将一局部地表水留给下游，这样，还可进步用水的机动性，实行渠井双保险。而在冲积平原或河流的中下游，地下水位较高，外引水源可靠性低时，当然要开展井灌，以井补渠；假设地下水严重超采，就要减少用水或统一控制上游引水，修建当地蓄水工程，利用河流水源引水存蓄或回灌地下水。即使在一个灌区内，地面水、地下水的动态也不同，或者上游井渠结合，以渠为主，下游井渠结合，以井为主。在一年之内，也可能采用不同的井渠结合供

16、水方式，特别是在引黄灌区，要考虑引水防沙、防止次生盐碱，或在有洪、涝、旱、碱多种灾害的地区，井渠结合将会呈现出特别复杂的运行规律。(2)注意地面、土壤和地下水互相转换的规律性。地下水资源，实际上只是在一定水文周期(包括丰枯年度)内在一定技术经济条件下可以补给利用的水量。没有补给就没有地下水资源。所以要维持地下水资源的持续开采，就应扩大地下水补给来源，要特别注意三水的转化规律性。例如，增加地表覆盖、减少地表径流，增加土壤入渗，不仅有利于土壤保墒，也是修养地下水源；假如将地表水与地下水统一考虑，渠道或田间水渗漏就不一定都是损失，而是一种重要补给来源；增加对当地径流的拦蓄不仅直接进步了降雨利用率，减

17、少下游除涝任务，也扩大了上游地下水补给量；在河流上游区适当开展井灌，可以少引外河水源，有利于下游引水，也降低了地下水位，减少了地下水蒸发，进步降雨入渗，下游地下水也不一定减少太多，从总体上看还进步了资源开发效益。上游排水可能成为下游的回归水，上游良好的植被与合理开发，正是对下游地下水源的修养，而下游缺水或许正是上游水资源过分开发的结果。因此，在北方地下水超采地区要大力开展地下水回灌。当然，假如地下水质不好，问题就要复杂一些。图2大致描绘了引黄灌区浅层地下水资源的构成。图2引黄灌区地下水补给来源(3)要有良好的监测系统与调度方案。地下水的水位水质状态要有日常定期的井位观测，把握好灌区地下水位的动

18、态与规律，是编制井渠结合、地下回灌方案的根底，是正确制定灌区合理灌溉及水源开展规划的根据，要组织专门小组，长期观测，进展科学分析，把地下水地表水结合运行真正地施行起来。转贴于论文联盟.ll.3进步降雨及回归水利用率3.1进步降雨利用率进步降雨资源利用率包括进步降雨入渗或稻田蓄水(有效降雨量)和增加当地径流拦蓄两种概念，以多年平均降雨深(或作物生育期内降雨深)中被利用水深的百分数表示。一般有效降雨仅局限于大田本身承蓄的水量，与降雨特点、地面覆盖、土壤质地、耕作制度、灌溉制度等有关，稻田浅(湿)灌深蓄，旱作地等高耕作、深翻和采用其他农业、生物化学保墒措施，都可进步有效降雨量(见?中国农村水利水电?

19、1999年第1期P.11)；当地径流拦蓄是指增加田间小型蓄水工程以拦蓄地表径流，提供灌溉用水。我国北方地区增加降雨利用率的潜力很大，各种作物的有效降雨可达总降雨的40%90%，占作物需水量(E)的30%40%，见图3、4；南方旱作一般很少灌溉，水稻田有效降雨率(P有效)与灌溉制度关系很大，常规灌溉制度有效降雨仅60%左右，浅湿灌溉可达70%左右，间歇灌溉(薄水层-潮湿-短暂落干)高达83.1%。图3各种作物有效降雨图4山东陈垓引黄灌区有效降雨量3.2利用回归水灌溉回归水是指灌水时渠道退水、弃水、稻田落干排水、灌区出露的渠系渗漏水、地下水等，这些水量大都聚集于各级排水沟或天然河沟中。其量有时相当

20、大，达灌溉用水的20%30%(?中国农村水利水电?1996年第1、2期，P13)，一般水质良好，应加以利用。为了利用灌溉回归水，要设置回归水的搜集系统，如排水水质好，下游灌溉渠应与上游排水沟相接，也可利用灌区内小型蓄水工程拦蓄，必要时可建立专门的回归水集水井，以便及时将回归水用于下游灌溉。4劣质水利用技术4.1高含沙水利用技术劣质水包括高含沙水、污水、咸水等。高含沙水灌溉是引黄及其支流灌区开展的重要问题。据多年的理论经历，其主要的技术包括选好引水口，渠首采用取水防沙措施(例如底坎或橡胶坝拦沙)，避开高含沙期引水；调整渠线，采用较大渠道纵坡或渠道衬砌，进步输沙才能，实行轮灌集中配水，归并分水口，

21、进步渠道水位，减少渠道中的节制壅水建筑等，以将泥沙输入田间；利用旧河床、低洼地建立沉沙池等。引黄人民成功渠、陈垓灌区、陕西泾、洛、渭惠渠灌区，都有许多成功的经历与成果，可供借鉴。4.2污水灌溉技术在城郊存在大量污废水，可开发利用。中国已开展了污水灌溉面积约300万h2，绝大局部在北方干旱地区(见?中国农村水利水电?1997年增刊?21世纪农田水利学术研讨会论文集?，P.94)。污水灌水处理费用低，灌溉后还可使污水进一步净化，减少对江河水体的污染。污水灌溉要对污水水质进展仔细分析，有针对性的采用必要的简易处理，如接触曝气、氧化池塘等。不同灌溉作物、土壤，可采用清、污混灌，清、污轮灌，间歇污灌，要

22、减少污水灌水定额，选定适宜的灌污时期。注意不污染清洁水源，对被灌土壤进展长期监测，时刻注意是否超过土壤的自净才能。没有科学的污灌方法与技术，特别是长期污灌，会造成作物生理中毒、土壤和地下水污染以及一系列环境卫生问题，要慎重开展，或增强污水处理力度，降低污染程度。4.3微咸水灌溉技术我国华北、河北平原，水矿化度大于2g/L、小于5g/L的地下微咸水分布面积占43%48%，有微咸水资源56亿3，整个华北平原浅层咸水资源达75亿3，合理利用这些劣质水对缓解地区水资源紧缺、抑制环境恶化、支持农业开展，有重大的现实意义。我国利用微咸水进展灌溉从宁夏南部开场，已有40年的历史。理论证明，利用微咸水进展灌溉，除增加水资源、进步农作物产量(相对于不灌旱地可增产13倍)外，还有利于抑制地下咸水区开展，有利于盐碱土改进(见?中国农村水利水电?1997年增刊P96和1998年1