我國灌區(qū)發(fā)展展望與科技創(chuàng)新驅動

韓 振 中

(中國灌溉排水發(fā)展中心，北京 100054)

1 我國灌區(qū)現狀與存在問題

1.1 灌區(qū)現狀

1.1.1灌排設施

2013年，我國總灌溉面積6 948萬hm2，其中，耕地灌溉面積6 347萬hm2，占總灌溉面積的91.4%，占耕地面積的46.9%。節(jié)水灌溉工程面積2 710萬hm2，占灌溉面積的39%,噴灌、微灌面積占總灌溉面積的9.8%。2008年以來，節(jié)水灌溉工程面積年均增長4.3%，噴微灌面積年均增長12.4%，特別是微灌面積發(fā)展迅速，年均增長為31.6%。

根據2011年水利普查，667 hm2(1萬畝)以上灌區(qū)7 709 處，其中，2萬hm2(30萬畝)以上灌區(qū)456處；667 hm2(1萬畝)以上灌區(qū)灌溉面積占總灌溉面積的43.5%。133 hm2(2 000 畝)及以上、667 hm2(1萬畝)以下的灌區(qū)1.45萬處，灌溉面積占總灌溉面積的5.2%。

133 hm2(2 000畝)及以上灌區(qū)0.2 m3/s及以上的灌溉渠道總長度115萬km，其中，防滲襯砌長度占29.7%，萬公頃灌溉面積渠道長度平均為451.5 km；渠系建筑物共311萬座。0.6 m3/s以上的排水溝47萬km，排水溝系建筑物數量共計78.9 萬座。

133 hm2(2 000畝)及以上灌區(qū)1 m3/s及以上的灌溉渠道長度31萬km，襯砌長度占40.1%，每萬公頃灌溉面積1 m3/s及以上渠道長度全國平均為129.3 km；渠系建筑物85.6萬座，其中，量水建筑物2.23萬座，平均萬公頃灌溉面積量水建筑物為7.35座。3 m3/s及以上的排水溝共3.28萬條，長度12.9萬km；排水溝系建筑物22.1萬座。

1.1.2管理與服務

近年來不斷深化灌區(qū)、泵站管理體制改革，提高專業(yè)管理能力與水平。大力推進基層水利服務體系和農民用水合作組織建設，加快工程設施產權制度改革，增強田間灌排工程管護；試點探索農業(yè)水價綜合改革，激勵節(jié)水的自覺性，支撐田間工程正常管護與良性運行。目前已建立3萬多個基層水利站、在崗人數13萬人。

133 hm2及以上灌區(qū)由事業(yè)單位管理的灌區(qū)占56.5%，集體管理的占30.6%，由企業(yè)等其他類型單位管理的占12.9%；灌區(qū)共有專管人員數量24.10萬人，每萬公頃專管人員66人。

667 hm2(1萬畝)以上灌區(qū)每萬公頃專管人員60人，大型灌區(qū)每萬公頃專管人員數量平均為49.5人，中型灌區(qū)為72.0人。在667 hm2以上灌區(qū)中，執(zhí)行水價小于0.05元/m3的灌區(qū)占33.8%，0.05(含)～0.1 元/m3之間的灌區(qū)占29.3%， 0.1 元/m3(含)以上的灌區(qū)占36.9%。

1.1.3灌區(qū)信息化

隨著灌區(qū)節(jié)水改造的開展，為了適應灌區(qū)管理的實際需求，大中型灌區(qū)不同程度地開展了信息化建設，重點完善信息采集等信息化基礎設施，開發(fā)建立基礎數據庫、水情工情監(jiān)測管理系統(tǒng)、水費征收管理系統(tǒng)、灌區(qū)用水管理系統(tǒng)以及灌區(qū)管理辦公系統(tǒng)等，提高了灌區(qū)的管理效率。

1.2 灌區(qū)發(fā)展存在的突出問題

1.2.1重灌溉輕排水

近年來灌區(qū)節(jié)水改造、節(jié)水灌溉發(fā)展得到空前重視，資金投入集中向節(jié)水灌溉傾斜，但對于農業(yè)生產同樣重要的排水設施重視不夠，在灌區(qū)改造規(guī)劃中，很少考慮甚至沒有考慮排水設施建設，在一些灌區(qū)由于排水不暢、排水系統(tǒng)老化或不滿足農業(yè)生產要求，已經成為影響灌區(qū)發(fā)展的重要制約因素。

1.2.2頭腳分離治理

基于項目投資為中心的灌區(qū)改造與建設，因項目渠道不同、內容要求不同，一個完整的灌排工程系統(tǒng)人為分為水源工程、骨干工程、田間工程以及灌溉工程、排水工程等分離改造。大型灌區(qū)節(jié)水改造、中間中型灌區(qū)節(jié)水改造項目主要進行骨干工程改造，小型農田水利補助項目重點進行田間工程建設，另外還有國土整治、新增500億kg糧食、農業(yè)綜合開發(fā)等項目均開展灌區(qū)改造與建設，不同項目、不同要求，不同項目，不統(tǒng)籌規(guī)劃、不同期實施，導致灌區(qū)雖周身有病卻頭腳分治。

1.2.3重視工程功能要求，忽視生態(tài)健康需要

在灌區(qū)改造與建設中，規(guī)劃設計與工程建設，基本是以工程功能要求來確定，如，灌溉渠道主要關注輸水效率高、滲漏損失??；分水閘門主要關注控制水流分水功能；排水工程只關注盡量、盡快把農田多余的水分排走。而對工程材料和工程形式的生態(tài)環(huán)保性、與自然環(huán)境的協(xié)調性以及景觀效果等重視不夠，對工程系統(tǒng)的生態(tài)功能、灌區(qū)生態(tài)健康等重視不夠。盡管這些年來有許多相關研究成果，一部分灌區(qū)也開始重視灌排工程的生態(tài)環(huán)境效應，但缺乏系統(tǒng)的理論與技術支持，實際應用相對較少。

1.2.4新技術新材料新工藝應用不足

現代科技發(fā)展日新月異，綠色技術、低碳技術正在逐步興起，生物、信息、新材料、新設備、新工藝等高新技術層出不窮，廣泛應用于農業(yè)、工程等領域，但限于投資標準制約、新技術等研發(fā)滯后等，在灌區(qū)改造與建設中新技術、新材料、新工藝應用不夠。

1.2.5信息化管理相對滯后

相對于其他行業(yè)，灌區(qū)信息化管理處于初級階段，嚴重滯后于管理需求，大多數灌區(qū)的信息化建設僅停留在信息采集、工情水情監(jiān)測、水費計收和灌區(qū)管理辦公系統(tǒng)，缺乏灌排系統(tǒng)監(jiān)測管理、灌溉排水決策支持、水源與用水優(yōu)化調度、旱澇預警與應急響應、信息共享與社會化服務等與灌區(qū)實際管理需求相契合的深化的業(yè)務應用系統(tǒng)，單一固化系統(tǒng)多，規(guī)范、標準、通用、模式化系統(tǒng)少，不能滿足灌區(qū)現代管理需要。

2 社會經濟發(fā)展對灌區(qū)發(fā)展的要求

2.1 農業(yè)效益提高面臨水資源制約瓶頸

我國人多地少水缺，工業(yè)與農業(yè)、城市與農村、經濟社會與生態(tài)爭水日益突出，水土資源供需矛盾越發(fā)尖銳。到2020年，滿足食物有效供給，耕地灌溉面積需達到0.67億hm2(10億畝)以上，再加上提高現有灌溉面積上灌溉保證率等要求，按目前用水水平，尚缺灌溉用水500億～600億m3。現狀灌溉面積的90%左右為地面灌溉，農田灌溉用水有效利用系數只有0.51，農業(yè)用水短缺和用水浪費現象并存。需要大力發(fā)展灌區(qū)節(jié)約用水、高效用水，新增恢復灌溉面積，顯著提高農業(yè)抗御自然災害的能力和耕地生產能力。

2.2 農業(yè)現代化發(fā)展需要灌區(qū)現代化提供支撐

未來要在農業(yè)生產中推進家庭經營、集體經營、合作經營、企業(yè)經營等共同發(fā)展的農業(yè)經營方式創(chuàng)新，鼓勵農村發(fā)展合作經濟，扶持發(fā)展規(guī)?；?、專業(yè)化、現代化經營，這些趨勢將有力推動傳統(tǒng)農業(yè)向現代農業(yè)的轉變。現代農業(yè)生產要求提供種類豐富、品質優(yōu)良、數量充足的農產品，必須提高農業(yè)水利化、機械化和信息化水平。這就要求灌區(qū)配套先進灌排設施，進行灌溉用水科學合理調配，實現針對作物適時、適量供水灌溉，合理有效防洪、排澇，為現代農業(yè)、高效農業(yè)發(fā)展提供基礎支撐。

2.3 農村勞動力轉移需要減輕灌排勞動強度

隨著農村體制變革和社會經濟結構轉型，農村勞動力結構形式發(fā)生較大變化，大量青壯年勞動力外出務工，農村留守的多是老人、婦女，從事農業(yè)生產勞動，迫切需要減輕灌溉勞動強度，提高灌溉效率。隨著全面小康社會建設不斷深入和農民生活水平的提高，“粗老笨重”“兩腳泥”式體力勞動已不能適應農村的現實生活，減輕勞動強度，改善勞動環(huán)境，提高勞動效率與效益成為必然要求。這些需要與之相適應的省工、節(jié)地、節(jié)能、高效的灌溉技術與現代化灌溉管理方式。

2.4 生態(tài)文明建設需要灌區(qū)提供基礎保障

灌區(qū)是自然生態(tài)系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng)的融合的復合生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)文明建設需要灌溉排水提供基礎保障。由于農業(yè)灌溉擠占生態(tài)用水，造成一些地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化；過量施用的化肥農藥隨著降雨或過量灌溉的農田徑流流入河流，降低了肥藥利用效率并污染環(huán)境。要大力推進生態(tài)文明建設，努力建設美麗國家，需要推進灌區(qū)現代化發(fā)展，依據人與自然和諧的設計理念，采用先進的灌溉技術，合理施肥、用藥，提高水、肥、藥利用效率，有效減輕地下水超采、農業(yè)面源污染和草原生態(tài)退化，保護區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

3 灌區(qū)發(fā)展展望

3.1 發(fā)展展望

根據我國水土資源條件，未來灌溉面積發(fā)展?jié)摿τ邢蓿鶕醪椒治?，考慮水資源承載能力、水資源紅線約束以及生態(tài)環(huán)境健康的情況下，我國灌溉面積發(fā)展的閾值為11.0～11.5億畝，新建灌區(qū)發(fā)展灌溉面積的潛力有限，重點是對現有灌區(qū)進行現代化改造。

灌區(qū)是農業(yè)生產的重要基礎設施，是自然人工復合生態(tài)載體，灌區(qū)發(fā)展必須與農業(yè)現代化、生態(tài)文明建設相融合。根據我國實際情況以及未來農業(yè)和生態(tài)文明建設的新要求，適應我國“四化同步”發(fā)展戰(zhàn)略，灌區(qū)未來發(fā)展方向是“先進、高效、生態(tài)”，即，用人與自然和諧的現代理念指導灌區(qū)發(fā)展，用先進技術、先進工藝、先進設備打造灌排工程，用科技創(chuàng)新提升技術水平，用現代管理制度與先進管理手段增強灌區(qū)管理，具有較高的灌溉效率、管理效率，較低的水土資源、能源消耗，滿足農業(yè)現代化、生態(tài)文明建設以及國家現代化進程對灌區(qū)發(fā)展的要求，達到先進、高效、生態(tài)，實現節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、省肥、省工綜合效益，灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康。

3.2 發(fā)展趨勢

為了達到以上目標，灌區(qū)發(fā)展將實現“四個轉變”。

3.2.1從單要素治理向綜合系統(tǒng)治理轉變

2013年，國務院發(fā)布《全國高標準農田建設總體規(guī)劃》：整治田塊、改良土壤、建設灌排設施、整修田間道路、完善農田防護與生態(tài)環(huán)境保持體系、配套農田輸配電設施、加強農業(yè)科技服務、強化后續(xù)管護等，到2020年，建設旱澇保收高標準農田0.533億hm2。以農田為載體，以滿足農業(yè)現代化需要為牽引，以提高農業(yè)生產能力為目標，將溝、渠、田、林、路綜合治理，實現溝渠互相協(xié)調、林路互相配套、田方地平，灌排適時高效、農田高產生態(tài)。做到灌排設施統(tǒng)籌兼顧，大小工程無縫對接，溝渠田林路互相統(tǒng)籌配套。

3.2.2從突出節(jié)水向注重綜合效益轉變

國家主導灌區(qū)建設，更多地注重社會效益和生態(tài)效益，也就是節(jié)水、減少地下水超采、河流斷流等，而用水戶更加注重省工、節(jié)地、方便實用、節(jié)能省錢等與其直接相關的利益。實際上，在一些灌區(qū)，各種效益折算為貨幣表示，節(jié)水、省工、節(jié)地、節(jié)能、增產效益中，節(jié)水占的比重并不大，主要是增產、省工、節(jié)地。未來要使灌區(qū)持續(xù)健康發(fā)展，調動各方積極性，必須采取綜合措施，從注重節(jié)水向注重節(jié)水、省工、節(jié)地、節(jié)能、增產綜合效益轉變，使國家利益與集體、個人利益有機結合，灌區(qū)發(fā)展煥發(fā)出更強生命力。

3.2.3從滿足灌排工程功能要求向工程功能生態(tài)需求兼顧發(fā)展

灌區(qū)工程在滿足各項工程功能、提高工程效益的條件下，應使工程形式與外觀與景觀效果、自然環(huán)境相協(xié)調，工程材料選擇、施工工藝等應兼顧環(huán)保、生態(tài)要求。排水系統(tǒng)設計在滿足排水除澇要求同時，要考慮水體凈化、削減洪峰等因素，減輕面源污染和骨干河網排洪壓力。

3.2.4從傳統(tǒng)管理向現代管理發(fā)展

經過近20年的灌區(qū)節(jié)水改造，工程設施有所改善，基本解決了老化失修嚴重、病險與“卡脖子”工程問題，工程設施條件不斷完善，灌區(qū)效益逐步發(fā)揮。但灌區(qū)尤其是大中型灌區(qū)，受益面積大，輸水距離長，用水配水過程復雜，采用傳統(tǒng)管理方式不能適應新的要求，而互聯(lián)網、信息化、遙感等新技術發(fā)展迅速，為灌區(qū)管理提供了技術條件。為適應現代農業(yè)與未來社會經濟對灌排要求，灌區(qū)管理將從傳統(tǒng)管理向現代管理發(fā)展，建立現代管理制度，采用先進管理手段，提高管理效率和便捷性。

4 驅動灌區(qū)發(fā)展的科技創(chuàng)新

面對灌區(qū)未來發(fā)展需求，在科學研究與應用技術方面，需要取得關鍵創(chuàng)新與突破，以科技創(chuàng)新驅動灌區(qū)發(fā)展。

4.1 灌區(qū)規(guī)劃設計現代方法與規(guī)劃工具創(chuàng)新

系統(tǒng)總結國內外灌區(qū)改造與建設基礎理論與經驗，按照“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”五大發(fā)展理念，針對灌區(qū)未來發(fā)展的實際需求，創(chuàng)新灌區(qū)現代規(guī)劃設計理論與方法，研究現代灌區(qū)建設理論與建設標準等，為指導灌區(qū)未來建設提供技術支持。

(1)研究基于水資源消耗總量控制的灌區(qū)耗水平衡分析方法，在灌區(qū)改造與建設規(guī)劃中，進行灌區(qū)水資源供需平衡、耗水平衡“雙平衡”分析，確定灌溉節(jié)水量和資源節(jié)水量“兩個節(jié)水量”。

(2)研究提出基于用水高效、環(huán)境友好的灌區(qū)灌排系統(tǒng)規(guī)劃設計方法，灌區(qū)灌排工程節(jié)水、生態(tài)化改造技術與標準，灌排工程同時滿足工程功能、經濟合理、生態(tài)環(huán)境友好要求。

(3)開發(fā)基于GIS的灌區(qū)規(guī)劃設計現代工具與系統(tǒng)軟件，利用計算機、互聯(lián)網、GIS與模擬技術，集成灌區(qū)水土資源分析、優(yōu)化布局、工程設計、方案比選與可行性分析、效益評價、環(huán)境影響評價等功能，構建灌區(qū)規(guī)劃支持平臺，為現代灌區(qū)建設提供科學高效規(guī)劃手段。

4.2 灌區(qū)灌溉面積閾值與節(jié)水潛力分析方法研究

開展灌區(qū)發(fā)展中涉及的急需破解的技術方法與應用理論研究，為灌區(qū)持續(xù)健康發(fā)展，實現“先進、高效、生態(tài)”目標提供基礎依據。

(1)研究開發(fā)資源環(huán)境制約下的灌區(qū)灌溉規(guī)模適宜性分析評價模型與方法，確定不同類型灌區(qū)灌溉面積閾值。

(2)研究灌區(qū)水土資源優(yōu)化配置模型與技術方法，基于技術經濟、生態(tài)效應的灌區(qū)灌溉用水效率閾值與灌溉節(jié)水、資源節(jié)水潛力分析方法等。

(3)研究提出灌區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康標準與監(jiān)測評估方法等。

4.3 新材料新技術新工藝研發(fā)

根據新材料、新技術、新工藝的最新研究與應用成果，以灌區(qū)現代化建設需求為牽引，在大流量輸水管道管材研制、柔性復合高分子防滲材料、防滲渠道和渠系建筑物工廠化制造與機械化施工、水閘新材料研制、排水溝生態(tài)治理技術等方面開展創(chuàng)新，降低成本和對環(huán)境不利影響，提高工程質量、耐久性、施工機械化水平。

4.4 灌區(qū)信息采集、監(jiān)測、控制技術創(chuàng)新

適應灌區(qū)未來發(fā)展需要，灌區(qū)信息采集與監(jiān)測應該從地面點測向地面點測與空間面測融合方向轉變，加強信息覆蓋范圍、自動采集、實時分析、傳輸與處理能力。

(1)研發(fā)量測控一體化新型灌區(qū)量水與控制設備、田間灌溉控制技術與設備等，統(tǒng)一標準、提高兼容與適應性。

(2)研究基于遙感技術的灌區(qū)基礎信息快速調查、監(jiān)測分析方法，重點在利用高分辨率、多時相遙感信 息反演灌溉面積、作物種植結構、土壤墑情、作物耗水量、水分生產率等方面取得突破，提高數據信息的精準度、時效性和處理分析效率。

(3)構建集地面地下觀測、地面驗證、空間監(jiān)測(遙感、無人機)為一體的灌區(qū)立體多維信息采集、監(jiān)測網絡體系，水量、水質雙監(jiān)控，開發(fā)多源信息融合與綜合處理分析系統(tǒng)。

4.5 灌區(qū)智慧管理系統(tǒng)(知識管理系統(tǒng))研發(fā)

在構建的灌區(qū)立體多維信息采集、監(jiān)測網絡體系基礎上，深入挖掘灌區(qū)信息數據，建立灌區(qū)知識庫(知識管理系統(tǒng))，緊密結合灌區(qū)業(yè)務需要，開發(fā)灌區(qū)智慧管理系統(tǒng)，為灌區(qū)現代化發(fā)展創(chuàng)造條件。

(1)以灌區(qū)信息采集監(jiān)測網絡為支撐，開發(fā)規(guī)范標準化與兼容性強的自學習型灌區(qū)知識管理系統(tǒng)，動態(tài)分析灌區(qū)氣象、土壤水分、作物生長、水源、灌區(qū)生態(tài)等信息，自動更新分析灌區(qū)要素信息規(guī)律與交互關系，全方位感知灌區(qū)工程、用水、作物、環(huán)境等狀況。

(2)開發(fā)基于3S、互聯(lián)網、云計算的灌區(qū)全域、分區(qū)、分作物灌溉預報以及灌排管理決策支持系統(tǒng)，實現灌區(qū)灌排管理的科學化與信息化，提高灌區(qū)管理效率與能力。

(3)集成灌區(qū)知識管理系統(tǒng)、灌溉預報與決策支持系統(tǒng)、用水管理、災害預警與應急響應、灌區(qū)評價等應用系統(tǒng)，統(tǒng)一規(guī)范標準與模式化軟件開發(fā)，形成兼容通用的灌區(qū)智慧管理平臺，為灌區(qū)管理、知識共享、公眾服務提供有效工具，驅動灌區(qū)現代化發(fā)展。

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[1] 韓振中. 中國大陸灌溉排水發(fā)展展望[C]∥ 海峽兩岸農田水利交流研討會，重慶，2015.

[2] 中國灌溉排水發(fā)展中心. 灌區(qū)專項普查[R]. 北京，2016.

[3] 韓振中. 農田水利現代化與科技創(chuàng)新[J]. 水利發(fā)展研究， 2015,(1):10-13.

[4] 李 楊，劉 軍，徐柏楊，等. 綜合平臺下多源水利信息的主題可視化實例[J]. 水利信息化，2016,(3):1-5.