水資源保護與科學用水

趙陽

聯(lián)合國教科文組織在1997年把水資源定義為“可資利用或可能被利用的水源，即應當能夠為滿足生產(chǎn)生活用途而得以利用”，而《中國自然資源》將水資源定義為“能為人類生產(chǎn)生活直接利用的，在水循環(huán)過程中產(chǎn)生的地表、地下徑流和由它們存留在陸地上可再生的水體”。

水資源現(xiàn)已成為全球最稀缺的自然資源， 據(jù)世界資源研究所分析，全球近三分之一人口即26億人生活在“高度缺水”的國家，我國就是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。尤其是我國西部地區(qū)因受地理環(huán)境和人為因素所致，水資源緊缺的問題日趨突出，已不僅僅是資源問題，更成為關系到國家經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展和長治久安的重大戰(zhàn)略問題。

水是生命之源，一旦失去水，人類將面臨死亡，世上萬物也會枯竭。水并不是取之不盡，用之不竭的。水資源的保護及其合理利用，已成為干旱區(qū)開發(fā)的第一限制性因素。因此，對水資源的保護、開拓水源、節(jié)約與科學利用，以及提高水資源的經(jīng)濟效益等方面，已成為刻不容緩的重要研究課題。

一、水資源的類型

目前水資源的類型可分為：地表水（河流、湖泊、溪流等）;地下水（自流水、井水）;再生水、海水;淡化水等四種類型。

再生水是指城市污水及村鎮(zhèn)排水或雨水經(jīng)適當處理后，達到一定的水質指標，滿足某種使用要求，可以進行有益使用的水;從經(jīng)濟的角度來分析，再生水的成本最低，從環(huán)保的角度看，污水再生利用有助于改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)水生態(tài)的良性循環(huán)。另外，埃及、以色列等國已有很多實例說明，能將海水直接用于灌溉沙質田間。

所謂的淡化水是指海水或微堿水經(jīng)過脫鹽和淡化處理的水。淡化方式有蒸發(fā)法、反向滲透法、電滲吸法、凍結法等。淡水化系統(tǒng)是近年來才開發(fā)的產(chǎn)物，可望隨著科學技術的發(fā)展更加完善。目前，世界上已有120多個國家在運用海水淡化技術獲取淡水，海水淡化產(chǎn)業(yè)將會成為朝陽產(chǎn)業(yè)。但是，如果從這些淡水化系統(tǒng)的造水耗能價格來考慮，與自然資源相比，價格還是昂貴的。

自古以來，在水源缺乏的干旱地區(qū)就有了把降雨徑流收集起來的作法，足可說明人類的偉大才智。為了利用地面坡度盡可能多地收集徑流，巧妙地在防滲和集水方面動腦筋的跡象也可以從古代遺跡中了解到。自古就有作為大規(guī)模導水設施的坎兒井，這種井一般是在10?20米的地下挖掘5?10公里的隧洞，以防止地下水在輸入田間的時候蒸發(fā)掉。據(jù)說從幾千年前就以亞洲西南為中心區(qū)域發(fā)展起來了，不斷維修管理直到今天尚在使用。

坎兒井分布地域以伊朗高原為中心，西至摩洛哥，東至我國新疆。新疆吐魯番盆地的坎兒井與萬里長城、京杭大運河、都江堰并稱為中國古代四大工程。當?shù)厍趧谥腔鄣膭趧尤嗣駷榱四軐⑦h處天山下的雪水，通過茫茫燥熱的戈壁灘引入到城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村，便創(chuàng)造出了令人嘆為觀止的地下水利工程——坎兒井。吐魯番盆地坎兒井總數(shù)有1700多條，全長約5000公里。

回顧歷史，是水養(yǎng)育了人類，造就了文明。兩河流域興起了古巴比倫文明，尼羅河創(chuàng)造了古埃及文明，黃河是中華文明的發(fā)源地，海洋使古希臘文明一度輝煌。但今天，缺水卻成為人類生存的障礙，應當引起我們的深思。

二、水資源利用類型

世界干旱半干旱氣候遍及50多個國家和地區(qū)。除南極洲外，各大洲干旱半干旱地區(qū)的面積，合計占陸地面積的34.9%。在人類所有的生產(chǎn)活動中農(nóng)業(yè)灌溉用水量占據(jù)80%的比例，而且在干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)利用的水源，往往是利用河流和地下水。

全球水資源的69%用于農(nóng)業(yè)，23%用于工業(yè)，8%用于居民生活;我國人均占有水資源量為2200立方米，僅為世界人均占有水量的25%、美國的20%，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。

我國傳統(tǒng)的用水模式中，灌溉用水的實際利用率僅為30%～40%，大水漫灌不僅導致生產(chǎn)效率低下，而且造成了水資源的浪費。據(jù)有關數(shù)據(jù)顯示，我國農(nóng)業(yè)用水量大約占總用水量的70%以上，但在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)漫灌方式下，全部耕地中只有40%能夠確保灌溉，因此在科學用水的基礎上，發(fā)展高效農(nóng)田節(jié)水灌溉技術具有重要的現(xiàn)實意義。

我國不僅面臨著水資源緊張，而且在科學用水方面大有改進之處，還存在著用水嚴重浪費的現(xiàn)象。尤其是在農(nóng)業(yè)灌溉中普遍存在著配水系統(tǒng)效率偏低，灌區(qū)用水管理粗放，田間灌溉及排水應用技術落后，灌溉及排水工程不配套、老化失修嚴重等突出問題。這不僅造成有限水資源的浪費和能源的耗費，還帶來較為嚴重的土壤鹽漬化等農(nóng)田生態(tài)環(huán)境問題，嚴重制約著我國農(nóng)業(yè)高效用水的發(fā)展。

三、先進的灌溉技術

綜觀作物灌溉技術的發(fā)展，在經(jīng)歷了農(nóng)耕文明歷史上傳統(tǒng)的自然降水澆灌、漫灌、畦灌、溝灌、渠灌、桶澆、瓢潑等簡單落后灌溉技術;隨著科技進步的發(fā)展，國內(nèi)外許多地方開始使用的噴灌、微噴灌、滴灌、膜下滴灌、涌泉灌、噴水帶灌、機械灌溉等新技術以后，近年來又發(fā)展進步到了“精確用水”、“精確灌溉”的最先進的農(nóng)林作物滲灌節(jié)水高新技術。

1.噴灌法

噴灌是灌溉方法之一，噴灌是用壓力管道輸水，再由噴頭將水噴射到空中，形成細小的水滴，像降雨一樣均勻地灑落在地面，濕潤土壤并滿足作物需水要求的一種灌溉方式。噴灌系統(tǒng)的形式很多，各具特色，分類的方法也不同。如按噴灌系統(tǒng)的壓力的方式分類，有機壓噴灌系統(tǒng)和自壓噴灌系統(tǒng);如按系統(tǒng)構成的特點分類，又可分為管道式噴灌系統(tǒng)和機組式噴灌系統(tǒng);如按系統(tǒng)中主要組成部分是固定式的還是移動式的來劃分，可將噴灌系統(tǒng)分為移動式、固定式和半固定式三類。

與傳統(tǒng)的地面灌水方法相比，噴灌具有明顯的優(yōu)點：①灌水均勻，省水;②適應性強，不受地形限制;③省工、省地、增產(chǎn);④有利于實現(xiàn)灌水機械自動化，還可以結合噴灌進行噴肥、噴藥、防干熱風、防霜凍等 。

但噴灌也有一些缺點：①一次性投資較高;②能耗較大;③操作麻煩，受風的影響較大。但隨著生產(chǎn)發(fā)展和國民經(jīng)濟建設的需要，以及噴灌技術設備的改進與提高。噴灌將會得到穩(wěn)定的發(fā)展。

2.微灌法

微灌是根據(jù)作物需水要求，通過管道系統(tǒng)與安裝在末級管道上的灌水器，將水輸送到作物根系的土壤表面或土層中去的灌水方法。與傳統(tǒng)的全面積濕潤的地面灌和噴灌相比，微灌只以較小的流量濕潤作物根系附近的部分土壤，因此，又稱為局部灌溉技術。

微灌法可分為以下幾種類型：

地表滴灌，是通過末級管道（稱為毛管）上的滴頭，將壓力水以間斷或連續(xù)的水流形式灌到作物根系附近土壤表面的灌水形式。

地下滴灌，將水直接輸送到地表下的作物根系區(qū)，其流量與地表滴灌相接近，可有效減少地表蒸發(fā)，是最為節(jié)水的一種灌水形式。在此基礎上，又進一步開發(fā)出膜下滴灌技術。在鋪設地膜的同時應用滴灌技術。這是一種結合了以色列滴灌技術和國內(nèi)覆膜技術優(yōu)點的新型節(jié)水灌溉技術。通過鋪設在地膜下方的灌溉帶供水，將加壓的水和水溶性肥料充分融合，形成肥水溶液，進入輸水干管-支管-毛管，再由毛管上的滴水器一滴一滴地均勻、定時、定量浸潤作物根系發(fā)育區(qū)，供根系吸收。

微噴灌，是利用直接安裝在毛管上，或與毛管連接的微噴頭，將壓力水以噴灑狀的形式噴灑在作物根系附近的土壤表面的一種灌水形式，簡稱微噴。微噴灌還具有提高空氣濕度，調(diào)節(jié)田間小氣候的作用。

涌泉灌，是指輸水管道中的壓力水通過涌水器，以小股水流或泉水的形式輸送到土壤表面的一種灌水形式。

近年來又出現(xiàn)微噴帶設備，它也是一種新型微灌設備，又稱噴灌帶、微噴帶、噴水帶、噴水管、多孔軟管等。其工作原理是將水用壓力經(jīng)過輸水管和微噴管帶送到田間，通過微噴帶上的出水孔，在重力和空氣阻力的作用下，形成細雨般的噴灑效果。

3.改進的地表灌溉法

在有條件的地方完全可以采用上述的各種先進灌溉技術。但在那些基本條件不足的邊遠地區(qū)，還需要繼續(xù)推廣應用地表灌溉法。經(jīng)過改進的地表灌溉法具有投資少、能耗低、運行費用小、使用管理方便等優(yōu)點而得以廣泛應用。

改進的地表灌溉技術，包括采用先進的平地技術和地表灌水技術，改進溝畦灌溉規(guī)格和技術要素等。

平整土地基本要求：平整后土地采用畦灌時，地面起伏高度一般應小于10 cm，溝灌時地面起伏高度應小于2Ocm。

充分利用節(jié)水灌溉技術，采用小畦灌法、長畦分段灌法、水平畦灌法、細流溝灌法、及隔溝灌溉法。

小畦灌法的特點是水流流程短，灌水均勻，提高灌水均勻度和水利用率，達到節(jié)水增產(chǎn)的目的;

長畦分段灌法可以達到小畦灌溉同樣的節(jié)水效果，而且減少了田間渠道，節(jié)約了耕地，也便于農(nóng)業(yè)機械化耕作，具有明顯的節(jié)水、節(jié)能、灌水均勻、灌溉效率高、投資小、效益大等特點;

水平畦灌法是一種在短時間內(nèi)供水給大塊水平畦田的地面灌水方法，是一種先進的節(jié)水灌溉技術。其深層滲漏損失小，也不易產(chǎn)生地表徑流，效率和均勻度都很高;

細流溝灌法與一般溝灌規(guī)格相同，不同之處在于，流量較小，其優(yōu)點是灌水均勻，節(jié)水保肥，不破壞土壤團粒結構;

隔溝灌法也是溝灌的一種節(jié)水形式，灌水時，一條溝灌水，一條溝不灌水。此法具有灌水量小，可減輕灌后遇雨對作物的不利影響等特點。

為了改進地表灌溉技術質量，提高節(jié)水效果，不僅要選用適宜的節(jié)水灌溉方法，更重要的是應根據(jù)當?shù)貤l件合理地確定灌水技術要素，在確定時要因地制宜，靈活調(diào)整。

科學用水是一種多學科、多門類的綜合技術。在全球水資源緊缺的情況下，配之以相應的農(nóng)業(yè)、管理、政策措施，會在相互促進中達到最佳的節(jié)水效果。相信隨著人們水患意識的逐步增強，我國農(nóng)業(yè)及各項事業(yè)工程建設會走出一條具有中國特色的科學用水新途徑。