这里所说的农业用水指城市近郊和农村居民生活用水、牲畜用水、农副产品加工用水及灌溉用水。后者又可分为林木、草场、饲料作物、蔬菜、粮食与经济作物灌溉用水等。乡镇工业用水因其性质不同,不在讨论之列。 本章主要讨论缺水地区灌溉用水的节水问题。其他用水(如农村生活用水)性质因同城市同类用水性质相似,不赘述。
一、农业用水特点 同城市工业与生活用水相比,农业用水则具有另一类特点,大致是: 1.用水点分散、单位水量负荷小、分布范围广、保证率低。因此,即便在缺水地区甚至面临人畜饮水困难或严重干旱,通常都不呈现集中而明显的供需矛盾。这往往为集中而有效地解决缺水问题带来某种困难。 2.用水总量大、用水效率低。这一方面说明农业用水有极大的潜力;另一方面反映在区域水资源供需平衡上农业用水具有举足轻重的影响。由此可见农业节水的重要性。 3.灌溉用水(节水)同所在地区的自然地理条件,特别是降水径流条件紧密相关。因而具有区域性特征。在社会经济尚不发达的情况下,农业在很大程度上还是“靠天吃饭”。 4.降水、地面水、地下水和土壤水之间的互相转化是影响农业用水(节水)的重要机制;农作物的生长规律、农业种植结构也是影响农业用水(节水)的重要因素。由此决定了农业节水的方向与性质。 5.管理较薄弱,资金投入受限。由此可见,解决农业缺水问题和开展农业节水工作的难度较大,情况也很复杂。 此外,还应当看到,由于河流水系分散而城市、农村往往又处于同一水系,因此城市用水与农业用水在一定条件下是互相关联、互相影响的。因而在水资源不足的情况下会出现城市或工业同农业争水的问题。城市或工业废弃物(包括污水)的任意排放会对其近郊或大量农业用水构成严重威胁,反之滥施化肥、农药也会污染城市用水水源。在适当条件下可以大范围内实行水资源合理开发利用,进行水的再利用——直接或间接回用等等。可以说,郊区农业用水(节水)同城市用水(节水),有密切联系。
二、农业用水“开源节流”途径 解决农业用水供需矛盾的基本原则仍不外是“开源节流”。 从根本上讲,农业用水的开源途径是提高一个区域(或流域)降水径流利用率。为此,需要从多方面加强流域的综合治理,其主要内容有: 1.植树造林、养护水资源 森林是一种复杂的环境生态系统,从水资源角度看也有十分重要的作用。如在山区和平原分别营造蓄水林和防护林网,可涵养水源、调节径流、加强水土保持、增加地下水补给、改善地面水水质、可减少地面蒸发损失、改善小气候环境。这些都有利于农业用水。单就水资源量而言,如以每亩林地可多蓄水20m↑3,且森林覆盖面10-20年后增加5%~10%计,以林网减少地面蒸发30%计,在缺水地区由此所增加的可利用水资源量是很可观的。 2.进一步扩大及完善山区与平原水库调蓄系统 目前北方缺水地区,山区水库的控制面积和程度尚不高,雨季相当一部分地面径流得不到调蓄,弃水量很大;而旱季或枯水年份又严重缺水。平原水库因周围地下水位控制不当,不仅水利效益低且加剧了土壤盐碱化。因此有必要统筹安排、适当建立扩大山区水库的径流调蓄作用,有计划地抽取平原水库周围地区的地下水用于灌溉并控制地下水位,变害为利。由此获得的效益(水量)也很可观。 3.地下水资源开发的合理化 目前北方缺水地区地下水无计划开发状态有待改变,地下水资源开发合理化的基本内容大体有:在适合开发地下水的地区合理布置农业灌溉井群,合理开发;优先开发浅层地下水,适当利用深层水,“寓排于灌”,兴利避害;提倡淡咸水混合灌溉,改造利用浅咸水层(“抽咸补淡”),由此可以提高蓄水层的调节能力,增加地下水的补给量和开发量,减少地面蒸发损失,减轻土壤盐碱化,其效果是很可观的。 4.建立“地下水库” 在自然状态下,地面径流与地下水循环密切相关,互相调节。据估计,全球多年通过地下循环的水量约相当地面径流的30%,其总量远超过人工地面调节水量的5~6倍以上。可见地下蓄水层对地面径流的巨大调节作用。为了更充分利用水资源,就应重视地下蓄水层的调节作用。为此,除保持地下水合理开采同自然平衡外,还须用人工干予的办法提高地下蓄水层的调蓄作用,以增加地下水的可开采储量,提高径流资源的利用率。人工干予的办法几乎包括一切直接与间接的地下水人工补给措施。其中以直接的人工补给方法——建立“地下水库”,实行地面人渗或井灌的影响最为强烈。“地下水库”即为可以人为地用以调节径流的地下蓄水层(空间)。凡是采取一定措施即可增加调蓄容量的地下蓄水空间,如河床、古河道、区域漏斗,浅咸水层等均可视为“地下水库”。 5.污水处理回用 据不完全统计,目前全国实行污水灌溉的农田面积已超过500多万亩,范围相当广泛。应该讲,污水处理回用于农业,在可灵活采取直接或间接回用方式、水量比较集中、对水质要求相对较低、便于应用较简单的水处理方法和设施如氧化塘、氧化沟等、节约资金,有利于污染综合治理和利用污水肥份以及建立城乡生态环境等很多方面都具有更多的优越性。因此,在一个地区或城市特别是小城镇应根据当地水资源条件,对污水处理回用作出统一安排,以发挥污水回用的积极效应,使其进入生态环境的良性循环状态。应当指出,在郊区农村范围内,特别小城镇,处理好人居生活、乡镇工业、养殖业、加工业、种植业、渔业、畜牧业、林业之间的生态平衡关系,对于水资源的有效利用、节约用水、控制污染,同样具有重要意义。 农业节水的基本途径是实行农田灌溉节水,其主要措施有: 1.合理拟定农业种植结构 合理拟定农业种植结构,除要考虑包括水资源在内的各项自然条件外,还涉及某区域范围内对粮食、经济作物的市场要求。两方面因素相互影响,互相制约,情况比较复杂。显然,不同的农业种植结构均直接影响到农业需水量。合理的农业种植结构应该是在基本满足某一区域范围内对粮食、经济作物的市场需求前提下的“适水型”农业种植结构。“适水型”农业种植结构即与当地水资源条件相适应的那种农业种植结构。 2.实施经济灌溉定额 所谓经济灌溉定额,即在保证农业总产量增产效益且用水效率高的前提下的灌溉用水定额。它完全不同于目前习惯采用的所谓丰产充分灌溉定额。后者显然并不顾及灌溉用水效率,因而是浪费水的。 采用经济灌溉定额是实现农业节水的中心环节。制定经济灌溉定额,除须充分考虑不同作物生长期的需水规律外,还须考虑作物生长期间的有效降雨及前期降雨等因素的影响。灌溉定额值还同灌溉保证率有关。由此可见,制定和实施经济灌溉定额是一项复杂的工作,它关系到大量的自然因素。 3.提高灌区水的利用效率 总的讲,目前缺水地区灌区内渠灌水的利用系数不高,一般仅在0.4~0.5之间。在这方面,如提高水的利用系数将涉及灌溉方式、灌溉渠道防渗防漏等工程措施,其投资大。预计通过采取综合措施,到2000年可望将渠灌区水的利用系数提到0.6~0.65,井灌区若发展管道灌溉系统,井灌区水的利用系数可望达到0.9。 目前经济发达国家灌溉工程的发展趋势是,既考虑节水,又考虑节能,正向低压输水管道化方向发展,即推行喷灌、滴灌技术。
三、喷灌与滴灌 喷灌与滴灌都是管道化灌溉系统的一种行之有效的高效节水灌溉技术。目前在经济发达国家,特别在缺水地区已被广泛采用。 喷灌是经管道输送将水通过架空喷头进行喷洒灌溉。其优点是可将水喷射到空中变成细滴均匀地散布到田间。它可按农作物品种、土壤和气候状况适时适量喷洒。其每次喷洒水量少,一般不产生地面径流和深层渗漏,更不致因灌溉抬高地下水位引起土壤盐碱化。喷灌还有保持土壤结构、保水、保肥、改善田间小气候的作用,具有一定的对农作物防高温、防霜冻、防病虫害效果。据估计,喷灌比地面灌溉(漫灌和畦灌)省水30%~50%,省地7%~10%,增产效果达10%~30%。喷灌一般不受地形限制,省劳力、工效较高。 滴灌是经管道输送将水通过滴头直接滴到植物根部。因此,滴灌除具有喷灌的主要优点外,比喷灌更节水(约40%),节能(50%一70%),但因管道系统分布范围大需更多的投资和运行管理工作量。 进入20世纪80年代,以色列已经全部采用了喷灌、滴灌技术,并以发展滴灌技术为主。先进而高效的农业灌溉技术,是以色列得以在严重缺水的沙漠地带发展其高效农业和保持经济高度发展之本。 为了降低应用滴灌技术的投资和运行成本,水利水电科学院等单位研究了一套适合我国国情的“燕山滴灌技术”,它因其在北京地区研制运用成功而得名。 “燕山滴灌技术”是一种半固定式滴灌系统,不仅省水、节能,而且每亩设备费较低。该项灌溉技术已逐步得到推广,并已取得多处大面积应用的成功经验。 燕山滴灌技术不同于国外滴灌技术的特点,是采用移动式毛管、用水阻管调节水压、利用微管滴头滴水兼调水压,因而可用于大田密植作物,降低了系统投资。此外,对于喷头堵塞问题也考虑了有效预防措施,使滴头堵塞率下降至3%~4%,从而减轻了系统运行维护工作量。 上述喷灌、滴灌技术,同样适用于城市公园、绿化区、风景区、高尔夫球场以至私人宅地的浇洒。这方面具有节水意义的用水器具有:旋转喷洒器、低流量微孔灌溉系统、脉动低流量喷射器、自动浇洒操作系统、定量自闭阀等
【来源:人与自然】