前 沿 ２０１２．１中国水利 提高灌溉水利用系数的探讨 彭世彰’。高晓丽１，２ （１．水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，２１００９８，南京；２．河海大学水利水电学院，２１００９８，南京） 摘要：提高灌溉水利用系数对于发展灌溉农业、缓解水资源短缺、实现粮食安全和水资源安全战略目标等具有重 要意义 探讨了目前我国灌溉水利用系数状况以及提高灌溉水利用系数的工程技术与高效用水调控技术等主要措 施．分析了当前提高灌溉水利用系数存在的问题与今后进一步提高灌溉水利用系数需要研究的主要内容。 关键词：灌溉水利用系数；渠系水利用系数；田间水利用系数；灌区生态；水资源可持续利用 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｉｒｒｉｇａｔｅｄ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ／／Ｐｅｎｇ Ｓｈｉｚｈａｎｇ，Ｇａｏ Ｘｉａｏｌｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｉｒｒｉｇａｔｅｄ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｉｒｒｉｇａｔｅｄ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ｒｅｌｉｅｆ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｓｈｏｒｔａｇｅ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒａｔｅｇｉｃ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ ｏｆ ｆｏｏｄ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｓｅｃｕｒｉｔｙ．Ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｒｒｉｇａｔｅｄ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈｌｙ—ｅｆｉｆｃｉｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．，Ｉ１Ｉｌｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｗｉｔｈ ｉｒｒｉｇａｔｅｄ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｒｒｉｇａｔｅｄ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ；ｃａｎａｌ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｆｉｅｌｄ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ；ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｅｃｏｌｏｇｙ； ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ 中图分类号：￥２７４＋ＴＶ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００一ｌ１２３（２０１２）０１—００３３—０３ 人多、地少、水缺的基本国情。迫 改造的持续发展．我国灌区灌溉水利 目前．我国灌区平均灌溉水利用 切需要在实现粮食安全和水资源安全 用系数逐年提高，各省（自治区、直 系数仅为０．５．灌溉水利用系数低的省 战略过程中切实有效地提高灌溉水利 辖市）和新疆生产建设兵团等近４ 份比例逐渐减少．系数高的省份比例 用系数．缓解农业用水供需紧张的矛 年的灌溉水利用系数统计如表１、表 逐渐增加。一般来说，大型灌区灌溉水 盾．支撑粮食生产的可持续发展。２００９ ２所示。 利用系数较低．但由于大型灌区续建 年全国总用水量为５９３３亿ｍ ．农业 表１ 不同年份灌溉水利用系数 用水量为３６８７亿ｍ３．占总用水量的 ６２．１％。在比重较大的农业用水中。灌 年份 平均值 大型灌区 中型灌区 小型灌区 纯井灌区 溉水利用率低．浪费现象普遍存在。 ２００６正 ０．４６３ ０．４１６ ０．４２５ ０．４６２ ０．６８９ 目前．我国灌溉水利用系数平均为 ２００７芷 ０．４７５ ０．４３０ ０．４３３ ０．４７１ ０．６８３ ０．５０．远低于０．７～０．８的世界先进水 ２００８年 ０．４８３ Ｏ．４４０ ０．４４６ ０．４８２ ０．６８９ 平．灌溉水利用系数具有很大提升潜 力 灌溉水利用系数从０．５０提高到 ２００９矩 ０．４９３ ０．４４６ ０．４５３ ０．４９０ ０．６９７ ０。５５．仅此一项每年即可节约水量 表２不同灌溉水利用系数范围的省份统计 １５０亿～２００亿ｒｎ３。因此．提高灌溉水 利用系数，是解决农业用水短缺、实 灌溉水利用 ２００８定 ２００９矩 现水资源可持续利用和制定新形势 系数范围 省份个数 占百分比（％） 省份个数 占百分比（％） 下的治水方略等亟需研究的问题 ０．５５以上 ６ １９ ９ ２８ 一Ｏ－４５～Ｏ．５５ １４ ４４ １４ ４４ 、我国灌溉水利用状况 近年．随着灌区工程建设与节水 ０．３５－０．４５ １２ ３７ ９ ２８ 收稿日期：２０１１－０９＿Ｏ５ 作者简介：彭世彰，教授．博士生导师，水文水资源与水利工程科学国家重点实验室主任。 ３３■ 前 沿 ＣＨＩＮＡ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ ２０１ ２．１ 配套与节水改造持续稳定投入．加之 综合有效的灌区信息现代化管理．灌 溉水利用系数增长较快．且有较大的 提升空间 而由于对地表水和地下水 的联合调度以及微灌、喷灌、低压管 道输水灌溉和渠道防渗等节水灌溉 技术的广泛应用．纯井灌区具有较高 的灌溉水利用系数．但工程条件没有 改善、个别地区甚至有老化现象。致 使灌溉水利用系数增幅较小 ２００９年 大型、中型、小型和纯井灌区的灌溉 用水量分别占总灌溉用水量的 ３５．７％、２５－３％、２５．６％和１３－３％．其灌溉 水利用系数与我国节水灌溉规范中 规定的０．５０、０．６０、０．７０、０．８０还有一定 的差距 我国节水灌溉面积比例小．技术 创新与推广体系不健全．土地平整精 度差．田间工程不配套．灌溉用水管 理技术落后。信息技术、计算机、自动 控制技术等在灌溉用水管理中的应 用还很少．均限制着我国灌溉水利用 系数的提高 因此．为了实现２０２０年 我国灌区灌溉水利用系数达到０．５５ 的目标．加快农田水利建设．增加全 国节水灌溉面积．加强灌区现代化管 理．加强灌溉水的重复利用．增强群 众节水意识等．是提高灌溉水利用系 数的必然选择 二、提高灌溉水利用系数 的主要措施 灌溉水利用系数主要受渠道防 渗措施、土壤质地、地下水埋深、灌溉 技术、渠道输水时间、灌区类型、灌区 规模和渠道级别等因素影响 １．减少渠系输水损失，提高渠系 水利用系数 渠系输水损失的原因主要是各级 渠道的渠床渗漏和工程配套不完善而 造成的漏水、泄水和渠堤决口跑水等。 进行以渠道防渗和低压管道输水为中 心的灌区工程改造和实施科学合理的 输配水，减少漏水、泄水和弃水等水量 损失．以提高渠系水利用系数 ■３４ （１）渠道防渗 渠道防渗是提高渠系水利用系 数最有效、应用最普遍的工程技术措 施之一 渠道防渗主要有浆砌块石衬 砌、混凝土衬砌和塑料薄膜等方式， 较土渠分别减少渗漏损失水量５０％～ ６０％、６０％～７０％和７０％～８０％。大型灌 区的渠道防渗可使渠系水利用系数 提高０．２～０．４．减少渠道渗漏损失 ５０％～９０％。到２００９年年底．全国防渗 渠道控制面积为１ １１６．６万ｈｍ２．占全 国工程节水灌溉面积的４３．４％．支渠 以下的渠道大部分仍是土质渠道．渠 道水利用系数具有很大的提升空间 渠道防渗有效地减少了渗漏损失水 量．在一定范围内．渠系水利用系数 随着渠系防渗率的增加而增加 （２）低压管道代替明渠输水 用低压管道代替明渠输水．既可 减少输水过程中的渠道渗漏和水面 蒸发损失．又可严格控制灌溉用水． 渠系水利用系数高达０．９５～０．９７．与土 渠灌溉相比可节约水量２５．５％～４０％ 渠道防渗和低压管道输水提高 了渠系水利用系数．但减少了渠系和 田间渗漏损失水量对地下水的补给． 对地下水水位产生一定影响．可能导 致生物栖息地破坏、自然植被衰竭、 湖泊湿地萎缩、土壤盐渍化等一系列 生态问题 （３）加强渠系输配水管理 渠系水的不合理配置．也是造成 灌溉水浪费的重要因素 国内开发了 渠系配水软件、决策支持系统，并增 加各种渠系配套建筑物．发展各种配 水、量水技术．加强对渠系水的优化配 置：美国、加拿大、澳大利亚、！Ｅｌ本和法 国等发达国家大量采用计算机技术调 控渠系输配水．把计算机技术、自动控 制技术、系统工程技术等应用于用水 管理．运用智能化的灌溉预报与节水 灌溉决策支持系统．实现集信息采 集一处理一决策一信息反馈一监控为 一体的调度系统 其中．美国垦务局将 自动控制技术用于灌区配水调度．配 水效率从过去的８０％增加到９６％ 加 强渠系输配水管理．减少渠系的泄水、 弃水和退水等水量损失．实现灌区水 资源的优化配置和灌溉水的合理调 度．从而提高灌溉水利用率 ２．减少田间无效耗水，提高田 间水利用系数 田间渗漏、径流、地表蒸发和植 株蒸腾等水量损失大大降低了田间 水利用系数，为此．推广先进的灌水 技术、高效用水调控技术以及农艺措 施．以减少田间无效耗水．提高田间 水利用系数 （１）先进的灌水技术 美国、以色列、澳大利亚等国家 已大面积采用水平畦灌、波涌灌等精 细地面灌溉方法．激光控制平地技术 使农田灌溉水利用率提高了２０％～ ３０％。喷灌、微喷灌、滴灌和覆膜灌等 先进的灌水技术逐步推广．减少了田 间灌溉水渗漏、径流、地表蒸发以及 棵问蒸发损失水量．田问水利用率显 著提高 其中．喷灌可使灌溉水利用 系数达到０．７以上．比地面灌溉减少 水量损失３０％～４０％：滴灌进一步减少 了蒸发和渗漏的损失．比喷灌减少水 量损失３０％．比地面灌溉减少水量损 失７０％～８０％：膜下滴灌比常规沟灌减 少水量损失５０％左右：涌流畦灌可减 少水量损失１０％～４０％ 美国在平移式 喷灌机上对喷头装置和喷洒方式进 行了改造．灌溉水的利用系数可提高 到０．９以上：以色列采用渠道输水、喷 灌、滴灌和自动控制技术，使灌溉水 利用系数平均达到０．９ 大力开发与 推广各种先进灌水技术．可不同程度 地提高灌溉水利用系数 （２）高效用水调控技术 灌溉水的最终目标不是灌人田 问．而是被作物吸收利用 进入田间 的灌溉水很大部分以植株蒸腾和株 间蒸发的形式而散失 如果充分利用 作物自身根系吸水和叶片气孔调节 作用．可以减少这部分水量损失。近 年特别注重作物高效用水生理学基 前 沿 ２０１２．１中国水利 础．通过对土壤一植物一大气连续体 区依靠提高回归水重复利用率．灌区 灌溉水利用系数均得以显著提高 从 及地下水等水资源．在井渠结合灌 区．研究不同防渗率与灌溉水利用系 水分传输机理与植物适度缺水的补 偿效应等问题的研究．国内外相继开 水资源平衡的角度分析．径流和渗漏 损失的水量一部分转化为其他形式 的水，通过引、蓄、提相结合的工程， 数的关系．构建最佳井渠比调控模 式．联合调配地表水与地下水．提高 灌区内部灌溉水的重复利用率．实现 水资源的优化配置 展了作物调亏灌溉、控制性分根交替 灌溉、水稻控制灌溉和精准灌溉等作 物高效用水调控技术．掌握田间土壤 水分状况和植物生理生态过程及其 耗水规律，建立具有监测、传输、诊 部分可以重复利用。在北方灌区．多 通过井渠结合的方式．联合调配地表 水与地下水．重复利用渠系和田间的 ４．研究下垫面非均一条件下 灌区灌溉水利用系数的尺度效应 断、决策等功能的作物精量控制灌溉 系统。进行科学合理的灌溉。因此．利 用作物自身调控功能．开展作物高效 用水调控技术．减少植株蒸腾和株间 蒸发等水量损失．降低作物需水量要 求．也是提高灌溉水利用系数的重要 途径。 （３）农艺措施 对土壤进行深耕中耕．增施有机 肥．改善土壤结构，提高土壤涵蓄水 能力．增强根系对土壤水分的吸收能 力：在秸秆覆盖、砂土、薄膜和人工保 水剂等方面也进行了许多研究．可以 提高耕层土壤贮水量：调整和优化作 物种植结构．合理分配灌溉水．提高 农田整体水分利用效率 采取各种农 艺措施．减少了灌溉水在土壤中的渗 漏与表土蒸发等水量损失．从而增加 耕作层土壤的保水能力．提高了田间 水利用系数 ３．加强回归水的重复利用，减 少渠首灌溉引水量 众多研究表明．灌溉水利用系数 随空间尺度的增加而降低．存在一定 的尺度效应 回归水及其重复利用是 导致灌区灌溉水利用系数产生尺度 效应的主要原因。通过加强灌溉管理 和增设重复利用灌溉水设施．提高回 归水的重复利用率．实现提高灌区灌 溉水利用系数的目标。 随着空间尺度的加大．回归水量 也增多 有效的管理可以提高回归水 的重复利用率．比如采取按田分水、 提高水价等措施。促进不同尺度下回 归水的重复利用：制定科学的灌溉制 度．采取先远后近、先高后低的轮灌 制度．充分利用渗漏水。湖北漳河灌 渗漏水：在南方丘陵地区．采用长藤 结瓜灌溉系统．利用灌区内的塘堰及 中小型水库拦截部分灌溉水径流损 失的水量。增设水重复利用设施．力 争水资源在灌区内部重复利用．可以 提高灌区灌溉水利用系数 分析灌溉水利用系数的尺度效 应．并加强回归水的重复利用，有助 于提高灌区灌溉水利用系数 但以往 对灌溉水利用系数尺度效应的研究 多集中于下垫面均一的情况．具有很 大的局限性 三、需要研究的主要内容 １跟踪灌溉水利用系数动态变化 进一步探索适合我国灌区的灌 溉水利用系数指标体系．并健全灌溉 水利用系数全国测算分析网络．因地 制宜地选择测算方式．动态分析全国 及各地区的灌溉水利用系数及其变 化情况．有助于灌溉水利用系数较低 的地区及时采取相应的措施．以提高 整体灌溉水利用系数 ２．确定不同类型地区适宜的渠 道衬砌率和灌溉水利用系数阈值 考虑不同类型地区灌区适宜的渠 道衬砌率和地下水水位等问题．对水 资源利用率进行综合评价．探讨维持 人水和谐、实现水资源可持续利用等 多目标的渠道衬砌率和灌溉水利用系 数阈值．确保水资源的永续利用。 ３．制定多水源联合调配与优 化调度方案 应用现代化信息技术监测系统． 掌握渠系和田间水分运行状况，进行 动态计划用水管理，实施多水源联合 调配．充分、合理、高效地利用干支流 以区域尺度水转化与水平衡动 力学为理论基础．探明下垫面非均一 条件下灌溉水利用系数的尺度效应． 充分挖掘每一个可能的节水环节．解 决不同类型灌区、不同种类作物和不 同种植面积而导致的作物需水量时 空尺度和用水结构问题 ５．揭示节水、高产、优质及环 境友好的水分一产量一品质一环 境效应综合响应关系 基于ＳＰＡＣ水分连续系统．研究 不同灌水量对土壤水分、作物产量、 品质和环境的综合相应关系．并给出 定量的描述．进而合理分配灌溉水 量．解决提高灌溉水利用系数这一前 沿性基础问题。 ■ 参考文献： 『ｌ１韩栋，赵越．我国粮食安全与节水灌 溉问题的探讨［Ｊ］．中国水利，２０１１（１１）． 『２１许建中，赵竞成，高峰，等．灌溉水利 用系数传统测定方法存在问题及影响 因素分析【Ｊ］．中国水利，２００４（１７）． 『３］茆智．灌溉用水有效利用系数测算 分析有助于进一步明确农业节水的主 攻方向［Ｊ］．中国水利，２００９（３）． 高峰，黄修桥，王景雷，等．渠道防渗 与灌溉用水有效利用系数关系分析 ［３１．中国水利．２００９（３）． 『５］高占义．农业高效用水技术发展前沿 报告Ｌ『】．中国水利，２００４（２２）． 『６１崔远来，李远华，陆垂裕．灌溉用水 有效利用系数尺度效应分析［１３．中国水 利．２００９（３）． 『７１李远华，蒋国建，陈崇德，等．漳河 灌区高效用水经验及启示『Ｊ］．中国水 利，２００１（１）． 责任编辑张瑜洪 ３５■