二等奖成果 - China Institute of Water Resources and

二等奖成果

3.5黄河上中游地区农业节水研究 ¾ 简要信息

【获奖类型】应用二等奖

【任务来源】南水北调西线调水规划 【课题编号】节0203042008

【课题起止时间】2007年12月~ 2009年12月 【完成单位】中国水利水电科学研究院

【主要完成人】高占义、刘 钰、雷 波、王 蕾、彭致功、蔡甲冰、高黎辉

¾ 立项背景

黄河上中游地区指三门峡以上的黄河流域区，行政区划包括青海、甘肃、宁夏、内蒙古西部、陕西和山西6省（自治区）。该地区土地、光、热和矿产资源丰富，是我国重要的农业生产基地和能源基地，也是我国水资源最为紧缺的地区，随着经济的发展和人口的增加，水资源的供需矛盾异常突出，已成为制约社会经济稳定发展的瓶颈。由于地处干旱、半干旱气候区，降雨稀少且季节分布不均，黄河上中游地区农业生产高度依赖于灌溉。黄河每年约500亿m3的供水量中60%以上用于沿黄灌区的农业灌溉。农业节水对缓解该地区的水资源供需矛盾有重要作用。因此，开展黄河上中游地区农业节水研究，摸清黄河上中游地区农业用水和缺水现状、估算不同发展阶段的农业需水状况和节水潜力，对制定该地区水资源合理配置方案是至关重要的，也可为南水北调西线工程规划提供依据。

¾ 详细科学技术内容

（1）农业用水现状及存在问题分析

通过收集各省（市）和流域区农业节水规划和水资源综合规划资料，结合典型灌区调查，摸清了研究区农业用水现状及存在问题，分析了农业用水量现状及变化过程；研究了大中型灌区节水现状及节水效果；估算了现状农业需水量与缺水量。

（2）节水对策措施分析

基于研究区域农业用水现状，对现行各种节水对策措施进行了深入研究，针

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对灌区节水改造、田间节水措施、种植结构调整、灌区用水管理等各种节水对策措施，从技术、经济和社会等角度分析了各种节水对策措施的适应性、节水作用、节水效益，在此基础上分析提出了适合研究区域的农业节水措施组合模式。

（3）节水方案分析

基于对节水对策措施的分析，结合研究区域经济技术水平等实际情况，研究提出了不同节水强度的节水方案，包括基本节水方案和强化节水方案。确定了各方案节水标准，计算了节水量、结合典型调查，分析了节水投入，提出了各方案对应的节水措施。

（4）适宜节水量分析

根据研究区域节水方案分析、节水作用和节水影响分析，充分考虑当地投资能力、灌区水盐平衡、灌水习惯等各种制约因素，研究提出了与研究区域自然、经济和社会等实际情况相适应的适宜节水方案、节水量以及相应的投资规模，评价了适宜节水方案对缓解研究区域水资源短缺形势的作用和程度。

（5）节水作用和影响分析

研究了各节水方案效益和作用，重点分析了各节水方案对缓解研究区域水资源短缺问题的作用和程度，分析各节水方案对灌区地下水动态、盐分动态和灌区生态的影响。评估了农业节水对缓解研究区域2030年以后水资源短缺形势的可能性。

主要成果：

（1）黄河上中游适宜的农业节水措施组合模式

通过摸清黄河上中游区农业用水现状及存在问题，分析农业用水量现状及变化过程，估算现状农业需水量与缺水量；在此基础上对该地区现有的各种节水对策措施进行深入研究，从技术、经济和社会等角度分析各种节水对策措施的适应性、节水作用、节水效益，提出了适合黄河中上游地区的农业节水措施组合模式。

1）黄河上游提水灌区适宜的农业节水技术措施及组合模式

适宜于黄河上游提水灌区的农业节水技术措施主要有：①推广应用抗冻胀的渠道防渗措施，减少输水损失；②加强田间节水技术的推广力度，改进灌溉制度，推广小畦灌溉；③完善排水系统，加强灌区盐碱化防治；④调整灌区作物结构，提高灌溉水的产出效益；⑤制定合理的水价，将国家的财政补贴由“暗补”转为“明补”。

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模式一：以集中供水与分散蓄水相结合的补水灌溉模式 模式二：以种植结构调整和灌溉制度改进为基础的供水调配模式 2）宁蒙自流灌区适宜的农业节水技术措施及组合模式

适宜于宁蒙引黄灌区的农业节水技术措施主要有：①以渠系改造为中心的工

程节水措施；②以改进地面灌溉为主的田间节水灌溉技术措施；③以发展井渠双灌为核心的多种水源调配技术；④以水价调整为手段的管理技术；⑤深松、免耕、覆盖、品种改良等农艺节水技术。

模式一：以水源合理调配为中心的井渠结合模式 模式二：以改进地面灌溉技术为主的渠灌区农业节水模式 3）汾渭平原灌区适宜的农业节水技术措施及组合模式

适宜于汾渭平原灌区的农业节水技术措施主要有：①修整输水渠道，骨干渠道衬砌，扩大管道输水灌溉面积，提高灌区水利用率；②在做好田间工程的同时，改变传统粗放的灌溉方式，以节水型灌溉制度指导农田灌溉；③建立适应市场经济的农业供水价格体系，充分利用经济杠杆作用，达到节水，促进灌区水资源合理配置；④按民主的方式建立农民用水者协会，实行经营权与所有权分离，让农民用水者协会负责运行管理，变被动管理为主动管理，促使集体或个人以多种方式建设和经营小型水利设施，提高工程的完好率；⑤在有条件的地方加大引洪灌溉力度，提高土地的生产能力。

模式一：地表水地下水统一管理的井渠结合灌溉模式 模式二：关中灌区水资源联网调度模式

（2）基于灌区尺度的农业节水潜力估算理论与方法

基于对节水对策措施的分析，结合研究区域经济技术水平等实际情况，研究提出不同节水强度的节水方案，包括基本节水方案和强化节水方案。研究成果提出了净节水潜力的概念和计算方法，确定各方案节水标准，通过多方案比选研究，提出了黄河上中游地区农业毛节水量和净节水量成果。

1）农业灌溉节水潜力的概念和内涵

农业灌溉节水潜力是在满足农业发展阶段需求的前提下，在一定的资金投入条件下，实现某些农业节水措施的推广应用，从而可能减少的耗水量和用水量。受农业发展需求、技术发展水平和投资能力制约，不同阶段农业节水的标准是不同的。农业节水潜力是在特定节水标准下可达到的“最大”或“潜在”节水量。农业

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节水潜力不仅与用水现状有关，还与经济发展水平、投资力度、节水模式、用水结构等多因素相关，是多种因素综合作用的体现。从节约用水量和节约耗水量的角度分析农业节水，可将农业节水潜力分为毛节水潜力和净节水潜力两个层次。

2）区域农业灌溉节水指标

节水灌溉措施是根据作物需水规律和当地供水条件，为充分有效地利用自然降水和灌溉水，获取农业的最佳经济效益、社会效益、生态环境效益而采取的多种措施的总称。其根本目的是通过采用水利、农艺、管理等措施，最大限度地减少在取水、输水、配水、灌水直至作物耗水过程中的无效损失水量，提高水的利用率和利用效率。节水灌溉具有丰富的内涵，它包括水资源的合理开发利用、输配水过程的节水、田间灌溉过程的节水、用水管理节水以及农艺节水增产技术等。在参照《黄河流域水资源综合规划》和《黄河流域节水型社会建设规划》和《全国农业灌溉用水及节水指标与标准研究》基础上，提出区域尺度上的农业用水与节水评价指标体系。指标体系由灌溉耗水与用水指标、灌溉效率指标和节水指标三类构成。

区域农业灌溉节水指标体系一、灌溉耗水与用水指标 1. 作物耗水量（ETa） 2. 作物净灌溉定额（I净） 3. 综合净灌溉定额（I净综） 4. 毛灌溉定额（I毛） 二、灌溉效率指标 5. 田间水有效利用系数（η田）6. 渠系水有效利用系数（η渠）7. 灌溉水有效利用系数（η灌）三、节水指标 8. 节水灌溉率（R节）9. 净节水量 10.毛节水量 3）灌溉节水量估算

灌溉节水量估算：净节水量指采取节水措施后减少的无效消耗水量和无效流失水量之和。

ΔQ净＝ΔQ消耗+ΔQ流失 （1）

式中：ΔQ净为净节水量，ΔQ量。

无效消耗减少量的计算方法为：

消耗

为无效消耗减少量，ΔQ

流失

为无效流失减少

ΔQ消耗＝∑(ΔAi×ΔIi)i=1

n

（2）

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式中：ΔAi为增加的第i种节水措施面积；ΔIi为第i种节水措施减少的净灌溉定额。

无效流失减少量的计算方法为：

ΔQ流失＝Q0×(η耗0−η灌0)−Qt×（η耗ｔ−η灌t）

(3)

耗0

式中：Q0和Qt分别表示初始条件和节水条件下的灌溉引水量；η

和η

耗t

分别

表示初始条件和节水条件下的农业灌溉耗水系数；η灌0和η灌t分别表示初始条件和节水条件下的灌溉水有效利用系数。

毛节水量估算：毛节水量指由于提高灌溉效率，降低渗漏损失和田间蒸发等而少引的灌溉水量。毛节水量的来源有两个，一个是净节水量，一个是因为灌溉效率的提高而减少的各种渗漏损失。其计算方法为：

⎛I净综0I净综t

ΔQ毛＝Q0－Qt＝A0⎜⎜η－η灌t⎝灌0

I净综0、I净综t和η灌t的计算方法如下。

I净综0＝Q0×η灌0

⎞⎟⎟

⎠ （4）

（5）

ΔQ消耗A0

（6）

I净综t=

A0×I净综0－∑（ΔAi×ΔIi)

i＝1

n

A0

=I净综0－

η灌ｔ＝i=1

∑(A×ηi

n

灌i

）

（7）

A0

¾ 发明及创新点

本研究在分析和界定了农业灌溉节水潜力的内涵的基础上，提出了基于灌区尺度的农业灌溉节水潜力评估的理论和方法。该方法从传统的灌溉水有效利用系数入手，借助于农业灌溉可回收利用水量和不可回收利用水量的划分将节水潜力分为毛节水量和净节水量两个部分以解决目前有争议的“工程性节水”和“资源性节水”等观点。该方法在指导灌区灌溉工程建设和改造规划等方面还是有比较现实可行的应用前景。

¾ 与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

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传统的“农业节水量”的核心和本质是工程取水量的减少量。而资源性节水的观点认为通过灌溉工程实现的节水量，由于很大一部分属于可回收水量，即便是没有灌溉工程的灌溉水利用系数很低，那些损失的灌溉水也可以通过渠道退水、田间排水和地下水补给等各种途径实现在农业或其他方面再利用，只有减少的不可回收水量才属于真实意义上的节水量。传统计算农业节水潜力只关注灌溉水量和灌溉水利用系数，通过系数的变换来计算节水量的大小。而“资源性节水”的观念则将重点放在耗水量的变换上。在实际的农业灌溉中，却往往由于灌溉工程不到位而致使灌区内位于灌溉系统末端的农田缺水，而无法及时得到灌溉。而如果对灌区采取了节水工程改造，提高了灌溉系数、减少输水损失，就有可能解决这些问题，并且提高灌溉水利用系数确实能够在不增加灌溉总水量的前提下实现灌溉面积的增加。从这个意义上来说，农业节水量确实包含两个层次：毛节水量和净节水量。本研究提出灌区尺度的节水潜力估算理论和方法，通过“毛节水量”和“净节水量”的概念和计算方法，兼顾了“传统工程节水量”的计算思路和“资源性节水”的计算理念，有效的解决了二者之间的观点冲突，无论从学术研究角度还是灌溉工程节水改造规划等方面具有较大的应用价值。

¾ 成果应用情况及社会经济效益

该研究重点关注南水北调西线受水区农业生产和生态协调发展中的水资源科学调配和高效利用，摸清黄河上中游地区农业节水对黄河水资源配置及生态环境改善的作用和影响，探讨该地区的农业节水方向和节水潜力，提出了多项重要的理论和实践成果，为南水北调西线工程规划提供科学依据。项目研究成果已经应用于“南水北调西线第一期工程”项目建议书农业节水潜力计算机建设必要性论证等成果中。

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