西北干旱区节水灌溉方式研究

摘要：我国水资源分布与经济社会发展总体布局不相匹配，尤其西北地区水资源短缺的现状严重制约着当地经济社会发展，水已成为我国21世纪生存和发展的重要依托。有水则有绿洲良田，有水则有经济的可持续发展。论文主要分析了我国水资源现状，并在此基础上进一步讨论了西北干旱区农业用水特征，鉴于西部大开发战略的继续实施，城市生活和工业用水比例必然提高；自然环境的恢复和建设，林草等业的生态用水也须有一定的保障，未来农业用水总量必然受到挤占，为了应对农业用水短缺，可以采取收集雨水资源加以利用和高效节水灌溉方法，文中重点介绍了雨水收集和西北干旱区节水灌溉方法，以期为西北干旱区农业高效发展提供实际指导意义。

Abstract： Distribution of water resources and economic and social development does not match the overall layout， particularly severe water shortages in Northwest China restricts local economic and social development， water has become the basis of survival and development in the 21st century. There is water， there are oases， there is water， there are sustainable economic development. Especially for northwest China， the water is an important factor in the region's sustainable social and economic development constraints. This paper analyzes the current situation of water resources， and on this basis for further discussion on the characteristics of agricultural water in arid northwest region， in view of the implementation of the western development strategy， the proportion of urban industrial and domestic water will inevitably increase； environment engineering， grass， etc. ecological water industry also must have a certain degree of protection， the future of agricultural water will inevitably be diverted， in order to cope with the shortage of agricultural water resources， rainwater can be collected to carry out efficient water-saving irrigation methods， this paper focuses on rainwater harvesting and water conservation in northwest arid region irrigation methods in order to provide practical guidance for the efficient development of agriculture in Northwest arid area.

关键词：水资源现状；集雨；节水灌溉

0 引言

西北地区由于距离海洋较远，又深居内陆腹地，再加上海洋暖湿气流无法穿越其高山峻岭，导致其气候非常干旱，多年平均降水量仅为235mm，内陆河区降水量一般都低于200mm，与之相对，蒸发量却高1000～2800mm，降水少而蒸发强烈，使得西北地区水分稀缺程度和珍贵程度远高于国内其他地区。西北地区水资源总量大约为2304亿m3，仅占全国水资源总量的8%左右，西北各区的水资源量见表1，降雨季节性明显，主要发生在7～9月份[1-3]。西北干旱区水资源不仅不能满足农业灌溉和工业生产的需要，甚至许多地方人畜用水也发生困难。而地表径流主要集中发生在汛期，汛期地表径流一般占全年径流总量的60%以上[4，5]。由于这一降水特征的影响，使本就稀缺的水资源利用受到极大的限制。近些年来，虽然西北部分地区年降雨总量呈现增加趋势，但是时空分布却更加不均，依然很难被有效利用。同时由于全球气温升高，冰川和高山积雪消退，湖泊湿地继续萎缩，西北各地可用水资源基本呈现进一步减少的趋势。有资料显示，目前西北水资源总量仅占全国的5.84%，人均水资源占有量只占全国人均水平的 80.5%[6，7]。缺水干旱不仅影响人类生存发展，也使西北地区自然环境受到极端考验，西北地区已经成为中国土地沙漠化、土壤次生盐渍化、水土流失等的重灾区[8]。毋容置疑水资源对经济社会发展的重要性，而目前西北地区面临水资源总量分布与经济社会发展总体布局不相匹配的状况，已经严重影响到了当地经济社会的可持续发展。

1 我国西北干旱区农业灌溉现状及其重要性

由于西部大开发战略的持续深化实施，必然会提高城市生活和工业用水比例，而恢复和建设自然环境，也必须一定的水资源保障，在这种情况下，未来农业用水必然会受到挤占。

解决西北地区农业缺水的重要有效途径是发展节水型农业，而且是发展节水高效农业[9-10]。相关试验资料表明[11]：渠道防渗技术可使渠系水利用率提高30%左右，西北地区渠系有效利用系数一般均在0.4以下，如能将渠系有效利用系数提高到0.6，用水量降到6000m3/hm2以下，仅甘肃省就可节水约15亿m3。西北地区目前的农业用水现状呈现两个特征，一方面水资源在总量上短缺，另一方面用水浪费严重。除陕西外，农田灌溉用水定额均高于全国平均水平。

国内外灌溉实践表明，农田有效灌溉是一种最易提高干旱地区农业产量的方法。灌溉农业与旱作农业相比，谷物产量可提高6倍左右，中国农业以占世界7%的耕地，养活了占世界22%的人口，灌溉在农业生产生活中起到了极其重要的作用。约占全国总耕地面积40%的灌溉土地生产出占全国总产量75%的粮食、90%的蔬菜和棉花、80%的油料[12]。

2 我国西北干旱区节水灌溉措施

我国西北干旱地区旱作农业降水资源的利用率较低，其中由于径流损失占总天然降雨的20%，无耕作期因蒸发损失的水分为总降水量的24%，植被真正利用的只占降水量总量的30%，剩余26%由于田间蒸发而散失，换句话说，我国西北旱作农业区雨水资源的平均利用率仅能达到30%，大部分雨水资源以径流和无效蒸发的形式损失[13]。这让西北干旱区本来就不多的水资源可利用量更加稀缺。高效利用西北干旱区现有水资源，重点提高雨水资源利用效率，已经成为下个阶段应该努力并实现的目标[14]，据相关研究表明，在全国范围内，降雨的利用效率提高15%的话，增加的水资源可利用量就能达到450亿m3。所以高效利用现有水资源，采用及推广节水灌溉方式，对缓解和改善西北干旱区水资源短缺意义重大。

2.1 雨水汇集利用技术

雨水汇集技术是在干旱、半干旱的山丘地区，将较大强度降雨所产生的地面径流汇集起来，并在作物需要时加以利用的技术[15]。上世纪八十年代末我国开展了关于雨水汇集利用技术的研究，并取得了一定的成绩，但在雨水引导汇集贮存和高效利用上依然还存在很多亟待解决的问题，尚未形成科学合理的灌溉技术及作物栽培技术。沟垄田间集雨技术是干旱半干旱区一项重要的田间雨水就地叠加利用技术，通过改善作物根区的水分满足度，提高农田生产力水平、作物产量和水分利用效率。

2.2 节水灌溉工程技术

节水灌溉工程技术是指减少灌溉渠系输水过程中的水量蒸发与渗漏损失，提高农田灌溉水的利用率的技术[16]。渠道防渗技术是指为减少渠道的透水性或建立不易透水的防护层而采取的各项技术措施，因此我国一直致力于研究各类成本低且性能良好的防渗材料及其使用方式。有资料显示，农灌占我国用水总量的80%，而渠道是农灌是主要的输水手段，其重要性不言而喻，但是传统的土渠防渗效果较差，输水渗漏损失约占引水总量的50%以上，全国仅此渠道渗漏年损失水量约1.17×1011m3，为此，必须改革和创新传统的渠道防渗技术，低压管道输水灌溉技术就是在这种情况下应运而生的，该技术是一种利用低压管道代替传统渠道输水的灌水方法[17]。该技术具有诸多优势，比如设备简单、操作性强、省时、省力、省工。一次性投资少等，实践证明，该技术具有良好的经济效益和广阔的市场应用前景。

2.3 喷灌技术

喷灌技术是利用专门的设备将压力水喷洒到空中形成细小水滴，并高效均匀地降落到田间的灌水方法[18]。喷灌具有明显的优缺点，其优势是节省人力、占地面积少、灌水均匀等，其劣势是设备投资高、容易受风影响等。而且喷灌系统具有很多形式，比如绞盘式喷灌平移式喷灌、时针式喷灌滚移式喷灌、半移动式管道喷灌、固定管道式喷灌等，每种喷灌系统都各有利弊，应根据不同条件合理确定喷灌系统。喷灌技术适用于经济作物灌区、干旱缺水地区、山丘地区等。

2.4 膜上灌溉

80年代后期，我国新疆地区在地膜栽培基础上发展起来一种新型节水地面灌溉技术，即膜上灌溉。经过长时间的实践发现，该技术不仅具有地膜种植的所有优点，同时还具有节水、增产和防止土肥流失等作用。有资料显示，新疆膜上灌溉面积已近67万hm2，并且该技术逐渐在河南、甘肃等地得到了广泛应用，取得了良好的节水效果。当前社会膜上灌溉技术中最有发展潜力的节水新技术是膜孔灌，它是一种类似滴灌的灌水方法，用水合理，被称为一种可控的灌水技术[19]。

2.5 波涌灌溉

波涌灌溉是以待灌地块的长度为依据，把连续供水时间划分为几个供水周期，采用交替间歇的灌水形式将水引入田间，使水流快速推进到畦尾[20]。受分时供水过程的影响表层土壤结构发生明显改变，田面形成的致密层往往会导致土壤入渗性能下降，先期湿润段内受水界面糙率的减小有助于水流向下游推进。在这种“间歇灌水效应”作用下，沿水流前进方向上土壤受水时间差异的减少和灌水引起的深层渗漏损失的降低可有效地提高田间灌溉效率及灌水均匀度，显著地改善地面灌溉系统性能和灌水质量。需要注意的是虽然我国在波涌灌溉研究方面已经取得了一些成绩，但是还远远不够，仅仅处于起步阶段，要想在我国广泛的大面积应用该技术还需要很长时间。

2.6 滴灌技术

滴灌作为一种先进的节水灌溉技术，能够不分时间和地点的在植物需水的时候把水分、养分均匀持续的运送到作物根部附近，使水资源实现了价值最大化，不仅如此，该技术还改变了麦田根区供水方式，大大提高了水资源的利用率，具有良好的经济效益[21]。

2.7 渗灌技术

渗灌是一种新型的有效地下灌溉技术，它是指在满足植物生理生长需求的基础上，直接对植物根系进行灌溉 [22]。当前我国主要存在两者渗灌方式，分别是低压渗灌和重力渗灌。过去渗灌技术由于存在管道堵塞和渗水不均匀等问题一直未得到广泛的应用，基于此相关单位研制了新型的亚表层渗灌节水防堵系统，该系统具有良好的节水效果，同时不存在管道堵塞和渗水不均匀等问题，市场前景良好。

2.8 作物调亏灌溉技术

在20世纪70年代中后期，国际上开始出现一种新的节水灌溉技术，即调亏灌溉，它是在作物生长发育的某些阶段施加一定的干旱胁迫，有目的地使作物处于一定程度缺水的条件下，调节作物的光合产物向不同组织器官的分配，调控地上和地下生长动态，促进生殖生长，控制营养生长，舍弃有机合成物总量，提高经济产量，最终达到节水、高效、高产的目的，从而实现节约灌溉用水量[23]。

3 案例

主要以滴灌和喷灌条件下，作物耗水量和产量来说明节水灌溉措施的优越性。滴灌技术在大田经济作物、大田粮食作物等种植中得到迅速推广与应用，推广应用滴灌技术可以实现节水和农民增收（见表2），对每公斤小麦产出的各项消耗分析得出：滴灌小麦与常规灌相比：可节约用水60%以上；增加农民收益400元/亩以上，平均每亩小麦增收90%以上，减轻政府补贴28%；降低人工费用70%以上，减少机耕费用40%以上；节约用肥40%以上；节约种子40%以上；发展滴灌小麦已成为粮食增产的有效途径[24]。

在典型调查和收集北方地区大量喷微灌试验资料基础上，采用同等产量节水和同等水量增产计算方法得出各种作物，包括蔬菜、水果等经济作物在喷微灌条件下节水增产值（见表3）[25]。

4 结论

论文主要分析了我国水资源现状，并在此基础上进一步讨论了西北干旱区农业用水特征，鉴于西部大开发战略的实施，工业和城市生活用水比例必然提高；山川秀美工程的建设，林草等业的生态用水也须有一定的保障，未来农业用水必然受到挤占，为了应对农业用水短缺，可以采取收集雨水资源加以利用和高效节水灌溉方法，文中重点介绍了雨水收集和西北干旱区节水灌溉方法，以期为西北干旱区农业高效发展提供实际指导意义。

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Key words： situation of water resources；rainwater harvesting；water-saving irrigation

中图分类号：TV213 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）24-0252-03