构建现代化节水型生态灌区增强农业可持续发展能力

—— 对中国特色农田水利现代化的几点认识

武汉大学水利水电学院茆 智

2014年 6 月

长期以来，党中央和国务院一贯强调要积极发展现代化农业。

《第十二个五年计划纲要》指出：“要加快发展现代化农业，坚持走中国特色的农业现代化道路” 。

2013年 12月中共中央政治局会议又提出：要加快发展现代农业。

《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》（ 2011年中央 1 号文件）指出：“水利是现代化农业建设不可或缺的首要条件”。“要把农田水利作为农村基础设施建设的首要任务”。“努力走出一条中国特色的水利现代化道路”。

1.中国特色现代化灌区的特征和含义

农田水利现代化是水利现代化的重要组成部分，是农业现代化的首要条件，要实现中国特色的农业现代化和水利现代化，首要的是实现中国特色农田水利现代化。

农田水利建设、管理、发挥效益主要在灌区，实现中国特色农田水利现代化，主要在于实现中国特色的灌区现代化，亦即构建中国特色的现代化灌区。

1.中国特色现代化灌区的特征和含义

1-1 中国特色现代化灌区的特征要具有五种特征 :

①民生灌区 ②节水灌区 ③生态灌区 ④数字灌区 ⑤和谐灌区

(1) 民生灌区 1 号文件对水利改革发展的首要基本原则是：“坚持民

生优先。着力解决群众最关心最直接最现实的水利问题，推动民生水利新发展”。因此，现代化灌区必须首先是民生灌区。要做到：

安全可靠：能防洪、涝、渍、潮灾害；能抗御超标准干旱，避免工程本身造成的灾难

健康、卫生：首要保障饮水安全 富裕：持续高产、高效、增收，贫困小康富裕

1.中国特色现代化灌区的特征和含义

(2)节水灌区因地制宜采用各类节水技术 渠系工程节水及农田设施节水 用水管理节水 农业措施节水 发展节水农业、适水农业，高效利用农业水资源调配，充分蓄雨、拦雪，非常规水灌溉，保护水质，地表水、地下水联合调配等。

——战略节水，宏观节水

1.中国特色现代化灌区的特征和含义

战术或战役节水 , 微观节水

水稻节水灌溉模式及其节水高产作用节水作用 节水模式 (a) (b) (c) (d)

浅湿晒 间歇 半旱栽培 蓄雨 稍干 更干 最干 用于 (a)(b)(c)

节水百分比 10%~20% 15%~30% 20%~50% 再节水5%~15%

高产作用：四种模式均可增产 3%～ 8% 我国：大幅节水、小幅增产，灌溉水的生产率显著提高。 国外：大幅节水，平产或小幅减产，灌溉水的生产率提高。

1.中国特色现代化灌区的特征和含义

(3) 生态灌区（绿色灌区） 是现代化灌区的重要特征，是灌区可持续发展的保证，主要是保护生态系统。 1 号文件提出“水是生态之基”，并在全面加快水利基础设施建设中列出专条说明要做好水生态保护工作。 2013年 12月中共中央政治局会议再次提出支持发展生态友好型农业，狠抓环境治理和生态保护。 在灌区水生态方面做到防污、减污；水土保持；灌区地下水位达到动态平衡；保护湿地、草地、林地等。

1.中国特色现代化灌区的特征和含义

1.中国特色现代化灌区的特征和含义

(4) 数字灌区（信息化灌区） 采用高科技，建立现代化信息管理系统，使灌区能实

现优化配水、精准灌溉、预报灌溉和自动灌溉。 信息化系统的基础是需具备较可靠的各类基础信息，如当地的水资源条件，湖泊、湿地分布，地形、土壤条件，各类作物的面积及其分布与产量，水文地质条件，气象预报条件，渠系与田间工程状况和灌溉方法，社会经济及灌溉管理条件等。

根据这些资料，通过数学模型分析计算，实时预报符合高产、节水、减污等综合要求的灌水日期及灌水定额，并按时按量自动灌溉。

灌溉信息化中，当前最先进、最高的层次是灌溉自动化。其关键是确定使用何种因素（指标）以及具体的指标数据发令，自动下令操作灌排水控制设施（启闭闸门、阀门、抽水机等）。

1.中国特色现代化灌区的特征和含义

当前，对于田间灌溉，依据两类因素（指标）发令，其内容适用条件与优缺点如下：

①田间水分指标： 1 ）土壤含水率或水势（适用于旱作物农田） 2 ） 田面水深（适用于淹灌的水稻田） 较准确，但代表的面积小，指标采集点多。②田间耗水量指标—（适用于各类作物农田） 籍助计算耗水量数学模型，以实时观测的模型中气象与非气象因素实时计算出耗水量，指挥灌溉。

误差稍大，但代表面积较大，代表性好，指标采集点少。

1.中国特色现代化灌区的特征和含义

（ 5 ）和谐灌区 人和水和谐：以上的四种特征均有利于人水和谐 人和人和谐：农民可以得到优质供水服务：三项标准（供水的可靠性、公平性、灵活性） 为此，在组织管理方面，要做到：

有符合国情、行之有效的管理体制、组织与良性运行机制以及科学的决策程序，有合理的水价体系与征收办法；能做到依法管水，科学管水。

有一支素质较高的管理队伍，建立比较完善的灌排技术服务与推广体系。 中国特色现代化灌区，实际上可以称为“现代化节水型生态灌区”。

1.中国特色现代化灌区的特征和含义

1-2 目标的调整 （ 1 ） 对于田间灌排技术，从仅仅以高产、节水为主的目

标，调整为高产、节水、提高肥效与保护、改善水环境相结合，达到持续高产、节水、增效、防污、减污综合的目的。（ 2 ）对于灌排系统，从输配水（灌溉渠系）和将多余的地

表、地下水排除、控制地下水位（排水沟系）的目标，调整为兼顾防污、降污。亦即从只考虑输送水量，转变到兼顾水质的改善。

1.中国特色现代化灌区的特征和含义

1-3 国际上确定的现代化灌区的概念 现代化灌区——实行灌溉现代化的灌区。联合国粮农组织对灌溉现代化的定义是：

““ 与体制、制度改革相结合，在技术上与管理上改进与提高与体制、制度改革相结合，在技术上与管理上改进与提高

灌溉系统的过程；其目标是改进对劳动力资源、水资源、经灌溉系统的过程；其目标是改进对劳动力资源、水资源、经

济资源和环境资源的利用，以及改进对农民的配水服务”济资源和环境资源的利用，以及改进对农民的配水服务”

1.中国特色现代化灌区的特征和含义

对于实现灌溉现代化，国际会议与国际机构（世行、 FAO 、 ICID 、 IMMI等）提出了基本观点：

（ 1 ）灌溉系统必须符合农民的需要—灌溉工程是服务于农民的，为了提高农业生产水平，重要的一条是改进或完善对农民的配水服务，配水应具有可靠性、公平性与灵活性；

（ 2 ）水量损失小，能防止水污染，环境、生态系统良好；（ 3 ）不仅是工程方面的变化，而且也是管理方面的变化，既包括硬件

（工程、设施等）方面的改变，也包括软件（理念、管理等）方面的改变；（ 4 ）并非意味只需要复杂的设备和软件，而是需要为了达到其目标所需

的恰当和适用的知识与设施，并真正应用这些知识与设施。以上定义与这些观点对我国也适合。

1.中国特色现代化灌区的特征和含义

1-4 国际上现代化灌区评估指标体系世行提出三大类 42个指标，对我们仍然适用。各地、各灌区针对

当地实情可提出不同的评估指标，但均应包含此三大类。第一大类：工程及水量方面指标—共 19个第二大类：管理及财务、经济方面指标—共 15个第三大类：环境及生态方面指标—共 8 个

环境、生态指标12345678

灌溉水的平均盐碱度（ g/L）排出水的平均盐碱度（ g/L）灌溉水的平均生化耗氧量（ BOD）（ mg/L）排出水的平均生化耗氧量（ BOD）（ mg/L）灌溉水的平均化学需氧量（ COD）（ mg/L）排出水的平均化学需氧量（ COD）（ mg/L）浅层地下水的平均埋深（ m ）过去 5 年浅层地下水埋深的变化（ m ）　（ + 、 - 表示上升、下降）

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

构建生态灌区，即要保护好灌区生态环境，维持生态循环良性发展。这是灌区可持续发展的基本保证。

针对中国特色，特别是当前农业生产的特点及灌区实况，保护灌区生态环境中最主要的任务是防治、降低农田面源水污染。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

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中国均值中国均值

世界均值世界均值

化肥

131 Kg/ 公顷

464 Kg/ 公顷

661 Kg/ 公顷

农药

7 Kg/ 公顷

15 Kg/ 公顷

长江下游长江下游

我国每公顷使用量是世界平均值的我国每公顷使用量是世界平均值的 3.543.54 倍，是世界上为倍，是世界上为

防止化肥对水污染上限值防止化肥对水污染上限值 225Kg225Kg的的 2.062.06 倍。倍。

2-1 农业面源水污染的原因及后果

（ 1 ）原因：过量施用化肥、农药

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

（ 2 ）农业面源污染的严重后果 ①污染水体

大面积地下水质被污染 来自农业面源污染的贡献率：总氮占 57%，总磷占 67%

水质 干净的I~III类

脏的IV ～ V 类

特脏的劣 V 类

江河（ 7 大水系监测 400多断面数值）

40% 40% 20%

湖泊、水库（监测 25个湖库数值）

30% 40% 30%

②污染土壤 长期过量施化肥，特别是氮肥，结果土壤板结，有机

质含量大幅度下降，肥力下降，产量和产品质量下降。

③影响农产品安全质量 频繁过量施氮肥，粮食、蔬菜中硝酸盐超标。过量施磷肥，氟、镉、砷超标。

我国叶菜类蔬菜 60%~70%品种硝酸盐和砷超标世界卫生组织规定标准的 120%。

农药的影响更严重。检测 50多类蔬菜，抽样近 4000个，农药残留严重超标的近 10%。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

④严重危害人体健康 ① 恶性肿瘤发病率持续升高； ② 肠道传染病的流行加重； ③ 初生儿发生缺陷的比率提高。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

我国取得粮食多年连续高产的伟大成绩，但也付出了水土和食物严重污染、健康受损伤的沉重代价。

国务院发展研究中心提出：农业面源污染尚未得到根本的控制，它已成为：“影响进入小康社会的瓶颈”， “阻碍社会、经济可持续发展的毒瘤”。 “治理中国农业污染刻不容缓”。必须加紧、加快有效地防治农业面源污染。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

2-2 减轻农业面源水污染的农田水利措施

(1) 根本措施—源头防控，科学地施肥、用药，当前推行较难、较缓慢。农田水利措施较简易可行。

(2) 农田水利减污措施

两套措施、四道防线。

第一套措施—— 田间节水灌溉、控制排水、水肥综合调控 （田间部分）

（第一道防线）

第二套措施—— 排灌沟渠—小型（塘堰）湿地综合系统，

包括三道防线：

第二道防线—田间草沟 （排灌系统部分） 第三道防线—小型（塘堰）湿地 第四道防线—骨干生态沟

灌溉水源

( 渠系节水 )

灌溉渠系

灌溉农田( 田间节水灌溉与控制排水 ) ( 净化水

质 )

田间草沟

人工湿地( 净化水质 )

( 净化水质 )

骨干生态沟系

承水区下游灌溉水源（利用了回归水）

提水 ( 当地循环用水 )

田间蓄水塘库

灌排沟渠—小型湿地综合系统组成

（减少污染物排放）

（ I) （ II) （ IV)（ III)

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

防线：

2 。 节水防污型农田水利系统组成

2-3 农田水利设施（四道防线）的防污降污作用

以水稻灌区为例：以水稻灌区为例： 灌溉水源的水质合格（灌溉水源的水质合格（ IIII 、、 IIIIII 类水）类水）————灌稻田后，流出灌稻田后，流出

水的水质不合格（水的水质不合格（ VV 类、劣类、劣 VV 类水）类水）

灌溉水源的水质不合格灌溉水源的水质不合格————灌后排出水的水质更差灌后排出水的水质更差

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

(1) 第一道防线（田间节水灌溉、控制排水、水肥综合调控）防污减污效果

①削减随渗漏及地表排水流走的氮、磷

与常规田间灌排相比，可减少氮、磷随地下排水流走约为20%~30%。

2009年、 2010年湖北漳河试区、广西桂林试区水稻节水灌溉条件稻田排放的总氮量比常规淹灌减少 20 ～ 35%，总磷减少 15 ～ 35%。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

氮磷流失少，留在田里多，肥效提高 20%～ 30%，稻谷蛋白质含量高。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

表 4 浙江 4 个站节水灌溉条件下一季稻 2006、 2007年平均稻田 TN、 TP排放负荷下降百分比（ % ）

总氮 TN总磷 TP

薄露灌 间歇灌 薄露灌 间歇灌17.6 24.5 37.6 36.0

②减轻病虫害危害和农药污染作用 节水灌溉降低株间空气湿度，增加土壤曝晒时间，提高株间昼夜温差，增加作物茎粗，提高茎秆硬度，有利于减轻病虫害，从而减少农药用量，减轻农药污染。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

根据广西玉林农业气象站调查结果，在半旱栽培条件下，稻纹枯病，稻飞虱和稻卷叶虫的发生率可减少 40%~70% ，农药的用量减少50%左右。

2006年湖北荆门大面积稻飞虱暴发，间歇灌溉稻田虫害轻，农药量为其他稻田施用量的一半左右，每公顷使用农药费比其他稻田少300元左右。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

推行水稻节水灌溉，可起到四方面作用：高效节水，稳产高产，防污减污，提高肥效。从而提高我国水安全、粮食安全和环境安全的保障水平。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

第一道防线（节水灌溉）起到 20%~30%的防污作用，余下 70%～ 80%污染物（氮磷）仍未消减，还未能有效的解决农业面源水污染的问题。

还必须构建有助于解决水质问题的新式农田水利系统——四道防线节水降污农田水利系统之中的第二、第三、第四道防线来削减农业面源污染。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

(2) 第二道防线（田间草沟）防污减污效果

农田排除之水（地表、地下），经田间草沟而进入小型湿地。在此过程中的降污效果取决于水流程长度、时间，沟中草类别、密度以及进入水中污染物类别与浓度等。

一般条件（沟长 100m左右承接 10～ 20公顷农田之排水），可降氮磷浓度 15%～ 25%。流程长的田间草沟，降氮、磷效果可达 50%或更多。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

湖北荆门观测试验的田间草沟降污效果（ 2009）

8 月 2 日至 16日 6 次观测平均值。沟首至沟尾距离 230米。

污染物类别 TN TP

平均浓度（ mg/L)

沟首沟尾

2.0441.667

0.1720.109

总量（ g ）

沟首流入沟尾流出

435.9271.2

36.617.7

去除率（ % ）

37.8 51.6

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

(3) 第三道防线—小型人工湿地防污减污效果

2006～ 2010年在桂林和湖北荆门的观测试验，初步成果为，水流经过湿地：

总氮除去率为 35%～ 52%

总磷除去率为 27%～ 35%

国内外许多报道的结果也与这些资料接近。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

人工湿地降污作用

试验观测地点 TN除去率 (%) TP除去率 (%)

云南滇池流域 35.5 24.4

云南呈贡县 76

山东日照市 38美国马里兰州、伊利诺伊州、衣阿华州综合

68 43

美国俄亥俄州 76 44

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

人工湿地防污综合效果 : 对总氮和总磷降低率分别为 35% ～ 70%

和 24% ～ 76%。多为 40% ～ 60%，平均为 50%左右。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

(4) 第四道防线（骨干生态沟）防污减污效果

根据国内外报导，骨干生态沟的除氮磷效果多在 15%-

30%范围内，视沟长、沟结构、沟中植物以及水流特性而定。 ① 桂林试验站观测结果 骨干生态沟沟长 68m、宽 3m、深 0.5m，主要种荷叶。 2008年早稻季节 (5月 10日 ~7月 14日 ) 每隔 6 天观测一次，共测 13次，观测成果平均值为如下：

水中污染物质含量 (mg/L)

污染物 入沟处 出沟处 削减 (%)

总氮 3.41 2.80 17.9

总磷 6.70 4.25 36.6

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

（ 2 ）湖北漳河试区观测结果 骨干生态沟长 100米，水深 0.5～ 0.7m，底宽 2 ～ 2.6m，内有水花生、浮萍。 2010年观测，水经过该沟，总氮浓度下降 40%，总磷浓度下降37%。

（ 3 ） 武汉环境科学研究院试验成果

2006年试验，沟长 60m、宽 4-6m，深0.5m种水生植物，设隔离膜 ( 防浮游物 ) ，总氮含量减少 30%，总磷含量减少 10%-20%。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

（ 4 ） 江苏观测试验成果

根据国内外报导，生态沟的除氮磷效果多在 15%-30%

范围内，视沟长、沟结构、沟中植物以及水流特性而定。

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

2003年 2004年 2005年

TN TP TN TP TN TP

进水样(mg /L) 1.69 0.22 12.9 0.65 20.0 0.61

出水样(mg /L) 0.82 0.10 4.74 0.14 9.16 0.28

去除率（%） 51.5 54.6 63.3 78.5 54.3 54.1

河水样 (mg/L) 1.31 0.20 3.57 0.28 5.78 0.26

0

1

2

3

4

5

6

田间淹灌 田间节灌 田间草沟 塘堰湿地 骨干生态沟

(mg/

L)总氮浓度沿程变化

淹灌流出节灌流出草沟流出湿地流出骨干沟流出

(5) 四道防线综合防污减污效果 ① 综合削减总氮效果

100%

58%

47%

27%16%

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

0

0. 1

0. 2

0. 3

0. 4

0. 5

0. 6

0. 7

0. 8

田间淹灌 田间节灌 田间草沟 塘堰湿地 骨干生态沟

(mg/

L)总磷浓度沿程变化

淹灌流出节灌流出草沟流出湿地流出骨干沟流出

② 四道防线综合削减总磷作用100%

84%

53%

22%14%

2 生态灌区中减轻面源水污染的措施及其防污减污效果

对于水稻灌区，各道防线的减污效果为：

第一道防线：采用合理的田间灌排技术，去除氮、磷 20% ～ 30%。第二道防线：水经过田间草沟，可减少氮磷 15% ～ 25%

第三道防线：湿地净化作用，去除氮、磷 40% ～ 60% 。第四道防线：水经过骨干生态沟，可减少氮、磷 15% ～ 30%。四道防线的综合效果： 70% ～ 85%。

以上数据是隔断客水进入各道防线的条件下取得，实际情况是难于完全隔断客水。在未隔断客水的实际情况下，经过四道防线，可以去除氮磷65%～ 80&，即剩下 25%～ 35%，效果仍然显著。

谢 谢！