灌区现代化及国外灌排技术发展

灌区现代化及国外灌排技术发展高占义中国水利水电科学研究院总工国际灌溉与排水委员会主席2014年6月9日一、灌区现代化现代化现代化是一个相对的概念，是现在和将来的状况相对于过去的状况，先进的理念和技术及方法相对落后的和传统的理念及技术和方法；现代化也是一个历史过程，包括从传统经济向现代经济、传统社会向现代社会、传统文明向现代文明的转变等。第一次现代化，指从农业时代向工业时代、农业经济向工业经济、农业社会向工业社会、农业文明向工业文明的转变。现代化进程第二次现代化，指从工业时代向知识时代、工业经济向知识经济、工业社会向知识社会、工业文明向知识文明的转变。它是一种新现代化，70年代以来学者们关于新经济（知识经济、信息经济、网络经济、数字化经济等）、新社会（知识社会、信息社会、网络社会、学习社会等）和新文明（知识文明、非物质文明等）现代化进程四个现代化四个现代化即「工业现代化、农业现代化、国防现代化、科学技术现代化」，是我国1950年代至1960年代提出的国家战略目标农业现代化是中国现代化进程中的短板在2013年12月召开的中央农村工作会议上再次强调国家粮食安全战略，会议指出，要加快推进农业现代化，以保障国家粮食安全和促进农民增收为核心，立足我国基本国情农情，遵循现代化规律，依靠科技支撑和创新驱动，提高土地产出率、资源利用率、劳动生产率，努力走出一条生产技术先进、经营规模适度、市场竞争力强、生态环境可持续的中国特色新型农业现代化道路。灌区现代化是农业现代化的重要组成部分和是实现农业现代化的基础。灌区的运行管理由硬件和软件两个组成部分：1.灌区的硬件：工程设施、设备等；2.灌区的软件：管理机构、制度、人员、理念及技术等。灌区现代化通过灌区现代化实现的目标•安全性•可靠性•高效性•灵活性•公平性•持续性灌区工程系统灌区现代化改造内容•工程设施：完善、配套、升级•管理体制：民主、法治、高效•管理队伍：知识化、专业化•技术应用：信息化、自动化、智能化、网络化•理念更新：多样化、人文、保护生态环境：•用户权益：参与性、独立性、平等性二、为什么要开展灌区现代化2010年至2050年世界人口数量01234567195019701990201020302050Billion.DevelopedEmergingLeastdevelopedWorld01234567195019701990201020302050Billion.DevelopedEmergingLeastdevelopedWorld农村城市粮食增加预期在未来25至30年粮食需求将增加70-80%。80-90%将来自现有耕地提高单产、增加复种指数发展灌溉排水面积对已有的灌溉系统进行现代化改造发展排水设施10-20%来自新开垦土地国际市场上粮食价格变化情况世界耕地资源（15亿公顷）耕地与灌排系统全世界总的耕地面积15.0亿公顷无灌排设施耕地11.0亿公顷只有灌溉设施2.1亿公顷有灌溉与排水设施0.6亿公顷只有排水设施1.3亿公顷73.0%14.0%4.0%8.7%No-systemIrrigationIrrigation&DrainageDrainage雨养耕地和有灌排设施耕地生产粮食产量比例55%45%WaterManagementRainfed050010001500200025003000350018801900192019401960198020002020204020601000km3AgriculturalwaterwithdrawalShiklomanovFAOComprehensiveAssessmentOECD全世界农业供水量情况灌区存在的问题主要灌溉国家喷微灌占总灌溉面积比例0102030405060708090100中国印度美国伊朗墨西哥俄罗斯土耳其埃及西班牙意大利日本澳大利亚法国南非加拿大德国以色列英国灌溉水利用率（％）喷微灌占比例（%）%三、渠道衬砌和管道化我国的渠道衬砌技术世界先进●回补地下水●防洪的作用REINFORCEDCONCRETEPIPECONCRETECYLINDERPIPEWELDEDSTEELPIPESolutionsBringingWatertoLifePRESSURECASTSTEELPIPE四、现代灌溉技术激光控制平地提高灌水均匀度不但可以节水还可以提高品质和产值田间灌溉方法的转变沟灌地面滴灌2020/1/2341滴灌技术的进步地下滴灌技术Smallbasin我国的小畦田和膜下滴灌技术世界领先五、灌区管理现代化实时的水管理决策支持系统DataProcessingDataStorageModelingObservedDataWaterControlManagementDecisionsInstructionsSERVERSPublicandCooperatorsFieldOfficeWeatherForecast50EC/pHControlGSMRadio作物管理技术（CropManagementTechnology–CMT）I-SCADAMANIFOLDRTU六、遥感等新技术的应用灌溉水利用率计算方法η灌=η干×η支×η斗×η农×η毛×η田01234567894/1/20125/1/20126/1/20127/1/20128/1/20128/31/201210/1/2012IrrigationorETinmm/dayIrrigationET_SEBALPrecipitation利用ETc计算灌溉水利用率：ETc/灌溉水量（mm）•ETc=kcxET0•ProjectIrrigationefficiencyof67%•Largediversionatstartofirrigationseason00.10.20.30.40.50.60.70.80.9101234567894/1/20125/1/20126/1/20127/1/20128/1/20128/31/201210/1/2012DepletedFractionIrrigationorETinmm/dayDFIrrigationET_SEBALPrecipitation从节水灌溉到农业高效用水•用现代化的灌溉方法每次灌水量少了，灌水次数增加了，单位面积用水量也可能没减少；增加了灌溉面积•提高单位水量的产出(WaterProductivityWP)，用同样的水量生产了更多的农产品WP=产量（产值）/用水量•实时、适量灌水，单产增加了、品质改善了、效益增加了、劳动强度减少了灌区供水的多功能化七、在流域或区域水循环过程中研究灌溉用水的转化与效率以流域为单元的水管理FromIrrigationDistrictManagementTowardsBasinManagement?地下水降雨灌溉地表水水库生活与工业用水湿地深层渗漏ETETETETETETETETETET林地草地非耕地可开垦荒地水库雨养农业灌溉农业“农业用水耗水是水循环过程的组成部分”以区域水循环为基础提高农业用水效率和效益•农业灌溉的工程节水措施的节水潜力是有限的，但可以实现实时、适量供水，提高灌溉水保证率，提高产量和产品品质，方便工程管理、节约劳动力；节水灌溉技术—高效灌溉技术；•灌区采取利用回归水的措施可以提高灌溉用水的效率和效益，以较小的投入实现高效用水；•注重灌溉用水的多用途作用，用更全面的方法和角度评价灌溉水的利用率和效益。八、规模化经营及技术支撑关注集约化经营和小型农户的发展问题发展中国家经济发展使这些国家的人口从农村向城市转移粮食需求和生产在增加农田面积增加，在发展机械化发展高价值的作物，以使农民在小规模的耕地上生存兼顾耕作和打工发达国家情况农业产值占GDP的比例很低农业人口占总人口的比例很小、且还在减少(2-3%)农业生产率是发展中国家和最不发达国家的500倍以上。美国农业规模化经营情况•在农场工作的劳动力小于美国总劳动力的2%；•涉农劳动力占美国就业量的17%；•农业产值占国内生产总值9万亿美元中的16%；占美国出口总值的8%。以色列规模化经营情况九、灌溉与排水的协调发展各类国家各类耕地所占比例（%）国家类别%无灌排系统有灌溉设施有排水设施发达国家发展中国家最不发达国家6769871123122282孟加拉土耳其墨西哥泰国印度尼西亚伊朗巴基斯坦美国印度中国5.25.36.36.46.7919.424.76265世界灌溉面积前十位国家(百万公顷)英国俄罗斯德国墨西哥意大利印度巴基斯坦加拿大中国美国4.74.84.95.25.35.87.59.521.147.5世界排水面积前十位国家(百万公顷)十、生物能源对粮食安全的挑战美国玉米用于生产乙醇情况0204060801001201980/811985/861990/911995/962000/012005/062010/11FMMT05101520253035PercentEthanolcornuseEthanolshareofcornuseNote:2006/07through2010/11areprojectedbasedontheFebruary9,2007,WorldAgriculturalSupplyandDemandEstimates,theMarch2,2007,GrainsandOilseedsOutlook2007,andtheFebruary2007USDAAgriculturalProjectionsto2016.生产乙醇需要的粮食020406080100120140160200520072009201120132015百万吨中国–玉米加拿大–小麦加拿大–玉米欧盟–小麦欧盟–玉米美国–玉米生物燃料的经济可行性020406080100小麦乙醇,欧盟玉米乙醇,美国甜菜乙醇,欧盟甘蔗乙醇，巴西菜籽油生物柴油欧盟美元/每桶原油临界原油价格2004年原油价格2006年4月原油价格十一、案例：美国德克萨斯州解决地下水超采的途径自1950年以来，由于气候干旱和灌溉的快速发展，地下水开采量逐年增加，开采量超过其自然补给量，使得德州范围内地下水水位呈现逐年下降的趋势，而地下水开采面积逐年递增。图1德克萨斯州位置图问题德克萨斯州地下水水位变化趋势德克萨斯州2010年用水情况德克萨斯州全州2010-2060年用水需求200020102020203020402050206012.010.08.06.04.02.00.0灌溉用水生活用水工业用水需水量（百万英亩尺）2008年灌溉面积及用水情况总灌溉面积（万ha）总灌溉用水量(亿m3)地下水灌溉面积(万ha)地下水用水量(亿m3)地下水占总灌溉用水量的%亩均用水量(m3/亩)21784.119068.581.42642008年德克萨斯州不同灌溉方式的灌溉面积所占比例情况解决缺水的途径1、农业节水措施：激光平整农田、渠道衬砌、管道输水、根据土壤含水率安排灌溉、集成输水、应用新的灌溉技术(滴灌和喷灌)、波涌灌溉、利用回归水、采用自动化控制技术；2、污水处理、中水循环使用和咸水淡化利用；3、改变作物品种；4、改变种植结构；5、保护性耕作方法；6、加强降雨管理；7、将部分灌溉农田转为旱作农田。德克萨斯州灌溉面积水资源综合管理-可持续发展(IWRM-SustainableD.)谢谢！