灌区水综合管理的研究动态与发展方向

水利水电科技进展,2013,33(6)摇Tel:02583786335摇E鄄mail:[e-mail]摇基金项目:“十二五冶国家科技支撑计划(2012BAD08B04,2011BAD25B07)作者简介:彭世彰(1959—),男,上海人,教授,博士,主要从事节水灌溉理论与农田生态效应研究。E鄄mail:[e-mail]通信作者:杨士红(1983—),男,山东蒙阴人,博士,主要从事节水灌溉与农田生态效应研究。E鄄mail:[e-mail]:10.3880/j.issn.10067647.2013.06.001灌区水综合管理的研究动态与发展方向彭世彰1,刘笑吟1,2,杨士红1,2,纪仁婧1,2(1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京摇210098;2.河海大学水利水电学院,江苏南京摇210098)摘要:为保障我国粮食安全、水资源安全和水环境安全,增强农田生态系统功能,实现农业生态效益、经济效益和社会效益的协调与可持续发展,必须实现灌区水综合管理。界定了灌区水综合管理的概念,分析了水综合管理在灌区发展中的重要作用及其必要性与迫切性,探讨了国内外灌区在节水灌溉、控制排水、农田面源污染控制等方面的研究动态,指出了灌区水综合管理存在的未充分考虑时空变异尺度效应、工程与技术集成不够、缺少衡量的指标体系以及未能发挥灌排整体系统的协同运行效应等问题,提出了水资源高效利用模式下灌区水综合管理在节水、减排、控污及其相互耦合方面取得突破的发展方向和创新点,可为我国灌区的可持续发展及其相关研究提供新的支撑。关键词:灌区;水综合管理;节水灌溉;控制排水;面源污染;研究进展中图分类号:TV213.4;S274.3摇摇文献标志码:A摇摇文章编号:10067647(2013)06000109Advancesinresearchanddevelopmentonintegratedwatermanagementofirrigationdistrict//PENGShizhang1,LIUXiaoyin1,2,YANGShihong1,2,JIRenjing1,2(1.StateKeyLaboratoryofHydrology鄄WaterResourcesandHydraulicEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;2.CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)Abstract:Implementationofintegratedwatermanagementofirrigationdistrictcanbenefittheagriculturalecology,economyandsocietyinacoordinatedandsustainableway.Itnotonlyimprovestheecologicalfunctionoffarmlandandmaintainsthesafetyofourdomesticfoodsupply,butalsoprotectsthewaterresourcesandenvironment.Inthispaper,wedefinedtheconceptofintegratedwatermanagementofirrigationdistrictanddemonstrateditsimportanceandurgencyinirrigationdistrictdevelopment.Thentheresearchprogressesofwater鄄savingirrigation,drainagecontrolandagriculturalnon鄄pointsourcepollutioncontrolinirrigationdistrictwerediscussedcomprehensivelyathomeandabroadaswellasitsexistingproblemsincludingthelackofconsideringfullytemporalvariability,scaleeffect,integrationofengineeringandtechnology,indicatorsystem,andthecoordinativeoperationofirrigationanddrainagesystems.Finally,thefutureresearchtrendandpotentialbreakthroughpointofstudyfortheintegratedwatermanagementofirrigationdistrictwereanalyzedattheaspectsofwatersaving,drainagecontrol,pollutioncontrolandtheircoupledinteractions,inordertoutilizethewaterresourcesefficiently.Theresearchresultsofthispapercansupportthesustainabledevelopmentofirrigationdistrictinourcountryandotherrelevantresearchworks.Keywords:irrigationdistrict;integratedwatermanagement;water鄄savingirrigation;controlleddrainage;non鄄pointsourcepollution;researchadvances摇摇灌区水综合管理是一种先进模式,即通过公平、合理的方式,综合开发利用灌区水资源,协调好灌区人、水资源、水环境及水生态的关系,最大限度地创造出经济、社会与生态效益,实现灌区水的优化配置和灌溉水的合理调度,追求以更少的水生产更多的粮食及农田排水更加清洁的可持续发展目标。水资源短缺、粮食生产能力不足不仅是经济问题的核心,也是政治社会问题的中心议题。灌区水综合管理能通过节水灌溉和合理排水,高效利用有限的水资源,保障粮食生产与农田生态安全;有效控制农田面源污染与温室气体排放;还能实现节水高产、优质高效、控污减排的灌排湿地调控模式,创新现代灌区发展理论。所以,灌区水综合管理是实现国家建设节水、高产、生态安全相和谐的高效节水型·1·水利水电科技进展,2013,33(6)摇Tel:02583786335摇E鄄mail:[e-mail]摇农业,建设节水型生态灌区,满足农业可持续发展战略需求的重要举措。灌区水综合管理涉及灌区水资源的管理、灌区水的合理利用、农业种植结构的调整、灌区管理体制的改革、水价政策的制定和生态环境保护等,包括技术、工程、法律、行政和经济等措施,是一个多方位综合运行的水管理模式。20世纪70年代,荷兰就采用了多目标决策的灌区水综合管理系统,旨在对水进行更好的分配,对水质进行严格的管理。美国提出了农田灌区水综合管理的概念,指出灌区水综合管理应结合环境目标,处理好水的高效利用、再次利用与非点源污染控制、水环境保护的关系[1]。20世纪末,美国俄亥俄州立大学的研究人员开发出了湿地水库地下灌溉系统(wetland鄄reservoir鄄subirrigationsystem,WRSIS),该系统是为了控制农田面源污染和解决水环境问题,通过地下管道和抽水泵站将控制排水、地下灌溉系统与水塘、湿地连接起来而形成的以水利措施为主的灌区水综合管理系统[2鄄3]。借助WRSIS的理念和方法,为进一步解决我国农业生产中存在的面源污染、化肥流失等问题,武汉大学董斌等[4鄄5]在广西、湖北开展的相关田间试验表明,以明沟排水为主的WRSIS可显著降低稻田排水中总氮、总磷的含量。李玲君等[6鄄7]改进了WRSIS中的湿地系统、灌排系统、田间水位控制系统等,减排控污效果显著,并能达到修复农田水环境的目的。彭世彰等[8]结合我国水稻灌区的基本情况以及治理农业面源污染的紧迫性,又提出了稻田与明沟湿地协同系统(paddyeco鄄ditchwetlandsystem,PEDWS),该系统旨在高效利用灌溉水,控制农业面源污染,改善灌区水环境与水生态,是适合我国农业可持续发展的灌区水综合管理体系。近来西班牙通过RIS(relativeirrigationsupply)、RWS(relativewatersupply)和RRS(relativerainfallsupply)3个指标研究大型灌区水综合管理制度与措施,也取得了良好的成效[9]。另外,武汉大学代俊峰等[10鄄11]还在研究SLURP、SWAT等不同水文模型在灌区水管理中的运用。世界上其他国家,如澳大利亚、加拿大、印度、伊朗等,也都根据当地水文及作物生长情况不断推广和应用SWAT模型,旨在建立基于灌区特点的水管理模式,为灌区水综合管理及节水灌溉策略分析提供新的理论和方法。1摇加强灌区水综合管理的迫切性1.1摇水资源短缺,农业用水比例不断减小破除水资源瓶颈制约的根本途径是实行最严格的水资源综合管理制度[12],其核心是建立用水总量控制制度,确立水资源开发利用控制红线。《全国水资源综合规划》以及国务院《实行最严格水资源管理制度意见》中都明确规定,2015年、2020年及2030年,全国用水总量控制目标分别为6350亿m3、6700亿m3和7000亿m3。以水的综合管理为抓手,推动灌区用水方式转变是水利工程供水的一项新实践,有利于水资源的合理配置,提高灌溉水的利用率和利用效率,也是当前水资源紧缺、水环境恶化条件下水资源互济的必然选择。目前我国水资源总量多年平均为2郾84万亿m3,人均占有量2100m3,不足世界人均占有量的1/4。2011年全国水资源总量为23256亿m3[13],比2010年减少24.8%,比多年平均水平也偏少18郾1%,时空分布不均更凸显资源性缺水日益加剧。近年来随着气候变暖和极端性天气频发,水资源可用量呈现下降趋势。用水量方面,自1949年以来全国总用水量总体呈缓慢上升趋势,但农业用水占总用水量的比例逐年减小,1949年、1980年和2000年农业用水占总用水量的比例分别为97.1%、84.3%和68.8%,到2011年减小到了61.3%[14]。供水与需水的矛盾,加上对水资源的不合理开采和利用,对水环境肆意的破坏和污染,我国灌区发展呈现出资源性缺水、结构性缺水和水质性缺水的基本水情。1.2摇人口增加,土地减少,粮食需求呈刚性增长在社会经济发展过程中,资源的开发和利用必须考虑人口增长的长期需要。我国每年新增人口约700万人,人口增加给粮食生产安全带来了巨大挑战。另一方面,我国土地资源被城市化建设大量占用,耕地每年减少约26.67万hm2,直逼“18亿亩红线冶。受到工业、生活和生态需水的不断挤占,农业用水要在保证零增长或负增长的前提下保障我国粮食安全,无疑是一个严峻的挑战。土地减少是刚性的,人口增长是刚性的,因此最终只能靠提高单产来解决粮食问题。水利部相关会议也明确提出,要积极加快东北3省节水增粮行动,大力发展西南地区小水窖、小水池、小泵站、小塘坝、小水渠“五小水利冶,重点抓好华中地区大中型灌区节水改造,加快推进西北、华北等重点地区规模化高效节水灌溉工程,以保障我国粮食生产安全。1.3摇极端气候频发,资源与环境面临巨大挑战国际政府间气候变化委员会(IPCC)于2007年发布的第4次评估报告指出,气候变暖已成为不