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西部大开发中新疆节水灌溉若干问题探讨

发布时间:2021-03-30 10:01 人气:

  “西部开发,技术先行”。作为西北地区北部桥头堡的新疆维吾尔自治区,由于地大物博,是西部开发的重中之重。但是另一方面,由于气候、地形以及人为因素的影响,新疆土地沙化、盐碱化严重,水资源稀缺,各族人民择水而居,人口分布极为不均,造成政治、经济和文化发展与内地相对发达地区差距较大。因此,可以认为水资源是制约新疆乃至整个西部地区经济发展、人口发展的重要因素。节水灌溉是近年来党中央和国务院重点抓持的农业改革举措,充分考虑了水资源合理开发利用问题,对干旱缺水的新疆等西部地区可持续利用水资源和发展国民经济无疑具有极其重大的现实意义。

  1、推广普及节水灌溉是新疆可持续发展的客观需要

  1.1基本地理特征客观上要求水资源可持续发展

  新疆作为全国面积最大的省区,土地面积达165万Km2,占全国土地面积的1/6,而水资源总量则为882亿m3,仅占全国水资源的3%。究其原因,一方面在地形上,新疆地形轮廓明显,主要有三大山脉(天山、阿勒泰山和昆仑山)和两大盆地(准葛尔盆地和塔里木盆地),其自然条件迥异:南部塔里木盆地沙漠广布,主要是塔克拉玛干沙漠,盆地边缘为冲积平原,形成一片片绿洲,水资源分布散乱,相互勾连,但总量不大,仅占全区水资源的7%,主要有著名的塔里木河(为我国最大的内流河)等,源头为帕米尔高原和昆仑山地;北部准葛尔盆地则草原宽广,盆地西北部多山地;中部为我国面积第二大的古尔班通古特沙漠,可做冬季牧场;南部为天山脚下的广阔冲积扇平原,形成绿洲农业区,水资源主要分布在准葛尔盆地周边地区的额尔齐斯河等;东部为吐(鲁番)哈(密)地区,是新疆最干旱的地区,有我国海拔最低的艾丁湖等,水资源主要是地下水。另一方面在气候上,受地形因素影响,西北部属温带大陆性干旱半干旱气候,而东南部则为暖温带大陆性干旱气候。由于周边高山围绕,全区几乎不受海洋湿润气流影响,降雨量稀少;年温差、日温差极大,春季温度偏低,造成春旱问题突出,夏秋天气炎热,日照时间长,适合生长期长,耐干旱农作物生长,冬季则天气寒冷,降雪量较多,保证了新疆水资源的循环和再生。

  “有水一片绿,无水一片荒”。这句话一方面表明了新疆水资源时空分布不均的基本地理特征;另一方面也反映了新疆各族人民择水而居的人口分布特点。新疆维吾尔自治区成立40多年来,耕地从121万hm2增加到400万hm2,增加了3倍多,而人口则从433万增加到1700万,增加了近4倍,相应地,用水量则由160多亿m3增加到460亿m3,增加了近3倍。显然,随着社会的继续发展,新疆人口、耕地和用水量将继续保持增长趋势,而水资源却稀缺且分布不均,因而用水量和人口、耕地不可能同步增长,构成了不可调和的矛盾。据统计,新疆主要经济区的水资源开发利用程度已超过70%,而与此同时,人口的增长和耕地的不断开发又在相当程度上破坏了水资源的生态平衡,造成部分天然绿洲和河流的自然萎缩。例如,塔里木河流域,解放初期耕地只有67万hm2,而现在则已发展至153万hm2,耕地用水明显增多,而生态用水得不到保障,造成河湖萎缩,荒漠化面积加大,保持水土流失的胡杨林大片死亡,形成恶性循环,结果常常是人口四处迁移,水资源被不断浪费和破坏,若这种恶性循环得不到制止,新疆稀缺的水资源根本无法维持其社会和人口的发展,后果不堪设想。因此,必须要协调好人口、水资源和环境与经济发展之间的关系,实现新疆水资源的可持续开发利用和社会经济的可持续发展。

  “可持续发展”已不是一个新的概念,应该指出的是,可持续发展的核心是发展,因此在水资源利用和开发上应放宽眼界,把握好近期利益和长远目标间的关系,而不是一昧地追求利益丰度。“固泽而渔”,导致水资源丧失循环再生能力,从而脱离发展轨道,更无从谈起可持续发展。维持水资源循环再生能力不是一个单方面的问题,通常要考虑共同性原则,即开发和利用水资源即要做到不破坏水资源均衡,又要做到不破坏水资源周边的生态环境,形成一个共同发展、相互促进的文明空间体系。如何利用和开发水资源,实际上是可持续发展的手段问题,追求可持续发展利用最高境界无非就是用最少量的资源产出最多的产品,实质上也就是提高资源合理配置能力和利用率问题。在这种意义下,可持续发展实质上已成了一个科学的世界观问题。科技无疑是实现可持续发展中的最有力的手段,促进传统农业向节水、高产、良性的现代农业转化,在实现可持续发展上处于不可动摇的核心地位。

  1.2 推广普及节水灌溉的客观性

  农业是水资源使用的主要对象,新疆总用水量460亿M3,农业灌溉就用去94%。由于新疆降雨量稀少,年降雨量不足150MM,因此“靠天吃饭”根本不可能解决新疆农业用水问题。统计资料表明,新疆农业用水80%以上是靠灌溉完成的,灌溉水源主要来自高山冰川雪水,部分来自地下水开采。而令人可惜的是,这部分水源决大多数流失于盆地沙漠或积水成为咸水湖,使得水资源利用和开发效率低下。

  由于人们对自然规律认识的不足,农业灌溉在很大程度上破坏了水资源的循环再生:灌区工程标准低、工程老化、大水漫灌、渠系制工粗糙、地表水与地下水开发利用不均衡、水库建址不当造成蒸发量大等都可能造成水资源的严重浪费;灌区盐渍化的加重,也导致生态平衡破坏。实际上,这些不当的农业灌溉方式最显著的特点就是用在浇灌作物上的水量仅占农业灌溉水量的圾小一部分,农业灌溉水利用率偏低,得不到很好的开发利用。

  水资源短缺客观上要求用水对象节约用水,合理开发水资源,以缓解水资源供求间的矛盾。实际有效途径就是发展节水灌溉技术,这也就是近年来党中央和国务院重点抓持节水灌溉的原因。节水灌溉即充分利用天然降雨,又兼顾农业作物特点,优化了资源配置,最大限度地降低输水过程损失和田间蒸发渗漏量,提高自然降雨和灌溉水的利用率以及单方水生产率,因此可望解决新疆水资源短缺和经济发展间的矛盾,同时又可改善新疆生态环境,保证了水资源的可持续利用和开发,从而带动社会生产朝可持续方向发展。

  2、因地制宜,切实实施节水灌溉举措

  节水灌溉的实施要依据当地特点方可决定,否则适得其反,根本起不到节水的效果。具体实施过程中,一方面要抓住节水灌溉的重点实施对象;另一方面还要考虑当地农业结构的特点,因地制宜地采用各种节水灌溉方法,搞好农业节水。

  2.1因地制宜地抓好新疆节水灌溉的重点

  2.1.1渠道输水过程节水

  新疆引水渠一般具有渠线长,含沙量大,水流湍急,流量受季节变化影响较大等特点。以新疆石河子市一五○建设兵团为例,该团地处古尔班通古特沙漠边缘,本地无河流,降雨量稀少,农业用水靠渠水灌溉。主渠渠线长,沿途经过人烟稀少的干旱戈壁,淤沙严重,渗漏蒸发量大,渠道得不到及时养护,水利用率很低,明显低于全国渠系水利用率(40%)。其他各级渠道则根据用水需要,纵横分布,受当地经济情况的约束,该团渠道工程建设除干渠、支渠采用混凝土衬砌外,斗渠、农渠多采用渠床压实防渗法衬砌,渠床、护坡受水流冲刷,结构不稳定,沉沙不能控制,渗漏蒸发量很大。因此,渠道输水过程节水潜力巨大,可采用渠道防渗、管道输水等措施,以提高渠系水利用率。

  2.1.2田间灌水过程中的节水

  田间灌水过程中的节水主要是指减少田间灌水过程中的水量损失,以提高田间灌水利用率。简单的方法如取消埂、畦、沟、毛渠,可增加耕率15%~20%;若条件许可,可积极采用喷灌、滴灌、微灌等先进科学的节水灌溉技术。新疆许多建设兵团已采用了如上方法,节水效果很好。新疆土地沙化、盐渍化严重,采用田间灌水过程中的节水措施,可改善田间小气候,降低干旱地区地下水超采引起的土地下陷,渗漏量增大以及盐渍化加重等问题的强度,提高作物产量。

  2.1.3用水管理过程中的节水

  主要是根据农作物生长特点适时适量灌水,建立科学水价管理,对于超用水作加价处理,将时间花在精工细作上,做到统一耕作、统一播种、统一灌溉、统一施肥、统一收割,以减少用水过程中的时空水量损失。对于采用滴灌、管道输水等节水灌溉技术的田地应定时做好检修工作,以减少输水过程的渗漏量。对于棉田则可采用地膜覆盖,以做好保墒保肥工作,促进作物生长和减少不必要的田间蒸发量。

  2.2因地制宜地采用科学节水灌溉方法

  采用节水灌溉方法前应事先考虑当地农业结构和地形气候条件,决不可盲从,否则不仅浪费了大量资金,而且破坏了生态平衡,得不偿失。以下为几种常用的科学节水灌溉方法,应用比较成熟。

  2.2.1灌渠防渗法

  新疆农田输水基本上都是靠灌渠完成的。灌渠节水可减少渠道渗漏、蒸发损失50%~80%。新疆渠道工程由于渠线长,沿程可能经过干旱戈壁,沿程渠水损失量巨大,采用灌渠防渗法无疑大大提高了渠系水利用率。根据地形特点,对于地面坡度在1/50~1/150的较平坦大面积农作物,可采用衬砌灌渠模式。而对于地面坡度在1/8~1/50较陡地段,使用灌渠灌水较困难,可采用有压管灌模式。

  根据江苏省南通市水利局匡成荣等人现场测验表明,在防渗渠道建设中,采用复合式防渗技术,防渗效果较好,其稳渗强度干渠可达到4.16L/(�O.H),复合式防渗技术采用刚性材料护面,其下再用防水的柔性材料衬垫,刚柔结合,达到了防渗、护渠的双重良好效果。其结构形式若采用整体U型,效果更为明显,极大地减少了砌缝引起的渗漏,提高了输水利用率,但存在工程投资大,养护烦琐的特点。

  对于经济较为落后,地广人稀、沙化、盐渍化较严重的地区,该法显然是不适宜的。

  但是可采用混凝土衬砌方法,同样能取得很好的防渗效果。混凝土衬砌能减少渠水渗漏,控制地下水水位上升,防止土壤盐碱化,避免渠床受冲刷,这对于含沙含碱量较高的渠段尤为重要。

  但由于该法渠道断面多采用梯形形式,渠水流态较差,若水流流速偏大,易形成旋涡,对渠床冲刷力较大,不利于渠床的稳固。另外,梯形渠道砌缝较大,尽管其下有防水材料衬垫,渗漏量仍不能得以很好解决。

  借鉴复合式防渗技术,应尽量优化梯形断面形式,以减少泥沙的冲刷破坏;

  2.2.2滴灌法

  新疆北部许多建设兵团在气候地形上都有年、日温差大,冬冷夏热,土地含沙含碱量较高的特点,适合棉花的成长,因此棉花耕作比重很大。棉花的灌溉制度严格,播前、现蕾期和结铃期都有相应的灌水要求。由于棉田面积大,动辄几十亩,传统的灌溉模式是向垂直于田地输水渠开横越整块田面宽度的长沟,即所谓的长流水沟灌方式,以便于向农渠、毛渠配水。该法透水均匀,但对土地平整度要求高,次生盐碱化得不到控制,因此对于洼地、盐碱地,沟灌往往达不到预期效果,不能满足洼地、盐碱地作物的需水量和养分输送量。另外,农渠、毛渠积水量若得不到及时排除,不利于棉花的正常呼吸,浪费用水。笔者1993年曾在石河子市一五零建设兵团沟灌过面积达几十亩的棉田,为使棉田浇透,在打渠(毛)、修沟、筑埂上花费了大量时间,使棉田各区用水时空分布不均,而大量的渠、沟、埂无形当中又减少了种植有效面积和增大了蒸发渗透损失,因此,急需改进。

  滴灌技术是1974年引进的一种节水灌溉技术,能很好解决上述问题,基本上使灌溉水都用在了作物上,其水利用率高达90%,可节水60%~70%,比地灌增产40%,同时可节省劳力。究其原因,滴灌实际上是一种局部灌溉方法,仅湿润根区附近的土壤,而其他大部分地表保持干燥,因而显著减少了水蒸发损失,同时又减少了杂草生长的几率,从而为作物根系活动层土壤创造了良好的水、热、气、养分状况。另外,肥料、药剂还可通过灌溉水一起施到根系土壤中,又提高了施肥、施药利用率,为稳定增产打下了基础。滴灌灌水均匀度高,一般可达80%~90%,不产生地表径流和深层渗漏,因而对土壤的要求不高。滴灌只要用压力管道将水输送到作物根部附近即可灌溉,对地形条件的适应性极强。农八师石河子总场2000年建立了部分滴灌实验基地,实践结果表明,滴灌需水量比沟灌明显要低,灌水均匀度高,肥分吸收快,劳动强度也大为下降,增产节水效果良好。

  2.2.3喷灌法

  喷灌是节水灌溉技术中普及率最广的灌水方法,适合于耕作土层较薄,不宜大规模平整的土地以及供电条件较便利、地下水源埋藏浅、存在潜在盐渍化危险的低盐灰钙土的区域、高地和复杂地形土地。新疆博乐市农五师1988年起就在九十团启用了半固定式加压喷灌工程,由于它具有节水、高产、起效快等特点,三年左右就收回了喷灌工程本金,经济效益可观。为缓解管材及管件价格上升和喷灌工程扩大间的矛盾,八十九团1994年在管道系统上狠下功夫,采用红泥塑料管作为管材,即降低了管道系统成本,又提高了管道系统的整体强度。经对比分析,采用红泥塑料管,管网系统平均亩投资419.66元,较采用聚氯乙烯硬塑管每亩降低了48.41元,因而受到当地农民的广泛欢迎,使喷灌技术得到进一步普及。

  喷灌系统按设备角度可分为管道式喷灌系统和机组式喷灌系统。管道式喷灌系统又可分为全固定式、半固定式和全移动式三种;机组式喷灌系统则可分为小型、中型和大型三种。从新疆建设兵团种植情况和土地资源情况来看,采用半固定式或全移动式喷灌系统较好,运行操作较方便,设备投资适中。上例就是采用的半固定式喷灌系统,产出效果较好;但半固定式拆移量较全移动式小,而设备利用率较全移动式低。两种方式的取舍可根据当地具体情况而定。机组式喷灌系统在国外较为流行,其优点在于单位喷灌面积投资较低,不占用田地,设备利用率高。与管道式相比,机组式喷灌系统设备闲置率为零,节水潜力巨大。机组式喷灌系统目前在新疆采用较少,但是由于新疆田地宽广,农业机械化程度较高,一旦经济条件达到要求,使用机组式喷灌系统势在必行。

  喷灌、滴灌对设备的要求较高,若得不到应有的质量要求和养护,设备利用潜力将得不到正常发挥,浪费大量人力、物力、财力。因此喷灌设备一定要事先验算好水锤压力,以确定开关阀历时限制;要有必要的保护装置,如安全阀、排气阀、泄水阀等,以保障喷灌设备正常运行。滴灌设备则应严格把关水源质量,以防灌水器堵塞,降低出水流量;布局时,最好顺坡送水,在最高处设进、排气阀、进水口处设排水阀,以防停机负压吸泥,低洼处应设有排水阀,防止积气和生滓。

  3、对新疆节水灌溉工作的展望

  3.1因地制宜、积极发展多种节水灌溉技术,挖掘各地节水潜力

  根据目前形势看,新疆在发展节水灌溉技术上还远远落后于内地湖北、湖南、广东等地,节水灌溉模式比较单一,模式选取考虑不够周全。笔者1994年夏季曾观测过某建设兵团喷灌实验点(棉田)喷灌情况,该实验点喷灌系统采用全移动管道式,喷头系摇臂式中压喷头,离地高度约1.5m,射程在30m左右,均匀度、强度较好,但由于天气干燥炎热,蒸发量较大,且由于喷头离地高度较高,受风力影响较大,土壤底层湿润度明显不足,因此,雾化程度不够理想。明显可以看出的是,喷射对较小或脆弱的棉株会造成不同程度的破坏,一旦拆移,又易损伤棉株。另外,棉花适宜在沙壤土上生长,喷灌易造成壤土流失,不利于棉田的保墒和保肥。因此该实验点节水灌溉模式选择欠妥,农民自然看不出节水灌溉技术带来的好处。而采用中型卷管式喷灌机(如果经济条件良好、水源充足)或滴灌设备则能避免上述存在的问题,效果较之也好得多。

  单一的节水灌溉模式可能起不到节水作用,因此需要设计者综合考虑当地自然条件,联合使用多种节水模式。例如对于咸水在当地水资源所占比例较大的地区,可使用咸水灌溉技术――轮灌模式,该法根据作物耐盐性和作物生育阶段不同特点交替使用咸淡水进行灌溉;旱季用咸水,湿季用淡水;棉花等强耐盐作物用咸水;小麦、大豆、玉米等弱耐盐作物用淡水;播前和苗期用淡水,而在作物中后期用咸水。充分发挥咸淡水不同作用,使水资源开发利用率提高。又如,在沙漠地区可收集空气中的水分直接将水珠吸收到作物根部。新疆农八师一五零建设兵团“梦驼铃”农科所实验基地就曾采用这种方法对两棵桑树(周边干旱)进行了实验,效果良好。

  3.2加大资金投入,促进节水灌溉发展

  节水灌溉设备资金投入不足,是阻碍节水灌溉技术推广的一个重要因素。考虑到农业效益较低及农民收入水平不高的情况,当地政府应多渠道投入节水灌溉资金,引进先进的节水灌溉设备,形成节水灌溉实业,拉大内需,推广节水灌溉技术,让农民亲身体会到节水灌溉带来的经济实惠,使节水灌溉走向良性循环、滚动发展的轨道。这期间主要应解决的问题是做好节水灌溉管理和技术工作,使节水灌溉的经济效益充分发挥出来,带动当地经济的发展,从而进一步促进节水农业的发展。近几年新疆许多地方节水灌溉事业蓬勃发展,与当地政府在资金投入和技术宣传等方面所做的工作是密不可分的。

  参考文献

  [1]刘成明。新疆地下水资源及其保护[J]。新疆水利,2000,(4)

  [2]陈雷。节水灌溉是一项革命性的措施[J]。节水灌溉,1999,(1)

  [3]匡成荣,沈波。几种衬砌渠道防渗效果的现场测验[J]。节水灌溉,1999,(1)

  [4]钟杰敏。半固定式加压喷灌工程地埋管系统全塑化在八十九团试用结果分析[J]。喷灌技术,1995,(10)。

  [5]水利部农村水利司等。喷灌与微灌设备[M],北京:中国水利水电出版社,1998.

  李良庚

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