西班牙灌溉現(xiàn)代化對(duì)水質(zhì)和水量的影響研究

［西班牙］S.萊西納 D.伊西多羅 E.普拉巖 R.阿拉格斯

童國(guó)慶 譯自英刊《水資源開發(fā)》2010年6月號(hào)

西班牙大部分地區(qū)屬于地中海氣候，蓄水和輸水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)貫穿西班牙的整個(gè)歷史。另外，為規(guī)范水資源的使用，西班牙制定了先導(dǎo)的法律框架。20世紀(jì)早期，該國(guó)引入河流流域單元的概念進(jìn)行水資源管理。19世紀(jì)草擬的第1部水法首次引入了水用戶協(xié)會(huì)這一組織。

最近幾十年來(lái)，西班牙的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)使水需求量急劇增加，然而可獲得水量卻很難增加，因?yàn)樾钏芰](méi)有提高。這種狀況加劇了水資源的競(jìng)爭(zhēng)，并且反復(fù)的干旱已經(jīng)造成西班牙的用水戶之間和地區(qū)之間的社會(huì)沖突。

西班牙已經(jīng)在管理水需求方面進(jìn)行了改革，諸如公共水權(quán)銀行、環(huán)境稅和對(duì)灌溉現(xiàn)代化的補(bǔ)助。另外，按照“歐盟水框架指令”的原則，通過(guò)參與性的和一體化的過(guò)程，新的水計(jì)劃正在得以實(shí)施。

其中最為雄心勃勃的計(jì)劃就是灌溉現(xiàn)代化，西班牙大約有灌溉耕地350萬(wàn)hm2，雖然這些面積只占總農(nóng)地的13%，但產(chǎn)出50%的GDP。在這些計(jì)劃開始之前，地面灌溉占灌溉面積的59%，71%的灌溉面積的基礎(chǔ)設(shè)施的使用年限超過(guò)25 a。72%的灌溉面積位于內(nèi)陸省份。地面灌溉在這些省份很普遍，其中田間作物占地面灌溉面積的74%。

西班牙制訂了兩個(gè)國(guó)家級(jí)灌溉現(xiàn)代化計(jì)劃，主要有兩個(gè)目標(biāo):①增強(qiáng)灌溉部門的競(jìng)爭(zhēng)能力以應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)市場(chǎng)的逐步自由化和減少農(nóng)業(yè)補(bǔ)帖;②每年節(jié)約30億m3的水量，以減輕其他部門受干旱的影響，這些節(jié)約的水量相當(dāng)于每年全國(guó)平均農(nóng)業(yè)用水量的15%。計(jì)劃旨在10a內(nèi)投資74億歐元以改進(jìn)200萬(wàn)hm2的灌溉基礎(chǔ)設(shè)施。

1 西班牙農(nóng)業(yè)用水分析

灌溉效率的概念已廣泛用于評(píng)估西班牙農(nóng)業(yè)用水，傳統(tǒng)上，效率這一概念被用于灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)劃，以及計(jì)算允許的最大灌溉取水量。若提高農(nóng)場(chǎng)灌溉效率，減少用水量，則可節(jié)約30億m3的水量。

效率運(yùn)用方法是將用于生產(chǎn)一種產(chǎn)品和提供一項(xiàng)服務(wù)的用水量分為兩部分，一部分是有效地用于獲得產(chǎn)品或服務(wù)，另一部分是在這一過(guò)程中的水量損失。兩部分各占總用水量的比例即為有效利用率和損失率。

利用此法來(lái)評(píng)估水的使用很直觀，也很直接。然而，水使用效率沒(méi)有考慮水的重復(fù)使用問(wèn)題、總用水量與耗水量的區(qū)別、流域內(nèi)取水位置和水質(zhì)的影響等問(wèn)題。灌溉農(nóng)業(yè)是非點(diǎn)源性污染，會(huì)導(dǎo)致接收灌溉返回水流的水體的水質(zhì)退化，減少重復(fù)利用的能力。

這些問(wèn)題在水資源短缺的流域的水資源管理中尤其重要。為此也有學(xué)者提出，灌溉效率這個(gè)概念不適合評(píng)估灌溉對(duì)流域的水文影響。

2 水量核算方法

盡管有些學(xué)者將以上提到的水文問(wèn)題概括在一種新的效率表達(dá)中，即有效的效益(effective effiency)，但為達(dá)到水文目的，水量核算已被建議作為等同于水文方式的一種替代方法，該方法通過(guò)水量平衡應(yīng)用質(zhì)量守恒的原理。

水量平衡可以識(shí)別使用水的目的并區(qū)別4項(xiàng)水損失:①有益(beneficial)蒸發(fā);②無(wú)益(non－beneficial)蒸發(fā);③不可恢復(fù)徑流/下滲;④可恢復(fù)徑流/下滲。與總用水量相關(guān)聯(lián)的前兩項(xiàng)構(gòu)成用水消耗部分。蒸發(fā)和不可恢復(fù)徑流/下滲構(gòu)成總用水量在流域中消失的部分。

該工作的目標(biāo)是深入分析和討論農(nóng)業(yè)用水優(yōu)化問(wèn)題，分析的結(jié)果有望就灌溉現(xiàn)代化對(duì)可獲得水量和水質(zhì)的影響提出一種見解。

通過(guò)將一種概念性方法應(yīng)用于埃布羅河流域，分析了現(xiàn)代化過(guò)程對(duì)水質(zhì)和水量的影響。將基本的水文概念應(yīng)用到灌溉現(xiàn)代化的過(guò)程中構(gòu)成了該研究的另一個(gè)目標(biāo)。研究基于作者在埃布羅河30余年工作的研究經(jīng)驗(yàn)，以及全世界的諸多經(jīng)驗(yàn)。

為預(yù)測(cè)研究結(jié)果，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)農(nóng)民對(duì)灌溉現(xiàn)代化的推動(dòng)力。

3 埃布羅河流域灌區(qū)

埃布羅河流域是伊比利亞半島最重要的流域之一，占半島內(nèi)陸面積的15%(85566 km2)，位于西班牙的東北部，灌溉面積約800000hm2(占西班牙總灌溉土地面積的24%)。

大約73%的灌區(qū)，包括最大的幾個(gè)灌溉項(xiàng)目，位于埃布羅河流域的中部地帶。流域氣候類型為半干旱型，尤其是埃布羅河周圍地帶。多年平均氣溫為14℃，多年平均降雨量為300～450mm。干旱期從7月一直持續(xù)到9月，多年平均參考蒸發(fā)量為949 ～1157 mm，平均風(fēng)速為0.6 ～2.6 m/s。

河流階地(即埃布羅河流域最古老的灌區(qū)所在位置)的土壤通常遮蓋了石灰?guī)r礫石沉積。這些土壤便于排水，并呈現(xiàn)出有利于地面灌溉的特性。20世紀(jì)建立的灌溉工程，擴(kuò)大了這一地區(qū)的灌溉面積，覆蓋地帶包括陸臺(tái)、坡地和沖積臺(tái)地。陸臺(tái)土壤位于礫石覆蓋的三元混合物質(zhì)以上，這些土壤生產(chǎn)力較高，因?yàn)檫@些地帶坡度低、排水充分，但是通常地面灌溉的效率比較低，因?yàn)橥寥赖挠行С炙芰?AWHC)較低，土壤的下滲能力較高。斜坡和沖積臺(tái)地的特征是有效持水能力較強(qiáng)，但排水能力較差。部分土壤受到自然鹽堿的影響，另外一部分土壤受鹽堿影響的主要原因是土地平整、滲漏，尤其是內(nèi)排能力較低，雖然含堿量常與缺少石膏的地區(qū)內(nèi)的灌溉有關(guān)，但這些土壤中卻出現(xiàn)鹽漬鈉質(zhì)土的斑點(diǎn)。

該地區(qū)灌溉歷史悠久，因而灌溉技術(shù)多種多樣，靠近河流的小型灌區(qū)是在過(guò)去2000a形成的。第1批大型的灌渠建于18世紀(jì)和19世紀(jì)，與埃布羅河和塞格雷(Segre)河平行。20世紀(jì)中期，灌區(qū)規(guī)模迅猛擴(kuò)大，當(dāng)時(shí)政府鼓勵(lì)以大型渠道和主要在比利牛斯(Pyrenean)河上的一些水庫(kù)為基礎(chǔ)修建大型地面灌溉工程。噴灌和滴灌區(qū)是最近40a才建立起來(lái)的。在2002年制定灌溉現(xiàn)代化計(jì)劃之前，大約70%的灌區(qū)依靠傳統(tǒng)的地面灌溉系統(tǒng)，19%是噴灌系統(tǒng)，11%是滴灌系統(tǒng)。

在灌溉現(xiàn)代化開始以前，農(nóng)作物組成情況為:田間作物占總面積的58%，果樹和菜地占19%，橄欖樹和葡萄園占4%，大約17%的灌溉面積還沒(méi)有種植作物，主要是因?yàn)楣爬瞎鄥^(qū)的廢棄建筑物，以及20世紀(jì)中期修建的灌溉溝渠的輸水能力較低。

4 埃布羅河流域農(nóng)村社會(huì)和灌溉現(xiàn)代化

該流域內(nèi)12%的總附加值和14%的就業(yè)機(jī)會(huì)由主要設(shè)在灌區(qū)的農(nóng)業(yè)食品生產(chǎn)系統(tǒng)提供。農(nóng)業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)實(shí)際上是很多農(nóng)村地區(qū)唯一的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。“歐洲通用農(nóng)業(yè)策略”(CAP)在近幾十年一直支持著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及其商業(yè)化。農(nóng)業(yè)補(bǔ)助是埃布羅河流域農(nóng)場(chǎng)利潤(rùn)的一個(gè)關(guān)鍵因素，尤其在農(nóng)田作物生產(chǎn)的專區(qū)。正在進(jìn)行的農(nóng)業(yè)貿(mào)易自由化聯(lián)同其他措施使農(nóng)作物生產(chǎn)地區(qū)的補(bǔ)助得以大幅削減。過(guò)去5 a間，農(nóng)田作物補(bǔ)助金減少了75%。

農(nóng)業(yè)貿(mào)易自由化和農(nóng)業(yè)市場(chǎng)上CAP的影響逐步減小，使農(nóng)作物價(jià)格的可變性增大。這些價(jià)格更多地受有時(shí)空變化的多種因素的影響。例如世界氣象、經(jīng)濟(jì)和人口增加、能源價(jià)格和農(nóng)村發(fā)展投資等，這些因素增加了當(dāng)?shù)刈C券交易所谷物價(jià)格年平均值的波動(dòng)性，近5 a中，價(jià)格變動(dòng)范圍為5% ～20%，這些易變性在未來(lái)幾年還將繼續(xù)，增加了農(nóng)場(chǎng)凈效益的不確定性。

該流域人口密度較低，總體平均人口密度為33人/km2，但40%以上地區(qū)每平方公里不到5人。

大約92%的農(nóng)業(yè)用水來(lái)源于地表水供應(yīng)，主要來(lái)自比利牛斯河，只有8%來(lái)源于地下水。平均農(nóng)業(yè)用水大約是8000m3/hm2。由于流域水源區(qū)人口減少，用地形式也發(fā)生了變化，從農(nóng)作物和牧草變?yōu)楣嗄竞蜕郑@導(dǎo)致可獲得水量大幅度減少。20世紀(jì)中期以來(lái)，西班牙中部比利牛斯山區(qū)河流徑流量減少了30%左右。另外，降雨、氣溫和積雪的改變也在促成河流徑流的減少。如果當(dāng)前這種地面覆蓋和氣候條件的變化趨勢(shì)還持續(xù)下去，那么水資源可利用量和水需求之間的平衡將面臨嚴(yán)重威脅。

灌溉農(nóng)業(yè)可能會(huì)造成水質(zhì)的退化，因?yàn)樵诠喔群蠓祷氐乃髦泻宣}份和農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)。盡管就含鹽度、含氮量和含磷量而言埃布羅河流域河流中的水質(zhì)適合于灌溉，但是水庫(kù)、湖泊和含水層中的水體還是存在一定問(wèn)題。有9個(gè)區(qū)域被證明容易受到來(lái)自農(nóng)用物資的氮污染，未來(lái)幾年，毫無(wú)疑問(wèn)在該流域內(nèi)需要強(qiáng)調(diào)限制性措施，因?yàn)楦鶕?jù)“歐盟水框架指令”，在2015年以前，該流域內(nèi)的全部水體必須達(dá)到“良好的環(huán)境狀態(tài)”。

農(nóng)場(chǎng)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和管理必須是有競(jìng)爭(zhēng)力、靈活和環(huán)境友好的，以適應(yīng)這一社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境。增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)出是農(nóng)場(chǎng)可持續(xù)的必要條件，灌溉投資除了考慮其他要求外還必須考慮這些要求。灌溉現(xiàn)代化，包括結(jié)構(gòu)和管理方面，是改變埃布羅河流域中部灌區(qū)現(xiàn)狀合適的替代方案。

以上事實(shí)是農(nóng)民投資現(xiàn)代化灌溉結(jié)構(gòu)的主要原因。該流域中加壓灌溉系統(tǒng)比傳統(tǒng)地面灌溉系統(tǒng)具有更高的生產(chǎn)力。更密集的種植模式和更高的產(chǎn)量詮釋了現(xiàn)代與傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)的不同。

在埃布羅河流域灌溉現(xiàn)代化進(jìn)程開始前，42%的地面灌溉面積種植低經(jīng)濟(jì)價(jià)值的作物，例如冬季的大麥和小麥，休耕地的情況也如此，對(duì)比之下，加壓灌溉的低經(jīng)濟(jì)價(jià)值作物僅占約20%。77%的噴灌和滴灌區(qū)種植著高價(jià)值的園藝作物和夏季田間作物，多數(shù)為玉米和苜蓿，或?yàn)楣麍@、葡萄園。

圖1示出了各灌溉系統(tǒng)不同農(nóng)作物組群的不同土地生產(chǎn)率，土地生產(chǎn)率是以出產(chǎn)農(nóng)作物的毛產(chǎn)值和耕種面積之間的比值來(lái)計(jì)算的，平均產(chǎn)量和價(jià)格通過(guò)灌區(qū)調(diào)查和該流域中部2003～2004年政府的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到，這些數(shù)據(jù)在整個(gè)流域上進(jìn)行了外推，以便于進(jìn)行比較。對(duì)于噴灌和滴灌農(nóng)作物，因高產(chǎn)，土地毛產(chǎn)值提高37%左右。只有葡萄園在不同的灌溉系統(tǒng)下產(chǎn)值相似，主要是質(zhì)量合格的葡萄酒有一些嚴(yán)格的限制條件。

圖1 不同灌溉系統(tǒng)及不同農(nóng)作物組群的土地生產(chǎn)率

除了以上因素外，自動(dòng)化灌溉也節(jié)省了勞力。在埃布羅河流域老的地面灌溉系統(tǒng)中，一個(gè)人只能灌溉約50hm2，但是使用新的加壓灌溉系統(tǒng)以后一個(gè)人能灌溉200hm2以上。灌溉現(xiàn)代化使勞動(dòng)生產(chǎn)率提高，減少了勞動(dòng)力緊張程度，改善了農(nóng)民的工作條件。

一個(gè)農(nóng)民將地面灌溉系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榧訅汗喔认到y(tǒng)(噴灌和滴灌)的花費(fèi)一般約9000歐元/hm2，這個(gè)價(jià)值與土地的市場(chǎng)價(jià)格差不多，在加壓灌溉中，與電能相關(guān)的水費(fèi)比較高。

盡管精心設(shè)計(jì)和管理的一般地面灌溉也可達(dá)到與加壓灌溉一樣的效果，但是多數(shù)情況下農(nóng)民愿意選擇改變其灌溉系統(tǒng)，不規(guī)則的地形、地塊面積小、勞動(dòng)力成本高和低靈活性是地面灌溉系統(tǒng)生產(chǎn)率降低的主要原因。

近10a來(lái)，估計(jì)埃布羅河流域內(nèi)大約175000hm2土地的灌溉方式從傳統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代方式，這些地區(qū)主要位于20世紀(jì)中期建有大型灌溉工程的地區(qū)，在農(nóng)業(yè)機(jī)械化之前建立的較老的灌區(qū)中，地面灌溉方式很少會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，因?yàn)檫@些灌區(qū)所占用的土地很小。盡管如此，這類灌區(qū)正在改善其灌溉溝渠網(wǎng)絡(luò)，政府通過(guò)提供補(bǔ)助和資金幫助來(lái)支持灌溉現(xiàn)代化。

埃布羅河流域的灌溉現(xiàn)代化系統(tǒng)會(huì)增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)出，也會(huì)改變水的使用現(xiàn)狀，這些改變?cè)谠摿饔騼?nèi)將具有很強(qiáng)的水文蘊(yùn)含。

5 灌溉現(xiàn)代化對(duì)水量的影響

5.1 有益蒸發(fā)

有益蒸發(fā)是指農(nóng)作物的蒸發(fā)(又稱蒸騰——譯注)，需要有適當(dāng)?shù)墓喔裙ば蚝陀盟恳詽M足農(nóng)作物的有益蒸發(fā)。埃布羅河流域老的地面灌溉輸水溝渠網(wǎng)至少是50a前設(shè)計(jì)的，主要是基于冬季谷類低產(chǎn)出農(nóng)業(yè)的。老灌溉溝渠的輸水能力低，加上地面灌溉的灌溉水深通常較大，常導(dǎo)致灌溉工序欠妥。老的地面灌溉工程通常有較長(zhǎng)的灌溉時(shí)段，因?yàn)檗r(nóng)民常常不知道何時(shí)會(huì)再次進(jìn)行灌溉，所以他們傾向采用深灌，這種深灌并不會(huì)改善農(nóng)作物的灌溉供水和延長(zhǎng)灌溉時(shí)段，且研究表明，在高峰期，灌溉時(shí)段為10～14 d，每天24 h。

在土壤持水能力較低的地方，面對(duì)如此長(zhǎng)的灌溉時(shí)段，農(nóng)作物的需水要求只能得到部分滿足。如果農(nóng)作物獲得的水量不足以滿足其最大蒸發(fā)速率，農(nóng)作物的產(chǎn)出將會(huì)低于正常水平，因作物的生物總量與蒸發(fā)量之間存在線性關(guān)系。

研究人員在比奧拉達(dá)(Violada)運(yùn)河的地面灌區(qū)應(yīng)用水量平衡方法得出，其農(nóng)作物的蒸發(fā)量比潛在的蒸發(fā)能力低16%左右，另一部分研究人員在埃布羅河流域另一個(gè)地面灌區(qū)采用灌溉和作物結(jié)合的模式得出的結(jié)果與之相比差別在15%左右，實(shí)際蒸發(fā)與潛在蒸發(fā)量之間的這種差別在世界其他地面灌區(qū)中普遍存在。

作為對(duì)比，有研究人員指出，根據(jù)在埃布羅河流域中部地區(qū)進(jìn)行的水量平衡，蒸發(fā)量接近于莫內(nèi)格羅斯(Manegros)Ⅱ號(hào)工程現(xiàn)代噴灌區(qū)潛在的蒸發(fā)量。與傳統(tǒng)灌渠相比，新的加壓灌溉網(wǎng)輸水能力更強(qiáng)，且更可靠和更靈活。另外，適當(dāng)設(shè)計(jì)和管理的噴灌和滴灌系統(tǒng)允許農(nóng)民更好地調(diào)節(jié)其灌溉深度和頻次以滿足當(dāng)?shù)赝寥?、農(nóng)作物和氣象特征的需要。研究報(bào)告表明，這些加壓灌溉網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)在埃布羅河流域中部地區(qū)新灌區(qū)中能夠達(dá)到高質(zhì)量的灌溉性能。因此，在這些地區(qū)，農(nóng)作物的水需求量能夠得到充分滿足，農(nóng)作物的蒸發(fā)量與潛在蒸發(fā)能力接近。

新的加壓灌溉網(wǎng)絡(luò)允許農(nóng)民種植比傳統(tǒng)地面灌區(qū)具有更高生產(chǎn)率的作物，例如園藝植物、果樹和夏季田間作物等。這些作物通常需水量較高。在夏季足夠長(zhǎng)的地區(qū)，一個(gè)季節(jié)甚至可以種植2～3次作物。

埃布羅河流域灌溉系統(tǒng)之間的差別表明，供水充足意味著農(nóng)作物蒸發(fā)量較高和農(nóng)作物產(chǎn)出較高，圖2示出了埃布羅河流域灌區(qū)單位面積農(nóng)作物平均蒸發(fā)量和土地毛生產(chǎn)率。

圖2 埃布羅河流域有益蒸發(fā)量和土地毛生產(chǎn)率

受上述老灌溉網(wǎng)絡(luò)低的輸水能力限制，實(shí)際蒸發(fā)和潛在蒸發(fā)能力的差值平均為15%，噴灌區(qū)單位面積的蒸發(fā)比地面灌區(qū)要高27%，土地毛生產(chǎn)率也要高出2.5倍，蒸發(fā)量出現(xiàn)這種差別的部分原因是農(nóng)作物種植模式不同。

水的生產(chǎn)率(water productivity)是作為土地毛生產(chǎn)率和單位面積有益蒸發(fā)量之比來(lái)計(jì)算的，地面灌區(qū)為0.508歐元/m3，加壓灌區(qū)為1.415歐元/m3，這種差別表明加壓灌溉系統(tǒng)在干旱年份具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，以及流域水資源利用可獲得更多的利潤(rùn)。

5.2 無(wú)益蒸發(fā)

無(wú)益蒸發(fā)包括來(lái)自非生產(chǎn)性(non－productive)植物的蒸發(fā)，例如草和地下水濕生植物的蒸發(fā)，以及水體表面直接蒸發(fā)。這種無(wú)益的消耗在有溝渠的地面灌溉中普遍存在，主要因?yàn)樗南聺B和水面開闊，這些水量的多少取決于灌溉工程的維護(hù)情況。

加壓灌溉網(wǎng)實(shí)際上減少了被無(wú)生產(chǎn)率的植被用去的水量，因?yàn)檫@種網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上消除了漏水現(xiàn)象。另外，在噴灌和滴灌地塊內(nèi)不需要設(shè)置水溝。管道也消除了水的直接蒸發(fā)。然而，加壓灌區(qū)通常有小型水庫(kù)，一般庫(kù)容小于100萬(wàn)m3，主要用來(lái)增加灌蓄水量，這些小水庫(kù)增加了敞露蒸發(fā)的水面面積。但有專家指出，在西班牙大面積加壓灌溉系統(tǒng)中這種無(wú)益耗水的相對(duì)水量通常很少。

噴灌區(qū)若出現(xiàn)特殊情況，隨風(fēng)飄散的水量損失和蒸發(fā)損失也可以認(rèn)為是無(wú)益耗水，盡管這些水量損失的一小部分由于地塊微氣候的改變補(bǔ)償了農(nóng)作物的有益蒸發(fā)，隨風(fēng)飄散和蒸發(fā)損失可能會(huì)顯著增加水量平衡的無(wú)益組成部分。研究人員指出，埃布羅河流域中部地區(qū)噴灌區(qū)的隨風(fēng)飄散和蒸發(fā)損失為10%～20%。這部分損失取決于灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理，以及天氣情況。在埃布羅河流域中部地區(qū)，尤其在埃布羅河附近，天氣的一個(gè)特征就是強(qiáng)風(fēng)，這是影響隨風(fēng)飄散和蒸發(fā)損失的關(guān)鍵因素。有研究報(bào)告表明，若要將隨風(fēng)飄散和蒸發(fā)損失減少到10%以下，則需修建必要的建筑物和種植低產(chǎn)值作物。

5.3 徑流與下滲

徑流與下滲涉及被灌溉的地塊和輸水建筑物，在巴德納斯(Bardenas)灌渠的地面灌區(qū)展開的田間評(píng)估活動(dòng)獲得了農(nóng)場(chǎng)灌溉水的利用效率，結(jié)果表明，在土壤的持水能力較低而滲透速率較高的地區(qū)，其灌溉效率大約在40%左右，在那些土壤情況更加適合地面灌溉的地區(qū)，灌溉水的利用效率能達(dá)到60%。在比奧拉達(dá)灌渠和巴德納斯灌渠展開的水量平衡測(cè)量所獲得的返回流量，大約相當(dāng)于入流量的50%。

作為對(duì)比，在辛卡(Cinca)灌渠和埃布羅河的加壓灌區(qū)展開的田間評(píng)估活動(dòng)表明，農(nóng)場(chǎng)灌溉平均利用效率在80%左右。研究者在莫內(nèi)格羅斯Ⅱ號(hào)工程噴灌灌區(qū)的水量平衡分析表明，這里的徑流返回流量為入流量的5%～11%。

研究發(fā)現(xiàn)，所有的徑流與滲透水都注入河流中，這些返回水流的水質(zhì)滿足其他水用戶的水質(zhì)要求，其中大約有30%的水流在產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)的相同地面灌溉工程中就得到了再次利用，剩余水流則可以被下游用戶利用。埃布羅河流域大約有6%的灌區(qū)距地中海不到100km(沿埃布羅河河道)。該流域內(nèi)咸湖和水量不可回收的其他水潭都很小，對(duì)灌區(qū)回流幾乎沒(méi)有影響。

5.4 消耗水量

灌溉返回水流的再利用，少量無(wú)益蒸發(fā)，以及將有益蒸發(fā)轉(zhuǎn)換成一定的耗水量，都導(dǎo)致埃布羅河流域的節(jié)水余地很有限。灌溉系統(tǒng)的改變和灌溉現(xiàn)代化導(dǎo)致的農(nóng)作物產(chǎn)出加大，也將會(huì)增加水的消耗，盡管農(nóng)場(chǎng)效率提高，尤其是從地面灌溉轉(zhuǎn)變?yōu)閲姽唷Ｋ枨蟮目傂?yīng)將取決于增加的蒸發(fā)量是否高于徑流和下滲量。

考慮灌溉現(xiàn)代化以前的農(nóng)作物種植模式，計(jì)劃需要轉(zhuǎn)變的灌溉系統(tǒng)面積為175000hm2，埃布羅河流域每年有益蒸發(fā)需要增加的水量為1.41億m3(從24.26億m3到25.67億 m3)。在地面灌溉轉(zhuǎn)變?yōu)閲姽嗟那闆r下，隨風(fēng)飄散和蒸發(fā)的損失應(yīng)該加到這部分的水量中，以評(píng)估消耗水量的總增加量，這一增量意味著該流域可獲得水量的等量減少。

很多因素影響農(nóng)作物的種植模式，也會(huì)進(jìn)一步影響水消耗。冬季谷物種植和休耕地在現(xiàn)代化灌區(qū)不可避免，因?yàn)榭刂齐s草需要對(duì)田間作物進(jìn)行輪換，另外，必須對(duì)受鹽堿影響的地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)代化改造。在完全自由化的市場(chǎng)，農(nóng)業(yè)商品和能源的國(guó)際價(jià)格會(huì)動(dòng)態(tài)影響農(nóng)作物產(chǎn)量提高的程度。

6 灌溉現(xiàn)代化對(duì)水質(zhì)的影響

水污染對(duì)水質(zhì)和可獲得水量而言是一個(gè)關(guān)鍵要素，在受陸地包圍的灌區(qū)，蒸發(fā)濃縮和風(fēng)化是由灌溉引起的兩個(gè)重要水質(zhì)退化過(guò)程，灌溉現(xiàn)代化對(duì)水質(zhì)的影響將取決于這些過(guò)程的相對(duì)重要性。

蒸發(fā)濃縮是指一部分水量由于蒸散發(fā)而失去，剩余水量變得更濃的過(guò)程，因?yàn)槭Ｓ嗨邪性瓉?lái)水中所有污染物。灌溉水中的鹽堿度是這一過(guò)程最為重要的變量，鹽堿度越高，現(xiàn)代化灌區(qū)中消費(fèi)的水則越多，這樣可能使土壤中溶液的鹽堿度增大到對(duì)農(nóng)作物有害的程度。另外，土壤溶液鹽堿度的增加，會(huì)導(dǎo)致某些可溶性較低的含鈣礦物質(zhì)沉淀，從而增加土壤的堿性，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定產(chǎn)生負(fù)面影響。這種影響對(duì)直接使用灌溉回流水量的用戶也是不利的。

埃布羅河流域灌溉水的鹽堿度通常較低，所以，灌溉現(xiàn)代化所造成的對(duì)蒸發(fā)濃縮過(guò)程的影響也較低。這有利于優(yōu)化農(nóng)場(chǎng)的灌溉效率，因?yàn)閷?duì)土壤鹽堿化進(jìn)行適當(dāng)控制不需要大量的滲濾水量。

風(fēng)化是大量固體物質(zhì)被加入到一定水量中的過(guò)程，從地面灌溉轉(zhuǎn)變?yōu)榧訅汗喔葴p少了風(fēng)化過(guò)程，因?yàn)檩^小下滲量降低了土壤中礦物質(zhì)的溶解程度，并有利于礦物質(zhì)的析出，這取決于滲濾水量。另外，與老的地面灌溉系統(tǒng)相比，利用加壓灌溉系統(tǒng)進(jìn)行灌溉施肥可改善施肥工序，并減少肥料劑量，因此減少了輸入的影響。與地面灌溉區(qū)相比，加壓灌區(qū)的返回水量較少，并且含鹽量和含氮量都較低，含鹽量取決于土壤的鹽度和下伏地層的鹽度，高效噴灌區(qū)的含氮量比低效地面灌區(qū)要低得多。

農(nóng)作物的密集種植可能會(huì)增加一個(gè)灌區(qū)內(nèi)農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)的總量，尤其是施加的化肥總量，因而增加了不利影響。因此，如果施肥管理不適當(dāng)，排水中輸出的肥料會(huì)增加。埃布羅河流域噴灌區(qū)的最新經(jīng)驗(yàn)表明，一般不會(huì)出現(xiàn)這種情況。其他的農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)發(fā)生這種情況，盡管按歐盟的規(guī)定正在逐步禁止使用最危險(xiǎn)的、緩慢降解的除草劑和殺蟲劑。

在埃布羅河流域，與其他的干旱和半干旱內(nèi)陸灌區(qū)一樣，風(fēng)化過(guò)程比蒸發(fā)濃縮過(guò)程更重要，因?yàn)橥寥篮蛠喭寥乐泻写罅康牡V物質(zhì)。隨著灌溉回流量的減少，現(xiàn)代化灌溉過(guò)程的含鹽量便會(huì)減少，接收水體的水質(zhì)(即溶解的固體物質(zhì)的濃度)也會(huì)得到改善。

當(dāng)然，灌溉回流的水量和污染物含量的變化也會(huì)增加河流污染物的濃度，因此，實(shí)施灌溉現(xiàn)代化以后，灌溉回流直接使用戶的可獲得水量會(huì)減少，包括水質(zhì)和水量?jī)蓚€(gè)方面，如果這些用戶唯一水源是這些回流水，那么則應(yīng)從其他水源得到補(bǔ)償。

7 政策意涵

研究結(jié)果表明，西班牙政府制定的灌溉現(xiàn)代化策略將會(huì)有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)部門的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境發(fā)展。隨著灌溉基礎(chǔ)設(shè)施的加強(qiáng)，競(jìng)爭(zhēng)力也將提高。農(nóng)民工作強(qiáng)度會(huì)隨之降低，并且這些工作對(duì)農(nóng)村年輕人將具有吸引力，這都將促進(jìn)農(nóng)村地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有利于區(qū)域人口穩(wěn)定。灌區(qū)污染物輸出的減少將會(huì)明顯改善水質(zhì)，有助于達(dá)到“歐盟水框架指令”所設(shè)定的環(huán)境目標(biāo)。

然而，灌溉現(xiàn)代化并不能達(dá)到流域范圍的節(jié)水目標(biāo)，就埃布羅河流域而言，大多數(shù)灌溉回流水可以被重新利用，農(nóng)作物產(chǎn)出的增加導(dǎo)致蒸發(fā)量的加大，也導(dǎo)致水消耗的加大，這可能會(huì)導(dǎo)致缺水地區(qū)水資源競(jìng)爭(zhēng)的加劇。所以，灌溉現(xiàn)代化不會(huì)防止和解決水爭(zhēng)端的問(wèn)題。

灌溉現(xiàn)代化代表從保護(hù)性農(nóng)業(yè)向競(jìng)爭(zhēng)性農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變過(guò)程中的一個(gè)進(jìn)步。因?yàn)槭澜缛丝诓粩嘣黾?，?duì)糧食的需求量也在增加，開放的市場(chǎng)包括加強(qiáng)資源使用的管理。如果水源和土地等資源是有限的，那么水源和土地的產(chǎn)出率就必須增加。要達(dá)到高的產(chǎn)出率必須要有技術(shù)，還要有知識(shí)和技能。因此，除了灌溉結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代化外，水資源管理也應(yīng)該現(xiàn)代化。

現(xiàn)代化水資源管理需要解決3級(jí)責(zé)任:農(nóng)民、灌區(qū)和河流管理者。隨著灌溉現(xiàn)代化，農(nóng)民將會(huì)裝備上新的灌溉系統(tǒng)以及能應(yīng)用先進(jìn)灌溉工序的電子控制裝置。農(nóng)民必需學(xué)會(huì)管理這些系統(tǒng)，以便能從水、肥料和其他投入中獲得最大的效益。在農(nóng)作物價(jià)格飛漲、能源價(jià)格上漲和水資源短缺的背景下，這一任務(wù)會(huì)日趨復(fù)雜。

這種復(fù)雜性導(dǎo)致農(nóng)民要求灌溉管理區(qū)提供更多的服務(wù)。灌溉管理區(qū)將會(huì)優(yōu)化他們新的加壓輸水網(wǎng)絡(luò)的能力，以提供增加產(chǎn)值的服務(wù)支持農(nóng)民達(dá)到他們的目標(biāo)，因此，在這些網(wǎng)絡(luò)中正在安裝集中遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為現(xiàn)代化過(guò)程的一部分。灌區(qū)專業(yè)人員必須采用模擬模型和基準(zhǔn)設(shè)定技術(shù)，以使這些新的復(fù)雜結(jié)構(gòu)發(fā)揮出最佳效能。

河流流域管理部門應(yīng)該為合理用水得到最大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)回報(bào)提供適當(dāng)?shù)臈l件，以使全部水體具有良好環(huán)境狀態(tài)和防止社會(huì)沖突。需要建立水量核算概念，尤其是受水短缺影響的流域或者子流域。需要不斷努力收集用水?dāng)?shù)據(jù)(識(shí)別用水的目的地)，以便在常規(guī)基礎(chǔ)上建立精確的水量平衡。

水管理現(xiàn)代化可能需要修改相關(guān)的法律框架，因?yàn)檫@些法律的核心是很多年前在不同的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)背景下建立的，那時(shí)缺水主要是由于缺少水資源開發(fā)利用的技術(shù)和資金。在目前水法下，水權(quán)是以取水為基礎(chǔ)的，用水和耗水之間沒(méi)有明顯的區(qū)別，因而采用效率概念來(lái)估計(jì)灌溉用水需求量。在缺水地區(qū)，計(jì)算取水量而不是耗水量可能會(huì)導(dǎo)致誤解，削弱決策過(guò)程和要求的透明度(一體化水管理中的關(guān)鍵要素)。

另外，從水質(zhì)觀點(diǎn)來(lái)看，策略和立法需要加以修改或者擴(kuò)充，以考慮來(lái)自灌溉農(nóng)業(yè)的水污染問(wèn)題。目前，“歐盟水框架指令”設(shè)置污染物含量限制，以達(dá)到水體的“良好環(huán)境狀態(tài)”，然而，沒(méi)有確定輸出到每個(gè)水體的最大日污染量。這種途徑將會(huì)促進(jìn)水、肥料和農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)管理的改善。

水管理的現(xiàn)代化將會(huì)比基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化廉價(jià)得多，然而，需要加大包括農(nóng)民、灌區(qū)和河流管理局在內(nèi)的各級(jí)培訓(xùn)和研究方面的力度。政府應(yīng)該促進(jìn)這一過(guò)程，因?yàn)檫@對(duì)從灌溉現(xiàn)代化的公共和私人投資中獲得最大社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境回報(bào)很重要。

8 結(jié)語(yǔ)

灌溉現(xiàn)代化與土地生產(chǎn)率的增加相關(guān)連，暗示著有益蒸發(fā)量的增加。如果灌區(qū)的位置和灌溉回流水質(zhì)允許再次使用回流水，像埃布羅河流域那樣，這種有益蒸發(fā)增加的結(jié)果就是耗水量的凈增加。這種情況下，無(wú)益蒸發(fā)和不可重復(fù)使用徑流/下滲就相對(duì)較少。當(dāng)灌溉現(xiàn)代化規(guī)定從地面灌溉轉(zhuǎn)變?yōu)閲姽喽购乃吭黾樱挥袊姽鄥^(qū)才出現(xiàn)由于隨風(fēng)飄散和蒸發(fā)引起的相當(dāng)大的無(wú)益蒸發(fā)，因此，由于灌溉現(xiàn)代化，水資源的獲得量會(huì)減少，盡管增加了農(nóng)場(chǎng)的灌溉效益。

有益蒸發(fā)增加的程度取決于以前的傳統(tǒng)地面灌溉系統(tǒng)的情況，另外，農(nóng)作物價(jià)格、能源價(jià)格和水源可獲得量，以及農(nóng)場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力將會(huì)影響耗水量的未來(lái)趨勢(shì)。

灌溉現(xiàn)代化將會(huì)改進(jìn)半干旱灌區(qū)水體的水質(zhì)。因?yàn)樗南聺B量減少，增加用水量的消耗部分將會(huì)減少來(lái)自灌區(qū)的灌溉回流和污染物。然而，隨著灌溉現(xiàn)代化，灌溉回流直接使用戶獲得的水量減少，但污染物的濃度將會(huì)更高。

對(duì)水質(zhì)的這些影響的重要性依賴于水和化肥的適當(dāng)管理，以及土壤、下伏土層和灌溉水的鹽度。新的高科技灌溉結(jié)構(gòu)將會(huì)有利于這方面的管理。

為了清楚理解灌溉對(duì)流域水文的影響，應(yīng)該采用水量核算法代替灌溉效率法，這就要求加強(qiáng)用水、水和土壤質(zhì)量的監(jiān)測(cè)。為了達(dá)到這一目標(biāo)，需要制定水管理現(xiàn)代化計(jì)劃和對(duì)目前水立法某些方面進(jìn)行改進(jìn)。在埃布羅河流域水量核算的概念性應(yīng)用表明，如果試圖節(jié)水，重點(diǎn)工作要放在蒸發(fā)管理方面，而不是僅僅只考慮農(nóng)場(chǎng)的灌溉效率。