我國灌區(qū)建設(shè)及管理技術(shù)發(fā)展成就與展望

高占義

（中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038）

1 我國灌區(qū)發(fā)展概述

我國處于受季風(fēng)影響較大的氣候區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對灌溉的依賴程度高。在諸多影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的因素中，灌溉是最主要的因素。灌溉農(nóng)田的糧食產(chǎn)量比雨養(yǎng)農(nóng)田的產(chǎn)量高1～3倍。因此，灌區(qū)發(fā)展對保障我國糧食安全、農(nóng)村社會經(jīng)濟發(fā)展和農(nóng)民增收具有十分重大的意義。

灌區(qū)由灌溉水源工程、灌溉排水渠、溝及控制建筑物和量測水設(shè)施系統(tǒng)及灌溉農(nóng)田組成。灌溉水源工程是灌區(qū)的首部樞紐，按取水方式可分為蓄水灌溉、引水灌溉、提水灌溉、蓄引提結(jié)合灌溉。灌溉系統(tǒng)的功能是將從灌溉水源引取的灌溉水輸送、配置到農(nóng)田和其他用水戶。灌溉輸配水系統(tǒng)分為渠道系統(tǒng)及管道系統(tǒng)，有些情況下，是由渠道和管道共同組成的混合式輸配水系統(tǒng)。田間灌溉方法和技術(shù)包括畦田灌溉、溝灌、格田灌溉、淹灌、波涌灌、涌泉灌、噴灌、微噴灌和滴灌等技術(shù)。排水系統(tǒng)的功能是排除灌區(qū)多余降水和灌溉回歸水、控制地下水位。灌區(qū)的建設(shè)與管理包括水源工程、輸配水工程、田間灌溉工程和排水工程的建設(shè)與管理［1］。

從1949年新中國成立至今，我國的灌區(qū)發(fā)展大致可分為三個階段：

第一階段為1949年至1979年30年的大規(guī)模工程建設(shè)時期，我國農(nóng)田灌溉面積從1949年的1593萬hm2發(fā)展到1980年的4889萬hm2［2］。

第二階段為1980年至1990年10年的農(nóng)村土地經(jīng)營及灌區(qū)管理體制改革時期，這個時期由于投資、投勞的減少我國農(nóng)田灌溉面積從1980年的4889萬hm2減少到1990年的4839萬hm2，這也是新中國成立以來唯一的農(nóng)田灌溉面積減少時期。

第三階段為1990年至今約30年的大力研究推廣節(jié)水灌溉技術(shù)與大型灌區(qū)續(xù)建配套改造與節(jié)水改造時期，這個階段的重點任務(wù)是對已建的灌溉工程進行改造升級和完善，我國農(nóng)田灌溉面積從1990年的4839萬hm2發(fā)展到2016年的6714萬hm2。

經(jīng)過70年的發(fā)展，我國灌區(qū)建設(shè)取得了舉世矚目的成就，我國灌溉面積約占全世界灌溉面積的21%，位居世界首位。截至2016年底，我國灌溉面積為7318萬hm2，其中耕地灌溉面積6714萬hm2，占全國耕地面積的49.6%。全國共建成設(shè)計灌溉面積大于2000畝及以上的灌區(qū)22 689處，灌溉面積3721萬hm2；其中：灌溉面積在50萬畝以上灌區(qū)177處，灌溉面積合計1234萬hm2；灌溉面積在30萬～50萬畝的大型灌區(qū)281處，灌溉面積合計543萬hm2。

2 灌區(qū)建設(shè)與管理技術(shù)進展

我國在灌區(qū)建設(shè)與管理領(lǐng)域取得了顯著的技術(shù)進步，科技成果應(yīng)用為我國灌區(qū)建設(shè)和管理提供了有力的技術(shù)支撐，主要進展與技術(shù)概述如下。

2.1 水源工程及水資源聯(lián)合調(diào)度技術(shù)我國的灌溉水源主要有地表水和地下水，除了地表水和地下水常規(guī)水源，我國灌溉也應(yīng)用灌區(qū)排水和渠道退水，以及渠道和田間滲漏等產(chǎn)生的回歸水和再生水及微咸水等非常規(guī)水。

灌溉水源工程是灌區(qū)的首部樞紐，按取水方式可分為蓄水、引水、提水、蓄引提結(jié)合灌溉水源工程。我國共建成各類水庫97 988座、總庫容8581億m3；塘壩460萬處，窖池690萬處，配套農(nóng)田機電井490萬眼，裝機容量4950萬kW；固定灌溉排水泵站43.4萬處、裝機容量2716萬kW。這些基礎(chǔ)設(shè)施為我國灌區(qū)發(fā)展奠定了良好的水源工程基礎(chǔ)條件。

我國基于降水、地表水、土壤水和地下水“四水”轉(zhuǎn)化的理論，開發(fā)了灌區(qū)地表水、地下水聯(lián)合調(diào)度技術(shù)，為提高灌溉水資源利用效率和效益、促進水資源可持續(xù)開發(fā)利用進行了理論探索和應(yīng)用實踐。

灌區(qū)水資源利用和水循環(huán)涉及到降水、地表水、土壤水、地下水等多物理轉(zhuǎn)化過程，渠道輸配水、地表排水及溝道攔蓄、回歸水再利用等多個用水環(huán)節(jié)，以及作物、田間、灌域、灌區(qū)等多空間尺度，各物理過程、用水環(huán)節(jié)和空間尺度相互作用、制約和影響［3］?；貧w水及其重復(fù)利用過程往往跨越多個尺度，使得不同尺度水平衡要素對節(jié)水的響應(yīng)表現(xiàn)出復(fù)雜非線性特征，進而導(dǎo)致不同尺度節(jié)水效果也表現(xiàn)出非線性關(guān)系。因此，要正確評估多種措施綜合作用下的節(jié)水效果，必須從基于“總體輸入-輸出”的簡單影響分析提升到基于“多尺度水循環(huán)過程”的復(fù)雜反饋研究。近年來，我國對節(jié)水的尺度效應(yīng)進行了深入研究，分析節(jié)水、水循環(huán)和回歸水及其重復(fù)利用量與節(jié)水效果尺度效應(yīng)關(guān)系鏈的作用過程，揭示節(jié)水尺度效應(yīng)產(chǎn)生的機理和規(guī)律，并基于這一規(guī)律選擇不同尺度上節(jié)水措施，實現(xiàn)以較小的投資獲得較大的節(jié)水效益。

2.2 灌區(qū)輸配水骨干渠系工程技術(shù)完善的灌區(qū)骨干輸配水渠系及控制建筑物是灌區(qū)實現(xiàn)安全、可靠、高效、及時和經(jīng)濟供水的基礎(chǔ)，取得的相關(guān)科研成果為渠系建設(shè)和改造完善提供了良好的技術(shù)選擇。

（1）在渠道防滲材料方面，在用混凝土對渠道進行襯砌的基礎(chǔ)上，研究利用膜料增加防滲效果。PE、PVC及其改性塑膜具有防滲性能好、質(zhì)輕、延伸性強、造價低等特點，在渠道防滲工程上獲得推廣應(yīng)用。PVC復(fù)合土工膜具有豎向防滲、水平導(dǎo)水、透氣等多項功能，在弱凍脹地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。在新型接縫止水材料方面，伸縮縫填料已由最初的瀝青砂漿發(fā)展到聚氯乙稀塑料膠泥、焦油塑料膠泥。在“九五”期間，研究出冷施工的遇水膨脹橡膠止水帶、聚氨酯彈性填料等。在新型防凍害保溫材料方面，采用將聚苯乙烯泡沫塑料板鋪設(shè)于防滲層下，通過保溫防治凍害［4］。

（2）在渠道斷面結(jié)構(gòu)型式方面，在傳統(tǒng)的梯形和矩形斷面基礎(chǔ)上，研究提出了大型渠道采用弧底梯形、弧形坡腳梯形渠，中小型渠道采用U形斷面，新型結(jié)構(gòu)型式改善了水流條件和結(jié)構(gòu)受力條件。在渠道防滲襯砌結(jié)構(gòu)型式方面，在微凍脹地區(qū)，研究提出利用混凝土肋梁板、楔形板、中厚板、槽形板、空心板等特殊結(jié)構(gòu)型式減輕凍脹破壞；在凍脹嚴重地區(qū)研究提出利用板膜復(fù)合、板與換填砂礫料復(fù)合、板與保溫材料復(fù)合、設(shè)置凍脹變形縫等技術(shù)進行渠道凍脹防治。在施工機具方面，我國從1970年代末開始研究U形渠道施工機械，相繼研究開發(fā)出U形渠道和梯形渠道開渠機、U形渠道襯砌機、大中型U形渠道噴射法施工和小型U形渠道預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)設(shè)備。

（3）在渠道凍脹破壞機理與防治理念方面，在不斷總結(jié)工程實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，在理念上從“抵抗”凍脹逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤斑m應(yīng)、削減或消除凍脹”的凍害防治理念，歸納出“土、水、溫、力”是凍脹產(chǎn)生的必要條件，提出了凍脹預(yù)報模式和基土凍脹性分類方法，進而研究提出了埋入法、置槽法、架空法等回避凍脹的措施，置換、隔熱保溫、化學(xué)處理、壓實基土、隔水排水等削減凍脹的措施，以及通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計來適應(yīng)、回避凍脹或局部抗凍脹的措施。

2.3 低壓管道輸水及田間灌溉技術(shù)

（1）在低壓管道輸水技術(shù)方面，1985年以來我國在機井灌區(qū)和有條件的渠灌區(qū)研究推廣應(yīng)用低壓管道輸水技術(shù)，在“七五”國家重點攻關(guān)項目中，把管道輸水技術(shù)的研究列為灌溉排水技術(shù)研究專題的重點。研制出了用料省、性能好的剛性薄壁塑料管和內(nèi)光外波的雙壁塑料管；開發(fā)了多種類型的當(dāng)?shù)夭牧项A(yù)制管及相應(yīng)的制管機具；現(xiàn)場連續(xù)澆筑、無接縫整體成型的混凝土管施工機械和施工工藝；研制了多種與管道配套的管件設(shè)備和保護裝置。技術(shù)進步推動了我國低壓管道輸水工程設(shè)計能力提升、技術(shù)標準制定，以及PVC、UPVC、PE等不同材質(zhì)、不同規(guī)格的管道和管件的產(chǎn)業(yè)化大發(fā)展，為低壓管道輸水技術(shù)大面積推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)［5］。

（2）在田間灌溉技術(shù)方面，畦灌、溝灌是我國主要的灌溉方式，“九五”以來我國開展了大量改進地面灌溉技術(shù)的研究工作，結(jié)合研究推廣應(yīng)用激光控制平地技術(shù)、波涌灌溉技術(shù)、田間閘管灌溉技術(shù)確定合理的畦田規(guī)格、溝灌的長度和斷面尺寸，把過去單純研究灌水技術(shù)要素對灌水均勻度、水分深層滲漏的影響，轉(zhuǎn)向綜合研究多種灌水技術(shù)要素組合對土壤水肥運移和水肥利用效率的影響，根據(jù)不同區(qū)域的土地特征和種植作物優(yōu)化確定地面灌溉技術(shù)要素，從而提高灌溉均勻度和水肥利用效率。在水稻種植區(qū)研究推廣“薄、淺、濕、曬”控制灌溉技術(shù)，不但實現(xiàn)了節(jié)水、節(jié)肥，還提高了水稻產(chǎn)量，減少了稻田化肥和農(nóng)藥的流失及面源污染物排放。

（3）在噴灌技術(shù)方面，我國引進、研制開發(fā)出了PY系列搖臂式噴頭、全射流噴頭、噴灌泵、快速拆裝薄壁鋁管和鍍鋅薄壁鋼管及管件，輕、小型噴灌機組，絞盤式、滾移式、中心支軸式和平移式噴灌機。開展了噴灌系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計理論和方法研究以及技術(shù)標準制定。

（4）在微灌技術(shù)方面，在引進國外滴灌和微噴技術(shù)的基礎(chǔ)上，國家科技計劃立項開展滴灌帶生產(chǎn)線國產(chǎn)化研制工作，取得了良好的成果，目前國產(chǎn)滴灌管生產(chǎn)線在整體性能方面達到國際先進水平。隨著國產(chǎn)滴灌管生產(chǎn)技術(shù)的提高、生產(chǎn)成本大幅度降低，滴灌技術(shù)在棉花、番茄、蔬菜及葡萄等經(jīng)濟作物灌溉中獲得了大面積推廣應(yīng)用。

（5）在節(jié)水灌溉技術(shù)與農(nóng)藝結(jié)合方面，我國把滴灌技術(shù)與地膜覆蓋技術(shù)有機結(jié)合，創(chuàng)造性研究形成了膜上、膜下滴灌技術(shù)，這項技術(shù)在新疆、內(nèi)蒙古、甘肅和寧夏等干旱地區(qū)獲得大面積推廣應(yīng)用，用于棉花、土豆、番茄和玉米種植區(qū)，取得了顯著的節(jié)水、增產(chǎn)和省工效益。由于滴灌技術(shù)可以實現(xiàn)精準灌溉，在應(yīng)用滴灌的種植區(qū)把滴灌技術(shù)與灌溉制度優(yōu)化技術(shù)緊密結(jié)合，實現(xiàn)了畝次灌水定額少、灌水次數(shù)多的優(yōu)化灌溉制度，與水肥一體化技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)精準同步灌溉與施肥，大幅度提高了作物單產(chǎn)［6］。

2.4 農(nóng)田排水技術(shù)農(nóng)田的田面積水時間持續(xù)較長會使作物受淹，危害作物生長，形成澇災(zāi)。我國地域遼闊，南北差異很大，澇災(zāi)有內(nèi)澇和外洪之分。易受澇害的農(nóng)田一般分布在河道中下游平原區(qū)、沿江濱湖圩垸區(qū)、臨海地區(qū)、大江大河出口的三角洲以及山區(qū)、丘陵區(qū)的谷地。農(nóng)田積水來自本地區(qū)的降雨，如灌排系統(tǒng)內(nèi)部或圩區(qū)內(nèi)河控制范圍內(nèi)的降雨徑流所造成的災(zāi)害稱為內(nèi)澇，即一般概念中的澇災(zāi)；因江、河、湖、庫水位猛漲，堤壩漫溢或潰決，使客水入境淹沒作物而造成的災(zāi)害則為外洪，即一般概念的洪災(zāi)。有些灌區(qū)洪澇并存，危害尤其嚴重。澇災(zāi)除受外江（湖）洪水位制約外，還受局部降雨量、除澇能力和積水時間長短等因素的制約，因此澇災(zāi)比洪災(zāi)更為復(fù)雜而且頻繁。

新中國成立以來，我國開展了大規(guī)模的農(nóng)田澇害防治工作，農(nóng)田澇害的治理是以水利技術(shù)措施為先導(dǎo)，結(jié)合農(nóng)業(yè)、林業(yè)等技術(shù)措施進行綜合治理，并加強管理，提高運行調(diào)度的水平。主要技術(shù)措施有：①提高農(nóng)田防洪水平。治洪是除澇的前提。在洪澇并存的地方，必須按照洪澇分治、防治結(jié)合、因地制宜、綜合治理的原則。增強抵御外水侵襲能力，整治骨干排洪河道，擴大洪水出路，鞏固防洪堤防與水庫大壩，同時積極搞好水土保持工作。②建立完善的農(nóng)田排水系統(tǒng)，有效控制降雨產(chǎn)生的地面徑流，減輕或消除農(nóng)田受內(nèi)澇的影響。排水系統(tǒng)的功能是排除灌區(qū)多余降水和灌溉回歸水、控制地下水位。③采取綜合措施提高治澇效果。調(diào)整農(nóng)業(yè)布局和合理利用水土資源，在低洼易澇區(qū)，選種耐淹或喜水的耐澇作物，以增強農(nóng)田抗?jié)衬芰?；平整土地，消除易產(chǎn)生積水的局部洼地，或?qū)⑴潘щy、修建排水工程代價過高的局部洼地劃作蓄澇養(yǎng)殖區(qū)；合理施肥，改善土壤結(jié)構(gòu)，增強表土入滲能力；采用生物排水措施，擴大排水除澇作用。④加強管理。提高灌排工程的聯(lián)合調(diào)度及運行管理水平，汛前結(jié)合灌溉用水，預(yù)降溝河水位，提高土地容蓄雨水的能力，相應(yīng)減少地面徑流量，尤其是在遭遇強降雨情況下，能夠減輕地面積水對作物的危害；汛期根據(jù)雨情和澇情的發(fā)展變化，適時采取靈活有效的調(diào)度運行方案。⑤稻區(qū)利用稻田滯澇減災(zāi)。加強水稻區(qū)節(jié)水灌溉的實施，在不顯著影響水稻高產(chǎn)的前提下盡可能多的蓄存雨水以提高降雨利用率，最大限度發(fā)揮稻田調(diào)蓄功能，實現(xiàn)澇水滯蓄、水資源高效利用、節(jié)水減污等多重功效。

除了澇災(zāi)外，我國許多灌區(qū)還受漬害的影響，漬害是因地下水位過高、且歷時較長，導(dǎo)致土壤過濕透氣性不足而形成低溫、積水和缺氧，從而對作物生長產(chǎn)生危害。在治漬技術(shù)措施方面，我國形成了建立完善的排水系統(tǒng)，通過排水調(diào)控地下水位，再配合相應(yīng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)等綜合技術(shù)措施，能夠達到治漬和獲得高產(chǎn)的效果。具體技術(shù)措施包括：①降低地下水位，防止?jié)n水危害。通過農(nóng)田排水工程控制地下水位，使地下水位降到防漬的適宜深度，保證作物不受漬害；②調(diào)節(jié)水氣比例，改善土壤環(huán)境。按治漬要求降低地下水位，不僅可調(diào)節(jié)根層土壤的水氣比例和溫度，排除土壤中的有毒物質(zhì)，而且能夠達到改善土壤環(huán)境的效果；排水治漬的工程技術(shù)措施有：明溝排水、暗管排水、豎井排水、鼠道排水等，視各地的技術(shù)經(jīng)濟條件，因地制宜地采用［7］。

我國農(nóng)田排水技術(shù)從明溝排水向明溝與暗管相結(jié)合排水模式過渡，廣泛利用塑料管道及新型合成過濾材料，研制開發(fā)新型排水施工設(shè)備，研制成功多種型式的開溝鋪管機和無溝鋪管機等，極大地提高了施工速度和質(zhì)量。農(nóng)田排水技術(shù)研究轉(zhuǎn)向澇漬堿兼治和排水再利用等多目標綜合治理，由單一工程技術(shù)模式轉(zhuǎn)向多種措施綜合集成，由單一的水量、水位控制調(diào)節(jié)到水量、水位、水質(zhì)控制、污染防治、環(huán)境保護等相結(jié)合的綜合技術(shù)。近10多年來對農(nóng)田排水條件下減少氮污染的農(nóng)藝、管理、工程等措施和預(yù)測評價軟件方面做了大量的研究和實際應(yīng)用，廣泛采用計算機模擬軟件評價排水系統(tǒng)對水環(huán)境的影響。

近10多年來對農(nóng)田排水條件下減少氮污染的農(nóng)業(yè)措施、管理措施、工程措施和預(yù)測評價軟件方面做了大量的研究和實際應(yīng)用，開發(fā)應(yīng)用計算機模擬軟件評價排水系統(tǒng)對水環(huán)境的影響。

據(jù)第一次污染源普查公報，農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)成為我國流域性水體污染的重要來源。種植業(yè)TN、TP排放量占農(nóng)業(yè)源污染物排放總量38%、59%。灌區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染控制是我國流域性水體污染控制與治理的關(guān)鍵途徑。灌區(qū)生態(tài)灌排系統(tǒng)構(gòu)建是控制灌區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染、保障灌區(qū)水環(huán)境與水生態(tài)安全的重要技術(shù)措施，也是全面落實我國“水污染防治行動計劃”、水利部水生態(tài)文明建設(shè)和灌區(qū)節(jié)水減排工作，解決灌區(qū)“最后一公里”污染防治的重要途徑。生態(tài)溝新技術(shù)綜合集成應(yīng)用了農(nóng)田面源截留生態(tài)岸坡及河床構(gòu)建技術(shù)、面源截留洼陷濕地系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)、水生生物凈化技術(shù)和生物接觸氧化技術(shù)。生態(tài)溝不但可以截留處理農(nóng)田面源污染物，還可以美化環(huán)境，促進生態(tài)灌區(qū)的建設(shè)［8］。

2.5 灌區(qū)水位水量監(jiān)測技術(shù)灌區(qū)量水是灌區(qū)用水管理重要的基礎(chǔ)工作，我國開展了實用測量技術(shù)研究，取得的成果可歸納為兩大類：①水位-流量關(guān)系測量技術(shù)，利用堰、槽、孔口建筑物，測量渠道中某一點或兩點的水位，根據(jù)水位與流量關(guān)系，由水位計算流量。在水位測量技術(shù)方面，在傳統(tǒng)的水尺和浮子式水位計基礎(chǔ)上研發(fā)應(yīng)用了水位自動記錄儀、壓力式水位傳感器、雷達水位計、超聲波水位計、視頻水位監(jiān)測技術(shù)等。②流速-流量關(guān)系測量技術(shù)，渠道和管道流量可以用旋漿或旋杯流速儀和超聲波流速儀來測量。旋漿或旋杯流速儀是通過旋轉(zhuǎn)來標定單點流速，超聲波流速儀是通過測量聲音信號傳遞的時間來得出通過一個斷面的平均流速，用測量的流速與過流斷面計算流量。近些年，超聲波流時差法速儀在灌區(qū)量水上獲得了驗證和應(yīng)用。編制并修訂了《灌溉渠道系統(tǒng)量水規(guī)范》。

2.6 灌區(qū)信息化管理技術(shù)我國于2002年啟動大型灌區(qū)信息化建設(shè)試點工作，在全國選定了少量灌區(qū)開展了信息化試點工作。開發(fā)集成應(yīng)用的灌區(qū)信息化技術(shù)包括實時的水情、雨情、工情信息、作物需水狀況等信息監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和灌區(qū)管理信息系統(tǒng)技術(shù)。灌區(qū)信息化技術(shù)的研究、集成和應(yīng)用為灌區(qū)管理人員及時掌握灌區(qū)水資源狀況、工程運行狀況、作物生長狀況、用水戶對水資源的需求狀況等提供了高效的手段和工具，使灌區(qū)水資源調(diào)配更具科學(xué)性和合理性，促進水資源開發(fā)、利用和保護的良性循環(huán)及可持續(xù)發(fā)展。灌區(qū)管理信息系統(tǒng)的建成應(yīng)用，在提高灌區(qū)自身管理水平和工作效率，更好地服務(wù)于用水戶的同時，用水戶也可以通過信息查詢了解灌區(qū)的工程情況、管理及供水政策、水資源管理、用水及水費等情況，實現(xiàn)互動，提升了灌區(qū)的公眾影響力和用水戶的參與積極性，促進灌區(qū)更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)生活及生態(tài)供水服務(wù)。但是，我國灌區(qū)的信息化程度還很低，監(jiān)測設(shè)施嚴重不足、缺乏統(tǒng)一的標準，與發(fā)達國家有較大的差距［9］。

2.7 灌區(qū)管理體制機制改革在灌區(qū)管理體制機制改革方面，我國灌區(qū)積極探索實現(xiàn)灌區(qū)良性循環(huán)的可持續(xù)管理途徑，推進灌排設(shè)施管理專業(yè)化、規(guī)范化，建立良性運行機制。骨干工程實行專管機構(gòu)管理，小型灌排設(shè)施推進農(nóng)民用水合作組織參與管理。專業(yè)化管理經(jīng)費由政府財政資金支持，按照定崗定員規(guī)范化運行，小型灌排設(shè)施由農(nóng)民自己承擔(dān)，主要通過水費來解決，政府給予補助。目前，我國灌區(qū)正在全面推進農(nóng)業(yè)水價綜合改革、農(nóng)田水利設(shè)施產(chǎn)權(quán)制度改革和創(chuàng)新運行管護機制試點、農(nóng)民用水合作組織多元化發(fā)展以及農(nóng)業(yè)用水水權(quán)制度改革等。灌區(qū)管理體制和機制的改革促進了灌區(qū)逐步實現(xiàn)財務(wù)收支平衡和灌溉工程的可持續(xù)利用和管理［10］。

2.8 標準化建設(shè)與管理為了規(guī)范灌溉與排水工程建設(shè)與管理，我國編制了大量的相關(guān)規(guī)程、規(guī)范和導(dǎo)則等技術(shù)標準。為了在工程建設(shè)和管理中應(yīng)用新技術(shù)、新材料、新方法及時組織修訂升級有關(guān)技術(shù)規(guī)范。灌溉與排水建設(shè)與管理方面的主要技術(shù)標準有：《灌區(qū)規(guī)劃規(guī)范》（GB/T 50509-2009）、《灌區(qū)改造技術(shù)規(guī)范》（GB 50599-2010）、《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB50288-99）、《高標準農(nóng)田建設(shè)通則》（GB/T30600-2014）、《防洪標準》（GB50201-2014）、《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50600-2010）、《節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50363-2006、《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50485-2009）、《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50600-2010）、《治澇標準》（SL 723-2016）、《灌溉渠道系統(tǒng)量水規(guī)范》（GB/T21303-2007）、《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB/T50265-97）、《灌溉與排水渠系建筑物設(shè)計規(guī)范》（SL 482-2011）、《大型灌區(qū)技術(shù)改造規(guī)程》（SL 418-2008）等30多項技術(shù)標準［11］。

2.9 生態(tài)恢復(fù)與治理在我國灌溉與排水事業(yè)發(fā)展過程中，由于灌排發(fā)展規(guī)模和布局不當(dāng)出引發(fā)了一些生態(tài)問題。我國針對灌溉發(fā)展出現(xiàn)的生態(tài)問題，采取了相應(yīng)的技術(shù)措施進行恢復(fù)與治理。對于由過量引水灌溉造成土地次生鹽堿化問題，加大排水工程建設(shè)，利用明溝和暗管進行排水，發(fā)展井渠結(jié)合的灌排系統(tǒng)［12］。針對由上游過量引水發(fā)展灌溉面積造成下游生態(tài)退化問題，在核定區(qū)域水資源總量的基礎(chǔ)上加強了灌溉用水管理，通過推行總量控制、定額管理的方式控制灌溉用水總量和畝次灌水量，推廣節(jié)水灌溉技術(shù)和實行階梯水價等體制機制改革措施實現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水。針對部分地區(qū)過量抽取地下水發(fā)展灌溉引發(fā)的大面積地下水下降問題，通過推廣節(jié)水灌溉技術(shù)和農(nóng)藝節(jié)水措施、應(yīng)用非充分灌溉技術(shù)、調(diào)整種植機構(gòu)、減少高耗水作物種植面積等措施減少地下水開采。針對一些地區(qū)推廣應(yīng)用渠道襯砌等節(jié)水措施引發(fā)的渠道周邊樹木枯死和下游濕地水量減少、水質(zhì)退化問題，采取了綜合評估節(jié)水效益以及可能產(chǎn)生的生態(tài)問題，選取適當(dāng)?shù)墓?jié)水技術(shù)和措施，綜合考慮生態(tài)環(huán)境用水和水循環(huán)過程，發(fā)展適度的節(jié)水工程規(guī)模，同時制定水權(quán)制度保證生態(tài)用水量不被擠占，通過水權(quán)交易鼓勵推廣應(yīng)用節(jié)水技術(shù)和措施。把在灌溉用水總額范圍內(nèi)通過應(yīng)用節(jié)水和措施節(jié)約下來的水用于生態(tài)建設(shè)或其他用水效益好的部門［13］。

2.10 灌區(qū)狀況評估方法開展灌區(qū)現(xiàn)代化改造首先要對灌區(qū)的狀況進行全面系統(tǒng)的評估，了解存在的問題，以便有針對性地制定灌區(qū)現(xiàn)代化改造規(guī)劃方案。“十一五”國家科技支撐計劃“大型農(nóng)業(yè)灌區(qū)節(jié)水改造工程關(guān)鍵支撐技術(shù)研究”項目對灌區(qū)狀況診斷評價技術(shù)與方法進行了系統(tǒng)的研究，提出了我國灌區(qū)狀況評價需考慮的因素，綜合考慮灌區(qū)狀況評價所涉及的內(nèi)外因素，提出了灌區(qū)狀況評價指標的定量化分析評估方法，篩選出了灌區(qū)狀況評價指標，構(gòu)建了反映灌區(qū)水土資源狀況、工程狀況、灌溉效率效益情況、灌區(qū)管理及生態(tài)環(huán)境狀況的綜合評價指標體系（包括39個評價指標），以及反映灌區(qū)內(nèi)部管理服務(wù)水平、灌溉渠系和建筑物等硬件設(shè)施狀況的細部評價指標體系（包括31個主指標）。編制了大型灌區(qū)狀況診斷指南，開發(fā)了灌區(qū)狀況評價診斷系統(tǒng)［14-15］。

3 灌區(qū)面臨的主要問題和挑戰(zhàn)

雖然我國從1996年至今的20多年實施了大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程，主要解決大型灌區(qū)骨干輸水工程、泵站及閘門等關(guān)鍵工程設(shè)施存在的問題，取得了顯著的成效，但灌區(qū)還面臨如下主要問題和挑戰(zhàn)［16］。

（1）灌區(qū)設(shè)施配套依然不全。全國約40%的大型灌區(qū)、50%～60%的中小型灌區(qū)、50%的小型農(nóng)田水利工程設(shè)施依然不配套，大型灌排泵站設(shè)備完好率不足60%。

（2）灌區(qū)灌排標準依然不高。全國10%以上低洼易澇地區(qū)排澇標準不足3年一遇，部分澇區(qū)治理不達標。旱澇保收田面積僅占耕地面積30%左右，高標準農(nóng)田所占比例很小。

（3）灌溉試驗研究等基礎(chǔ)監(jiān)測設(shè)施不足。自1950年代以來，我國比較系統(tǒng)的開展了灌溉試驗工作，通過廣大灌溉試驗工作者的共同努力，取得了大量的灌溉試驗數(shù)據(jù)和科研成果，這為全國及地方的水利工程，特別是灌溉工程的規(guī)劃、設(shè)計和管理以及水資源的優(yōu)化配置提供了科學(xué)依據(jù)，為科學(xué)決策做出了重大貢獻。但由于認識、資金和技術(shù)等方面的原因，1980年代以來我國灌溉試驗站設(shè)備老化和人員流失的現(xiàn)象十分嚴重，導(dǎo)致灌溉試驗站點不斷萎縮，嚴重影響了灌溉試驗工作的開展。我國灌區(qū)水位、水量等信息監(jiān)測設(shè)施不足，難以對灌溉用水效率和效益進行準確的計算和評估。灌溉試驗工作對于農(nóng)業(yè)節(jié)水的科學(xué)決策和進行灌區(qū)現(xiàn)代化改造具有十分重要的意義。

（4）區(qū)域地下水利用不合理。地下水是我國重要的灌溉水源，全國農(nóng)業(yè)灌溉地下水取水量666億m3左右，約占全國農(nóng)田灌溉總?cè)∷康?9%。部分地區(qū)由于過度開采地下水發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉，造成了地下水位持續(xù)下降。黃淮海平原是我國地下水資源開發(fā)利用中出現(xiàn)問題最多的區(qū)域，地下水超采嚴重，超采區(qū)面積87 854 km2，占全國超采區(qū)總面積的48.2%；地下水的超采對農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)環(huán)境造成了嚴重影響。主要表現(xiàn)在：①地下水持續(xù)下降、形成大面積地下水漏斗，部分地區(qū)含水層被疏干；②海水入侵與水質(zhì)惡化；③超采區(qū)發(fā)生地面沉降、裂縫和塌陷；④提水費用增加、含水層枯竭、機井報廢；⑤天然植被衰退，生態(tài)環(huán)境惡化；⑥由于超采區(qū)地下水位低于臨近地區(qū)，不僅灌區(qū)地表水帶來的鹽分無法外排，鄰區(qū)地下水中的鹽分也向超采區(qū)聚集，造成地下水礦化度增加、土壤鹽漬化加劇等一系列生產(chǎn)和環(huán)境問題。

（5）灌溉水價較低，灌區(qū)難以實現(xiàn)良性運行管理。全國農(nóng)業(yè)水價僅為供水成本的30%～50%，25%左右大型灌區(qū)、65%左右中型灌區(qū)未核定成本水價，水費實收率不足70%，超過40%的灌區(qū)管理單位的運行經(jīng)費得不到保障，造成農(nóng)田水利工程管理主體難以落實、管理責(zé)任無法履行。

（6）灌區(qū)信息化管理技術(shù)應(yīng)用不足。我國從2002年開展了灌區(qū)信息化建設(shè)試點，灌區(qū)信息化建設(shè)中取得長足進展，但灌區(qū)信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與灌區(qū)現(xiàn)代化管理發(fā)展的要求還存在較大的差距。目前灌區(qū)信息監(jiān)測和運行監(jiān)控能力和水平尚不能滿足灌區(qū)管理需要，制約了灌區(qū)采用科學(xué)、系統(tǒng)和現(xiàn)代化的管理手段提高灌區(qū)管理水平。

（7）灌區(qū)管理勞動強度大成本高。在信息化自動化建設(shè)不夠完備的情況下，各級水管人員陷入頻繁來回奔波于各個閘控點、計量點之間實施管控；管理設(shè)施的操作和運行記錄還是以手工為主，造成了管理用工多、勞動強度大、管理水平和工作效率低下、運行管理成本高等問題。

（8）保障糧食安全和國家現(xiàn)代化建設(shè)對灌區(qū)發(fā)展提出了新的更高要求。我國是一個擁有13多億人口的大國，立足國內(nèi)解決好吃飯問題始終是治國安邦的頭等大事。必須加快農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)，與國家現(xiàn)代化發(fā)展進程同步推進灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)，著力提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力和農(nóng)業(yè)產(chǎn)出效率。

（9）緩解水資源供需矛盾和推進生態(tài)文明對灌區(qū)用水管理提出了更高的要求。目前，中國農(nóng)業(yè)多年平均缺水約300億m3，部分地區(qū)農(nóng)業(yè)用水粗放、效率不高，以及地下水超采和生態(tài)用水被擠占等問題突出。

（10）城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展對灌區(qū)現(xiàn)代化管理提出新的更高要求。中國農(nóng)村經(jīng)濟社會結(jié)構(gòu)正發(fā)生深刻的變化，農(nóng)村勞動力老齡化趨勢明顯，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；?、現(xiàn)代化是發(fā)展的大趨勢，將對灌區(qū)供水服務(wù)提出更高的要求。灌區(qū)管理單位需要用現(xiàn)代化的管理技術(shù)提高灌區(qū)管理水平，有效降低勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率。

（11）應(yīng)對全球氣候變化提高農(nóng)業(yè)抗旱減災(zāi)能力對灌區(qū)提出了更高要求。受氣候變化影響，極端干旱災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響不斷加劇。必須夯實農(nóng)業(yè)發(fā)展的灌區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施，提高農(nóng)業(yè)供水保障程度，增強農(nóng)田灌排工程設(shè)施有效應(yīng)對氣候變化、抵御干旱災(zāi)害的能力。

4 灌區(qū)現(xiàn)代化發(fā)展展望

自1949年新中國成立以來，經(jīng)過前述三個階段的發(fā)展，我國灌區(qū)大規(guī)模建設(shè)和卡脖子關(guān)鍵工程續(xù)建配套改造時期已經(jīng)基本結(jié)束。70年來我國灌區(qū)建設(shè)和管理取得了巨大的成就，為解決我國糧食安全和農(nóng)業(yè)農(nóng)村社會經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用。但是也還存在許多問題，我國灌區(qū)的管理水平和信息化、自動化、智能化程度與發(fā)達國家有較大的差距。在灌區(qū)渠系及節(jié)制閘、分水閘等建筑物硬件設(shè)施方面還需要進一步提升完善，以便提高灌區(qū)的運行安全性、可靠性和高效性，加強灌區(qū)量水設(shè)施、信息化和自動化測控設(shè)施、智能化管理軟件系統(tǒng)的建設(shè)，以便提高灌區(qū)用水管理的精準性、靈活性和公正性。通過灌區(qū)現(xiàn)代化提高灌區(qū)水資源的優(yōu)化配置水平、提高工程運行管理水平、提高灌溉用水利用效率與效益、提高單位勞動力效率、減少管理用工和管理費用、降低管理成本、控制農(nóng)業(yè)面源污染、改善生態(tài)環(huán)境。

黨的十九大提出，中國特色社會主義進入新時代，分兩個階段來進行國家現(xiàn)代化建設(shè)。第一個階段，從2020到2035年，在全面建成小康社會的基礎(chǔ)上，再奮斗15年，基本實現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化。第二個階段，從2035年到2050，在基本實現(xiàn)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)上，再奮斗15年，把我國建成富強民主文明和諧美麗的社會主義現(xiàn)代化強國［17］。實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的目標任務(wù)是，到2020年鄉(xiāng)村振興取得重要進展，制度框架和政策體系基本形成；到2035年鄉(xiāng)村振興取得決定性進展，農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化基本實現(xiàn)；到2050年，鄉(xiāng)村全面振興，農(nóng)業(yè)強、農(nóng)村美、農(nóng)民富全面實現(xiàn)。最近發(fā)布的《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃》提出要加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐，推動新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步發(fā)展。灌區(qū)現(xiàn)代化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分，從2020年到2050年的30年將是我國灌區(qū)百年發(fā)展的第四階段，即灌區(qū)現(xiàn)代化管理的建設(shè)時期。

灌區(qū)現(xiàn)代化是對灌溉工程設(shè)施和管理水平進行逐步升級改造的過程，需要在研究編制灌區(qū)現(xiàn)代化改造整體規(guī)劃方案的基礎(chǔ)上，采用工程、技術(shù)和管理綜合技術(shù)和措施，全面提升灌區(qū)運行管理水平。通過灌區(qū)現(xiàn)代化提高灌區(qū)水資源的優(yōu)化配置水平、提高工程運行管理水平、提高灌溉用水利用效率與效益、提高單位勞動力效率、減少管理用工和管理費用、降低管理成本、控制農(nóng)業(yè)面源污染、改善生態(tài)環(huán)境。為農(nóng)業(yè)灌溉和其他用水戶提供安全、可靠、高效、靈活、公平和可持續(xù)的供水服務(wù)。

灌區(qū)現(xiàn)代化管理技術(shù)需在灌區(qū)工程管理中充分研究應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)和人工智能技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，提高信息采集和處理的準確性、傳輸?shù)臅r效性、分析的科學(xué)性、應(yīng)用的可靠性和實用性，做出及時、準確的預(yù)測、決策、調(diào)度和反饋，實現(xiàn)集信息采集－處理－決策－信息反饋－監(jiān)控為一體的系統(tǒng)調(diào)度［18］。目前正在開展的研究工作包括：

（1）高效信息采集、傳輸及服務(wù)系統(tǒng)。灌區(qū)的核心業(yè)務(wù)是用水管理，以高效信息自動采集傳輸為基礎(chǔ)，通過對信息采集傳輸基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的改造和建設(shè)、配置先進的適合灌區(qū)特性的儀器設(shè)備，提高信息采集、傳輸、處理的自動化和智能化水平，提高信息采集的精度和傳輸?shù)臅r效性，形成較為完善的信息采集體系，為灌區(qū)管理工作提供更好更準確的信息服務(wù)。

信息監(jiān)測與服務(wù)系統(tǒng)是在信息采集傳輸系統(tǒng)采集信息的基礎(chǔ)上，通過對監(jiān)測信息的接收處理，實現(xiàn)對用水管理有關(guān)數(shù)據(jù)信息進行分析與整理，為灌區(qū)決策支持系統(tǒng)及管理人員提供灌區(qū)氣象、水情、墑情、工情、閘位等用水管理相關(guān)的信息服務(wù)。

（2）智慧灌區(qū)管理決策支持系統(tǒng)。智慧灌區(qū)管理決策支持系統(tǒng)是根據(jù)灌區(qū)的土壤墑情、作物需水量、氣象預(yù)報等信息，以及灌溉水源和渠系、控制建筑物、蓄水設(shè)施等硬件的狀況和特征，利用數(shù)學(xué)和計算機模型，分析提出灌溉優(yōu)化配水方案和渠系及其控制設(shè)施的優(yōu)化運行方案，為決策者提供多角度、可選擇的水量配置和輸配水系統(tǒng)調(diào)度方案。決策管理支持系統(tǒng)是智慧灌區(qū)的核心，需要各種相關(guān)信息及模型技術(shù)的集成應(yīng)用。

（3）灌區(qū)自動化控制系統(tǒng)。灌區(qū)是由取水引水樞紐、輸配水渠系、節(jié)制閘及分水閘、調(diào)節(jié)水庫等建筑物組成的復(fù)雜供水系統(tǒng)。用傳統(tǒng)人工控制的方法難以對這個大系統(tǒng)進行安全、及時、高效、精準、經(jīng)濟的運行管理。灌區(qū)管理人員根據(jù)智能化管理決策支持系統(tǒng)形成的調(diào)度方案，選擇實際可行調(diào)度方案，生成調(diào)度指令，自動控制系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度指令對灌區(qū)渠系上的控制建筑物，如分水閘、節(jié)制閘等設(shè)備運行進行自動控制，完成灌區(qū)的用水調(diào)度，并對控制、反饋和結(jié)果等調(diào)度過程進行實時監(jiān)視和記錄，實現(xiàn)灌區(qū)智能化控制管理。

在灌區(qū)現(xiàn)代化管理發(fā)展理念方面，灌區(qū)既是一個灌溉農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，也是一個人工和自然相結(jié)合的生態(tài)系統(tǒng)，需對灌區(qū)的生態(tài)價值進一步深入研究。隨著我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展，許多灌區(qū)功能由過去單純?yōu)檗r(nóng)業(yè)灌溉供水發(fā)展為既為農(nóng)業(yè)灌溉供水也為城鎮(zhèn)生活和工業(yè)、生態(tài)環(huán)境供水，并兼有防洪除澇等的多用戶、多功能和多目標的復(fù)雜工程系統(tǒng)。這對灌區(qū)工程的現(xiàn)代化改造和運行管理標準提出了更高的要求。

我國有都江堰等運用了數(shù)千年的古代灌溉工程，這些工程蘊含著豐富的自然哲理和科學(xué)思想，其建筑結(jié)構(gòu)型式體現(xiàn)出人們對自然規(guī)律的認識、尊重和合理利用，是人與自然和諧共生的典范?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使我們擁有更加先進的設(shè)計、建設(shè)及管理技術(shù)及手段。在我國灌區(qū)現(xiàn)代化管理建設(shè)進程中應(yīng)將蘊藏在古代灌溉工程中經(jīng)過歷史檢驗的科學(xué)理念、智慧與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動化和智能化技術(shù)、灌溉排水、渠道水力學(xué)、生態(tài)環(huán)境保護等技術(shù)與措施有機結(jié)合，實現(xiàn)灌區(qū)工程和用水的智慧、安全、可靠、高效、精準、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)管理，為我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)提供強有力的技術(shù)支撐。