水资源保护与科学用水

赵阳

联合国教科文组织在1997年把水资源定义为“可资利用或可能被利用的水源，即应当能够为满足生产生活用途而得以利用”，而《中国自然资源》将水资源定义为“能为人类生产生活直接利用的，在水循环过程中产生的地表、地下径流和由它们存留在陆地上可再生的水体”。

水资源现已成为全球最稀缺的自然资源， 据世界资源研究所分析，全球近三分之一人口即26亿人生活在“高度缺水”的国家，我国就是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。尤其是我国西部地区因受地理环境和人为因素所致，水资源紧缺的问题日趋突出，已不仅仅是资源问题，更成为关系到国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。

水是生命之源，一旦失去水，人类将面临死亡，世上万物也会枯竭。水并不是取之不尽，用之不竭的。水资源的保护及其合理利用，已成为干旱区开发的第一限制性因素。因此，对水资源的保护、开拓水源、节约与科学利用，以及提高水资源的经济效益等方面，已成为刻不容缓的重要研究课题。

一、水资源的类型

目前水资源的类型可分为：地表水（河流、湖泊、溪流等）;地下水（自流水、井水）;再生水、海水;淡化水等四种类型。

再生水是指城市污水及村镇排水或雨水经适当处理后，达到一定的水质指标，满足某种使用要求，可以进行有益使用的水;从经济的角度来分析，再生水的成本最低，从环保的角度看，污水再生利用有助于改善生态环境，实现水生态的良性循环。另外，埃及、以色列等国已有很多实例说明，能将海水直接用于灌溉沙质田间。

所谓的淡化水是指海水或微碱水经过脱盐和淡化处理的水。淡化方式有蒸发法、反向渗透法、电渗吸法、冻结法等。淡水化系统是近年来才开发的产物，可望随着科学技术的发展更加完善。目前，世界上已有120多个国家在运用海水淡化技术获取淡水，海水淡化产业将会成为朝阳产业。但是，如果从这些淡水化系统的造水耗能价格来考虑，与自然资源相比，价格还是昂贵的。

自古以来，在水源缺乏的干旱地区就有了把降雨径流收集起来的作法，足可说明人类的伟大才智。为了利用地面坡度尽可能多地收集径流，巧妙地在防渗和集水方面动脑筋的迹象也可以从古代遗迹中了解到。自古就有作为大规模导水设施的坎儿井，这种井一般是在10?20米的地下挖掘5?10公里的隧洞，以防止地下水在輸入田间的时候蒸发掉。据说从几千年前就以亚洲西南为中心区域发展起来了，不断维修管理直到今天尚在使用。

坎儿井分布地域以伊朗高原为中心，西至摩洛哥，东至我国新疆。新疆吐鲁番盆地的坎儿井与万里长城、京杭大运河、都江堰并称为中国古代四大工程。当地勤劳智慧的劳动人民为了能将远处天山下的雪水，通过茫茫燥热的戈壁滩引入到城镇乡村，便创造出了令人叹为观止的地下水利工程——坎儿井。吐鲁番盆地坎儿井总数有1700多条，全长约5000公里。

回顾历史，是水养育了人类，造就了文明。两河流域兴起了古巴比伦文明，尼罗河创造了古埃及文明，黄河是中华文明的发源地，海洋使古希腊文明一度辉煌。但今天，缺水却成为人类生存的障碍，应当引起我们的深思。

二、水资源利用类型

世界干旱半干旱气候遍及50多个国家和地区。除南极洲外，各大洲干旱半干旱地区的面积，合计占陆地面积的34.9%。在人类所有的生产活动中农业灌溉用水量占据80%的比例，而且在干旱半干旱地区农业开发利用的水源，往往是利用河流和地下水。

全球水资源的69%用于农业，23%用于工业，8%用于居民生活;我国人均占有水資源量为2200立方米，仅为世界人均占有水量的25%、美国的20%，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。

我国传统的用水模式中，灌溉用水的实际利用率仅为30%～40%，大水漫灌不仅导致生产效率低下，而且造成了水资源的浪费。据有关数据显示，我国农业用水量大约占总用水量的70%以上，但在传统的农业漫灌方式下，全部耕地中只有40%能够确保灌溉，因此在科学用水的基础上，发展高效农田节水灌溉技术具有重要的现实意义。

我国不仅面临着水资源紧张，而且在科学用水方面大有改进之处，还存在着用水严重浪费的现象。尤其是在农业灌溉中普遍存在着配水系统效率偏低，灌区用水管理粗放，田间灌溉及排水应用技术落后，灌溉及排水工程不配套、老化失修严重等突出问题。这不仅造成有限水资源的浪费和能源的耗费，还带来较为严重的土壤盐渍化等农田生态环境问题，严重制约着我国农业高效用水的发展。

三、先进的灌溉技术

综观作物灌溉技术的发展，在经历了农耕文明历史上传统的自然降水浇灌、漫灌、畦灌、沟灌、渠灌、桶浇、瓢泼等简单落后灌溉技术;随着科技进步的发展，国内外许多地方开始使用的喷灌、微喷灌、滴灌、膜下滴灌、涌泉灌、喷水带灌、机械灌溉等新技术以后，近年来又发展进步到了“精确用水”、“精确灌溉”的最先进的农林作物渗灌节水高新技术。

1.喷灌法

喷灌是灌溉方法之一，喷灌是用压力管道输水，再由喷头将水喷射到空中，形成细小的水滴，像降雨一样均匀地洒落在地面，湿润土壤并满足作物需水要求的一种灌溉方式。喷灌系统的形式很多，各具特色，分类的方法也不同。如按喷灌系统的压力的方式分类，有机压喷灌系统和自压喷灌系统;如按系统构成的特点分类，又可分为管道式喷灌系统和机组式喷灌系统;如按系统中主要组成部分是固定式的还是移动式的来划分，可将喷灌系统分为移动式、固定式和半固定式三类。

与传统的地面灌水方法相比，喷灌具有明显的优点：①灌水均匀，省水;②适应性强，不受地形限制;③省工、省地、增产;④有利于实现灌水机械自动化，还可以结合喷灌进行喷肥、喷药、防干热风、防霜冻等 。

但喷灌也有一些缺点：①一次性投资较高;②能耗较大;③操作麻烦，受风的影响较大。但随着生产发展和国民经济建设的需要，以及喷灌技术设备的改进与提高。喷灌将会得到稳定的发展。

2.微灌法

微灌是根据作物需水要求，通过管道系统与安装在末级管道上的灌水器，将水输送到作物根系的土壤表面或土层中去的灌水方法。与传统的全面积湿润的地面灌和喷灌相比，微灌只以较小的流量湿润作物根系附近的部分土壤，因此，又称为局部灌溉技术。

微灌法可分为以下几种类型：

地表滴灌，是通过末级管道（称为毛管）上的滴头，将压力水以间断或连续的水流形式灌到作物根系附近土壤表面的灌水形式。

地下滴灌，将水直接输送到地表下的作物根系区，其流量与地表滴灌相接近，可有效减少地表蒸发，是最为节水的一种灌水形式。在此基础上，又进一步开发出膜下滴灌技术。在铺设地膜的同时应用滴灌技术。这是一种结合了以色列滴灌技术和国内覆膜技术优点的新型节水灌溉技术。通过铺设在地膜下方的灌溉带供水，将加压的水和水溶性肥料充分融合，形成肥水溶液，进入输水干管-支管-毛管，再由毛管上的滴水器一滴一滴地均匀、定时、定量浸润作物根系发育区，供根系吸收。

微喷灌，是利用直接安装在毛管上，或与毛管连接的微喷头，将压力水以喷洒状的形式喷洒在作物根系附近的土壤表面的一种灌水形式，简称微喷。微喷灌还具有提高空气湿度，调节田间小气候的作用。

涌泉灌，是指输水管道中的压力水通过涌水器，以小股水流或泉水的形式输送到土壤表面的一种灌水形式。

近年来又出现微喷带设备，它也是一种新型微灌设备，又称喷灌带、微喷带、喷水带、喷水管、多孔软管等。其工作原理是将水用压力经过输水管和微喷管带送到田间，通过微喷带上的出水孔，在重力和空气阻力的作用下，形成细雨般的喷洒效果。

3.改进的地表灌溉法

在有条件的地方完全可以采用上述的各种先进灌溉技术。但在那些基本条件不足的边远地区，还需要继续推广应用地表灌溉法。经过改进的地表灌溉法具有投资少、能耗低、运行费用小、使用管理方便等优点而得以广泛应用。

改进的地表灌溉技术，包括采用先进的平地技术和地表灌水技术，改进沟畦灌溉规格和技术要素等。

平整土地基本要求：平整后土地采用畦灌时，地面起伏高度一般应小于10 cm，沟灌时地面起伏高度应小于2Ocm。

充分利用节水灌溉技术，采用小畦灌法、长畦分段灌法、水平畦灌法、细流沟灌法、及隔沟灌溉法。

小畦灌法的特点是水流流程短，灌水均匀，提高灌水均匀度和水利用率，达到节水增产的目的;

长畦分段灌法可以达到小畦灌溉同样的节水效果，而且减少了田间渠道，节约了耕地，也便于农业机械化耕作，具有明显的节水、节能、灌水均匀、灌溉效率高、投资小、效益大等特点;

水平畦灌法是一种在短时间内供水给大块水平畦田的地面灌水方法，是一种先进的节水灌溉技术。其深层渗漏损失小，也不易产生地表径流，效率和均匀度都很高;

细流沟灌法与一般沟灌规格相同，不同之处在于，流量较小，其优点是灌水均匀，节水保肥，不破坏土壤团粒结构;

隔沟灌法也是沟灌的一种节水形式，灌水时，一条沟灌水，一条沟不灌水。此法具有灌水量小，可减轻灌后遇雨对作物的不利影响等特点。

为了改进地表灌溉技术质量，提高节水效果，不仅要选用适宜的节水灌溉方法，更重要的是应根据当地条件合理地确定灌水技术要素，在确定时要因地制宜，灵活调整。

科学用水是一种多学科、多门类的综合技术。在全球水资源紧缺的情况下，配之以相應的农业、管理、政策措施，会在相互促进中达到最佳的节水效果。相信随着人们水患意识的逐步增强，我国农业及各项事业工程建设会走出一条具有中国特色的科学用水新途径。