灌溉排水工程学
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三、灌溉排水工程的发展历程

(一)国外灌溉排水工程的发展

灌溉排水这一古老工程技术可以远溯至新石器时代。从世界范围而言,有文字记载的最早的灌溉工程,是公元前3400年左右美尼斯王朝修建在埃及孟菲斯城附近截引尼罗河洪水的淤灌工程。约公元前2200年巴比伦在底格里斯和幼发拉底河河谷建造了当时世界上规模最大的奈赫赖万灌溉渠道。印度、古罗马、古波斯等国的灌溉,起源也都很早。公元前2500年左右,印度就有引洪淤灌,到20世纪30年代,印度开始应用现代工程技术修建大型自流灌溉工程,同时发展小型提水灌溉与井灌。伊朗、叙利亚、意大利等国的灌溉,也有几千年的历史,其中伊朗和亚美尼亚等国,以坎儿井众多闻名。19世纪中叶,在美国西部大盐湖河谷地带,开始了移民垦殖,发展灌溉。20世纪初,美国联邦政府开始在西部17个州进行以灌溉为主的水利综合开发,1985年全美喷灌面积达0.089亿hm2,占其总灌溉面积(0.243亿hm2)的37%。苏联的灌溉农业也有较长的历史,公元前6世纪阿姆河和锅尔河流域就开始了灌溉。十月革命后,灌溉事业有了较大的发展,主要灌区集中在中亚细亚。

全世界灌溉面积1950年为9600万hm2,1985年为2.2亿hm2,增加1.2倍,到2002年增加到了2.77亿hm2。灌溉面积占耕地面积的比例由1950年的7%增加到1985年16%,2002年超过了20%;灌溉农田的农产品产值约占全部农产值的一半。世界上灌溉面积最多的国家为中国和印度,其次为美国和巴基斯坦(表0-1)。欧洲西部一些国家,因雨量较丰沛,且分布较均匀,灌溉设施一般较少。据预测,全世界人口到21世纪中叶,将增加47%,而耕地只能增加4%,为满足未来对粮食的需求,主要靠提高单位面积产量,因此,发展灌溉仍将是今后发展农业的重要措施之一。今后世界灌溉发展的趋势是:①灌溉方法仍将以地面灌溉为主,喷、微灌面积会有较大的发展;②为提高灌溉水的利用系数,缓解水资源紧缺程度,渠道防渗、管道输水和非充分灌溉等节水灌溉技术将日益发展;③改进灌溉管理,提高灌溉自动化程度。计算机、遥测、遥控和3S等新技术将得到广泛应用。

(二)国内灌溉排水工程的发展

1.新中国成立前的灌溉排水事业

我国有悠久的灌溉发展历史,在人类文明史上有着辉煌灿烂的成就。早在3000多年前的商周时期,就有了蓄水、输水、分水、灌水、排水不同功能的人工灌排系统,称为“井田沟洫”制度。公元前591年就建成了芍陂蓄水灌溉工程(位于今天的安徽省寿县,现在叫安丰塘),灌溉农田数十万亩(1亩=1/15hm2),至今仍在发挥着效益。公元前251年建成的无坝引水工程都江堰,引岷江水灌溉川西平原沃野良田,使之成为“水旱从人,不知饥荒”的天府之国。在人们精心维护管理和改造扩建下,历经2000多年而不衰,并且灌溉面积扩大到目前的1130万亩,这在世界灌溉史上是绝无仅有的奇迹。公元前246年秦国在陕西泾水上修建了无坝引水的郑国渠,以后改建成今天的泾惠渠。古代灌溉事业的发展,提高了作物产量,发展了区域经济,使灌区成为当时的经济繁荣发达地区,促进了古代农耕文明和社会进步,也为封建王朝统一中国,扩大疆域,巩固政权创造了条件。但是受历史条件的局限,几千年来我国农田灌溉事业发展缓慢。20世纪30~40年代,近代水利先驱李仪祉先生等,学习、引进、吸收西方先进水利科技,规划和兴建了如陕西关中泾惠渠、渭惠渠等一批著名灌溉工程,缩小了我国灌溉工程技术与西方工业发达国家的差距。到新中国成立的1949年,全国有标准不高的农田灌溉面积2.4亿亩,占耕地面积的16.3%。利用近代工业和科技成果发展起来的机电排灌,起步于20世纪20~30年代的东南沿海地区,到1949年新中国成立前,动力设备保有量只有7万kW,灌排面积380万亩,其中2/3集中于江苏南部。在漫长的封建社会和半封建半殖民地社会,我国农业基础设施十分脆弱,农业生产力水平低下,大部分地方的农业“靠天吃饭”,粮食不能自给,几亿农民长期处于缺吃少穿、不得温饱的贫困状态。农业基础的不稳,制约着整个经济社会的发展。

表0-1 世界灌溉面积(处于前25位的国家,2002年,引用于FAOSTAT 2005)

2.新中国成立后灌溉排水事业的发展

新中国成立以后,国家提出了“农业是国民经济的基础”、“水利是农业的命脉”等方针,对兴建水利、发展灌溉排水给予高度重视,采取了一系列促进灌溉排水事业发展的政策和措施,组织广大农民坚持不懈地兴修水利,先后建成了上千万处多种类型的蓄水、引水、提水灌溉工程,几十年发展的灌溉面积超过了以往数千年的总和。截至2012年年底,全国灌溉面积10.16亿亩,其中节水灌溉面积4.68亿亩,包括渠道防渗节水灌溉面积1.92亿亩,占41.1%;低压管道输水灌溉面积1.13亿亩,占24%;喷微灌面积0.99亿亩,占21%;其他节水灌溉面积0.64亿亩,占16.5%。全国有大型灌区447处,控制有效灌溉面积2.51亿亩;大型灌溉排水泵站450处,装机功率563万kW,控制有效灌溉面积1.47亿亩、总有效排涝面积1.37亿亩;中型灌区约7300多处,控制有效灌溉面积2.31亿亩;全国拥有塘坝、小型泵站、机井、水池水窖等独立运行的小型农田水利工程2000多万处,包括塘坝600多万处,引水堰(闸)110多万处,小型排灌泵站47多万处,灌溉机电井430多万眼,水池、水窖(柜)等小型集雨工程600多万处。大中型灌区末级渠道、小型灌区固定渠道近300万km,固定灌溉管道约180万km,相应的配套建筑物近700万座。

2012年全国总供水量6131.2亿m3,其中地表水源占80.8%,地下水源占18.5%,其他水源占0.7%。总供水量中:生活用水739.7亿m3(其中城镇生活用水占74.3%),占总供水量的12.1%;工业用水1380.7亿m3,占总供水量的22.5%;农业用水3902.5亿m3,占总供水量的63.6%;生态环境补水108.3亿m3,占总供水量的1.8%。中国以占全国耕地50%的灌溉面积生产了占全国总产量75%的粮食,80%的经济产品和90%的蔬菜。中国以占全世界9%的耕地,养活了占世界22%的人口,重要原因之一是有较发达的灌溉排水基础设施。

伴随着大规模的灌溉排水工程建设与改造,灌溉排水新技术的研究开发和应用推广也取得了很大成绩。如地表水与地下水互补、联合调配使用的井渠结合技术,丘陵山区蓄引提结合多水源综合开发、联合调度利用技术,灌区中低产田旱涝碱综合治理技术,渍害低产田改造技术,喷灌技术,微灌技术,沟畦地面灌溉改进技术,水稻控制灌溉技术,旱作物非充分灌溉技术,雨水集蓄利用技术,计划用水优化调配管理技术等。与此同时,在灌溉排水基础理论和应用技术基础研究方面也取得了一批有价值的成果,如节水灌溉条件下农作物需水规律、作物水分生产函数与节水机理,大气水、地表水、地下水、土壤水四水转化,饱和—非饱和土壤水和溶质运移规律,土壤—作物—大气连续体水分传输机理与计算模型等。

为了适应新形势、新任务、新要求,今后灌溉排水事业发展的工作重点将放在已有灌溉设施的改造和管理体制的改革上,使灌溉水利用率大幅度提高,达到60%以上。充分考虑水资源承载力和供水条件,以非充分灌溉、节水灌溉为主,既重视提高用水效率,同时更重视提高水分生产率、单位水量创造的价值和纯收益;既重视生产实践经验,更重视科学技术的应用。