农田水利规划建设中几个关键指标的思考.doc

3农田水利规划建设中几个关键指标的思考 张展羽 朱成立 胡 超 等农田水利规划建设中几个关键指标的思考张展羽，朱成立，胡 超，陈晶晶（河海大学水利水电学院 南京 210098）摘 要：农田水利是农业和农村发展的基础设施，是现代农业的重要物质条件。解决农田水利设施薄弱，水土资源利用效率不高等问题，必须科学编制农田水利规划。文章总结了国内外工程规划的基本理论及方法，提出了编制农田水利规划的主要内容及其结构体系，重点论述了规划中的核心指标，包括灌溉设计保证率、灌溉水利用系数、农田排水及生态环境指标的分析方法，并分别提出了相应的标准。关键词：农田水利规划；灌溉设计保证率；灌溉水利用系数；农田排水；生态环境中图分类号：S275 文献标识码：B1 概述新中国成立以来，党和政府高度重视农田水利建设，全国农田有效灌溉面积由新中国成立初期的1600万hm2增加到目前的5900万hm2。近些年来，通过对大中型灌区实施续建配套与节水改造及加强对小型农田水利建设的投入，农田水利基本设施得到了改善，农业综合生产能力得到了较大提高，为保障国家粮食安全做出了重大贡献。但是我国农田水利工程也存在诸多问题。为进一步加强农业的基础地位，促进农业和农村经济快速发展，必须针对农村经济社会发展、水土资源利用等新情况、新问题，科学编制农田水利规划，指导和规范我国农田水利建设。农田水利规划是对未来农田水利的发展做出的总体安排，也是对未来农田水利的整体性、长期性、基本性问题的分析、考量和未来整套行动方案的设计。通过全面的、科学的规划，对原有的农田水利工程进行改善和配套，对缺少农田水利工程的地方进行新建和补充；并按水利发展目标实施农田水利工程的建设和管理，建设全新的、可持续发展的农田水利工程系统，是促进农村现代化建设和国民经济的快速发展的支撑和保障。农田水利规划是区域农田水利建设工作的基础，在农田水利建设中起纲领性作用。只有科学编制规划，才能协调好农田水利建设中的关于发收稿日期：2011-08-13作者简介：张展羽（1957-），男，博士，教授，主要从事农业水利工程方面的研究展目标、建设标准、工程规模、项目安排以及支撑体系和运行机制等各个方面，才能够防止因缺乏全局考虑而产生的不合理投资、重复建设等问题的发生；农田水利规划也是各级政府审批农田建设项目以及对涉及农田水利事务管理的依据，具有一定的法律约束性作用，这就要求各地在农田水利建设时不得随意变更规划，这将对农田水利的稳定发展起着积极推进作用。2005年，国务院办公厅转发了发改委、财政部、水利部等五部委关于建立农田水利建设新机制的意见，明确指出要“认真做好农田水利建设规划编制工作”，2008年中央一号文件又明确要求做好县级农田水利规划编制工作。2011年中央一号文件特别强调水利是现代农业建设不可或缺的首要条件，特别指出农田水利建设滞后仍然是影响农业稳定发展和国家粮食安全的最大硬伤，特别要求把农田水利作为农村基础设施建设的重点任务。为了进一步推进地方农田水利建设，水利部启动了县级农田水利规划编制工作，这是一项有战略意义的工作，必将极大地促进当地农田水利的发展，科学指导区域农田水利发展进程，为解决我国粮食安全问题和促进社会稳定发展打下坚实基础。2 农田水利规划的基本理论及方法2.1 国内外有关规划的基本理论国外在区域规划领域有比较成熟的的理论及方法。日本为解决国土资源紧缺问题，建立了一整套土地规划利用的规程，在土地的分区分类和规划的体系构建方面均有比较系统的制度；美国各个州政府下设有区域规划委员会，主要进行交通规划、水源供应规划、污水处理规划、卫生福利设施规划等。德国的区域规划，重视基础设施建设和生态环境的保护和治理。2002年菲力浦奥曼丁杰出版的规划原理对西方国家主要的规划理论流派及其理论观点作了比较系统的阐述，几种主要的理论包括，由布瑞麦克劳林(Brain McLoughlin) 和乔治查德威克(George Chadwoick)于 20世纪60年代提出的以城市与区域是相互作用的综合体为核心的系统规划理论；以安德鲁斯法卢迪(Andreas Faludi ) 为代表人物的理性规划理论，其核心是强调用“科学的”和“客观的”方法去认识和规划对象，提出了规划研究、规划编制和规划决策各自独立的看法；以哈维(Harvey，D) 为代表人物的西方马克思主义和批判理论，其主流观点为国家可以提供必要的干预，规划是摆脱国家经济危机的手段；此外，还有新右冀规划理论、实用主义理论、后现代主义规划理论等。我国在规划研究方面起步较晚，因此借鉴其他国家先进的规划理论及方法并应用于中国实际对中国的现代化建设意义重大。目前，我国在许多领域已形成了规划理论体系，对这些行业的发展起着积极推进作用。如在土地利用方面，有地租地价理论、土地区位理论、持续利用理论、人地协调理论等；对城乡发展规划有直接规定的城乡规划法；对水资源开发、利用规划有直接约束的水法；各类专业性规划如江河流域规划编制规范（SL201-97）、水土保持综合治理规划通则等。近年来，我国农田水利新理论、新技术不断发展，有力推动了工程规划、建设管理和科技进步，有关省、市相继出台了县级农田水利规划指南或农村水利综合规划大纲等，总体上，农田水利规划的内容及方法见图1。但我国农田水利规划理论体系有待深化研究，有关关键指标需要组织科技攻关，在这个领域至今没有形成一个国家级甚至专业型规范、规程或导则，科学编制农田水利规划迫切需要一个技术标准。2.2 规划指标的选定我国社会经济的快速发展对农田水利事业提出了更高的要求，农田水利基础设施不仅要满足促进现代化农业发展、保障国家粮食安全的需要，还要满足改善农村环境、保证农村和乡镇人畜饮水安全、促进农村城镇化建设等方面的需要。为此，农田水利事业必须扩大服务功能，提高服务水平，由传统水利向现代水利、可持续发展水利转变。编制农田水利规划，要充分把握高效利用水资源、发展高效农业、促进农村现代化建设的需要。我们必须站在历史发展的新起点上，根据新的要求，用新的视觉、新的思路，重新对农田水利基础设施进行全面规划，在改造、利用已有水利设施的基础上，建设全新的、现代化的、可持续发展的农田水利工程系统，促进农村现代化建设和国民经济的快速发展。结合我国目前农田水利规划的实际情况，借鉴国内外其他领域的规划理论及方法成果对我国农田水利进行科学规划，规划成果应具有科学性、前瞻性和可操作性。规划的关键和核心就是规划指标的选定，规划指标的标准将直接影响农田水利工程的规模、投资和经济效益。因此，在农田水利规划时必须充分论证、十分慎重的选择这些指标及其标准。本文讨论的指标共有4个，即：灌溉设计保证率，灌溉水利用系数，农田排水和生态环境指标。3 规划中几个关键指标3.1 灌溉设计保证率灌溉设计保证率是指灌区灌溉用水量在多年期间能够得到充分满足的几率，一般用设计灌溉用水量全部获得满足的年数占计算总年数的百分率表示。通常通过选择代表年予以满足。灌溉设计保证率的选定，将直接影响工程建筑物的规模（如水库的库容、渠系建筑物的尺寸等）、灌溉面积的大小，最终影响灌区的经济效益。因此，灌溉设计保证率的选定是一个非常关键的工作。灌溉保证率过大或过小都是不经济的，应根据水源条件，合理确定灌溉设计保证率的大小。3.1.1 灌溉设计保证率的选择方法根据我国现行的灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99），灌溉设计保证率的选取可根据水文气象、水土资源、作物组成、灌区规模、灌水方法及经济效益等因素确定，关键是选择与保证率对应的水文代表年。（1）以年值法选择灌溉设计代表年目前常用的方法是：首先根据当地的实际情况，考虑水文气象、作物组成、灌区规模及经济状况等因素，合理的选择灌溉设计保证率，再根据当地多年降雨资料，把历年降雨量从大到小排列进行频率计算。选择年降雨量频率和灌溉设计保证率相同或者相近的年份作为灌溉用水设计代表年，并以此代表年的来水量作为满足灌溉保证率要求的依据。此方法没有考虑降雨年内分布不均的影响，往往造成难以满足灌溉保证率的现象，建议此法用在降水量和水资源量较为丰沛的南方地区或者有调蓄水源的灌区。图1 农田水利规划基本内容及方法7关于农村供水发展的几点思考 张汉松（2）以作物全生育期需水量选择灌溉设计代表年此法首先仍然要求根据当地的实际情况选择合理的灌溉设计保证率。灌溉设计保证率选择之后，统计区域历年主要作物生育期的降雨量或来水量，从大到小排列进行频率计算，选择降雨或来水量频率和灌溉设计保证率相同或相近的年份，并以此代表年的来水量作为满足灌溉保证率要求的依据。3.1.2 建议在进行灌溉设计保证率的选择时，要综合考虑年降水总量以及降水年内分配的影响，可以以上述两种方法中的一种作为选择的依据，用另外一种进行校核。灌溉设计保证率不是选得越高越好，要从当地技术、经济、社会发展等方面综合分析选择。由于各地的经济发展状况不同，考虑到经济的适度提高，南方雨量充沛且经济发达的地区以及有灌溉水源调蓄的地区，灌溉设计保证率可以适当地提高，其他地区可以适度地降低。3.2灌溉水利用系数3.2.1 灌溉水利用系数及其影响因素分析灌溉水利用系数是反映灌溉用水有效利用总体水平的一个综合性指标。目前，我国灌溉用水有效利用系数总体水平已达0.5，但与发达国家相比仍有很大的差距，因而还有很大的提升空间。国家十二五规划纲要提出，2015年我国农业灌溉用水有效利用系数达到0.53（预期性目标），预期较2010年提高3%，进一步提升我国农业灌溉水平。影响灌溉水利用系数的因素包括自然条件和人为因素等多方面。自然条件包括地形、地质、土壤等因素；人为因素包括灌区管理水平、作物种植结构、工程技术措施等。（1）受灌区渠系布置的影响某灌区有一长为L(km)、宽为H(km)、面积为X(km2)的耕地，某一灌溉用水时节，设计灌水率为q(m3/(skm2)。为便于说明问题，渠系定为二级渠道，统一不衬砌。不考虑地下水的顶托作用。采用下面两种渠系布置形式：形式 形式 图2 渠系布置图二者除布置形式不同外，其他条件均一样。灌溉采用轮灌制度，田间水利用系数均为。计算时利用经验公式法估算输水损失，常用的经验公式为100% （1）式中：为渠道每千米的输水损失（以渠道净流量的百分数计）；为渠床土壤透水系数；为渠床土壤透水指数，； 为渠道净流量。 （2）式中：为渠道的毛流量，m3/s；最下游一个轮灌组灌水时渠道的平均工作长度，km，计算农渠毛流量时，可取农渠长度的一半；其余符号同上。对于形式，农渠沿斗渠一侧布置。以二农渠为典型支渠，若令=，=，则斗渠的毛流量为： （3）灌溉水利用系数为：= （4）对于形式，农渠的布置沿斗渠对称布置，其余与形式相同，可得灌溉水利用系数为：= （5）则，由于渠床土壤透水性指数，故。因此，我们可以认为，对于同一灌区的不同的渠系布置对水的利用程度也不相同，并且下级渠道沿上级渠道越对称，渠道的输水损失量越小，从而，灌溉水利用系数越高。（2）受灌区面积大小的影响灌区面积的不同，直接导致灌溉渠道的数量、长度、布置等的不同。根据灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）规定，灌溉水利用系数： (6)式中，为灌溉水利用系数；为渠系水利用系数； 为田间水利用系数。由于渠道越长、级数越多，灌溉输水损失量越多，所以灌区面积越大，渠系水利用系数越小。对于同一范围内的灌区，田间水利用系数基本相同。因此，面积越大的灌区，灌溉水利用系数越小。3.2.2 建议由以上分析可知，影响灌区灌溉水利用系数的因素是多方面的。因此，在制定农田水利规划时，要合理布置渠道系统，同时要科学论证灌区规模，避免贪大求统现象。不同灌区之间，对灌溉水利用系数的选取也应该分类考虑。第一，考虑灌区的渠系分布因素，对于渠道较短、渠系中下级渠道沿上级渠道比较对称的灌区，灌溉水利用系数可以适当的大些；第二，按照灌区面积大小选取灌溉水利用系数，面积越小灌溉水利用系数规划值相应要取高些，分类指导与考评。根据我国实际情况，建议可以按照下表进选取。表1 不同灌溉面积下灌溉水利用系数选择建议值灌区面积/（万hm2）220.070.07灌溉水利用系数0.500.550.550.600.603.3 农田排水农田排水的任务是排除农田中过多的地面水和地下水，控制地下水位，为作物生长创造良好环境。在农田排水工程规划时，必须选定农田排水标准，为工程的建设提供依据。农田排水标准主要从以下3个方面进行考虑。3.3.1 排除地面水的除涝标准除涝标准主要与降雨的频率、排水时间和作物淹水允许深度有关。现阶段，我国农田排涝的标准没有充分考虑下垫面因素条件改变的影响。随着我国城镇化速度的加快以及节水和高效农业的发展，灌区的下垫面因素发生很大的变化：城镇、村庄排水标准要求的提高；农业园区、设施农业区等的发展对排涝有了进一步的要求；此外，在降雨量并不丰富的地区，还应考虑农田控制排水，以最大限度利用水资源等。建议各地在选择除涝标准时，除考虑作物本身的耐淹能力外，应该综合考虑区域特征和经济发展，分片考虑，确定各部分除涝标准。除涝标准确定后，发片计算排涝模数，最后用加权的方法确定区域排涝模数，并以此确定排水工程的规模。3.3.2 控制地下水位的排渍标准渍害是影响我国农作物产量的主要灾害之一。所谓渍害，就是耕作层土壤水分过多或地下水位过高，造成对农作物正常生长的危害。大量实验表明，农作物生长与生育期内地下水埋深以及关键生育期持续受渍天数有着密切的关系；通常把控制作物关键生育期地下水埋深作为农田防渍指标。而对于种植花卉、蔬菜等设施农业区、高效农业区，排渍的标准要适当的提高。可以采用地下水连续动态为指标的排水标准。反映地下水连续动态的排渍指标通常用地下水位累计超标值表示。其值可按下式计算: (7)式中：为第天地下水埋深，cm,当30时，取=30；作物生长季节或生长阶段总天数，d；为在计算分析期内，基准水位（地下水埋深等于30cm）以上为地下水淹没的土壤深度的逐日累积值，cmd。3.3.3 改良盐碱地和防治土壤次生盐碱化的排水标准农田排水的一个非常重要的作用就是改良盐碱地和防止土壤次生盐碱化。除执行规划的排涝、防渍标准外，还必须在返盐季节前将地下水位控制在临界深度以下，地下水位临界深度是指为了保证不致引起耕作层土壤盐碱化所要求保持的地下水最小埋藏深度。因此，各地可以根据当地资料合理地选择排水标准。没有资料时，可以按照灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99 中规定进行选择。3.4 生态环境标准现代农田水利的规划建设不仅要考虑经济效益和社会效益，更应该注重生态环境的保护，只有使经济效益、社会效益和生态环境效益统一起来，才能够构建环境友好型和谐社会。但近年来, 随着传统灌区沟渠中生境条件恶化、生物多样性下降、农业面源污染严重、水体自净能力下降等问题的日益突出, 传统灌区沟渠工程措施是否符合生态健康要求越来越引起人们的关注。合理的渠道衬砌率是农田水利规划中重要的工程指标，也是主要的生态指标之一。传统衬砌渠道具有节水、坚固、美观、运行安全、管理方便等优点, 极大地促进了农田灌溉的节水和增效。但是, 许多地方兴建衬砌渠道主要注重于提高灌溉效率, 忽视了渠道自身的生态问题。从生态角度上看,大规模渠道衬砌有以下几个缺点。第一，土质渠床是多种草、水生生物、昆虫等繁衍栖息的场所, 渠道衬砌以后, 对地区生物的多样性产生不利影响。第二，渠道防渗衬砌材料对生态环境也有不利影响，如伸缩缝的填充材料焦油塑料胶泥，其主要成分为煤焦油， 煤焦油中含有大量蒽、萘、酚类易挥发物质， 严重污染环境和危害人体健康。第三，衬砌也使渠道的自净能力遭到了破坏, 整个渠道的生态功能因坚硬的衬砌结构而缺失, 渠道生态系统遭到了破坏。最后，在地下水质较好的地区, 渠道衬砌后, 切断了地下水的补给途径, 往往造成地下水位下降, 对井灌及当地居民生活用水产生