关于灌区水资源可持续高效利用的几点思考

贾仰文

2012.12.20 北京中国水科院水资源研究所

2 2

汇报提纲前言面临的主要问题科技支撑需求研究案例：前郭灌区水量水质联合调控结语

3

前言：灌区的作用与面临的形势灌区的作用－我国粮食安全保障的重要基地

2002-2011 年全国节水灌溉面积2002-2011 年全国农田有效灌溉面积

2002－ 2011 十年间，全国净增有效灌溉面积 9200 多万亩，改善灌溉面积 2.3 亿亩，全国农田有效灌溉面积由 8.38 亿亩增加到 9.25 亿亩，以占全国耕地面积一半的灌溉农田生产了全国 75% 的粮食和 90% 的经济作物。（水利部网站：喜迎党的十八大专题）国务院办公厅近期印发《国家农业节水纲要（ 2012－ 2020 年）》，明确到 2020 年，全国农田有效灌溉面积达到 10 亿亩。

4

前言：灌区的作用与面临的形势当前面临的形势

洱海国际生态城唐山南湖生态城

中国经济快速增长与城镇化，经济社会各部门之间的用水竞争激烈。十八大提出“生态文明”建设，经济与生态之间的用水竞争激烈。过去十年农业灌溉总用水量基本上是零增长（约 3700 亿方，占 6 千亿方用水总量的 62% ），按照最严格水资源管理要求今后十年还需要零增长。因此，建设“节水、高效、环保、生态”灌区，是中国今后发展的出路。

5

灌区水资源可持续高效利用面临的主要问题政策与体制层面：

科技层面层面：

管理与服务层面：

国家扶持政策的规范化问题。粮价低、效益低、公益性。农民 / 国家种粮？ 农业规模化经营与农村土地流转制度问题。高效农业需要规模化经营。 水权转让机制问题。占用农业用水权必须通过节水。

灌区水量平衡分析与水资源优化配置问题。真实节水、耗水管理。 灌区生态与环境问题。农业面源污染控制，节水生态沟渠，生态农业。 高效节水技术与产品，墒情监测、模拟与预报技术。

运行经费落实与高效节水面积的巩固问题。 节水产品与专业技术服务体系。 农民用水户组织（ WUA) 参与管理。

6

灌区水资源可持续高效利用的科技支撑需求 灌区水量平衡分析技术 天地一体化灌区墒情监测与预报技术 灌区用水量测技术 灌区节水高效灌溉技术 灌区水资源优化配置与调度技术。 灌区水量水质联合调控技术（节水 - 高效 - 环保 - 生态灌区） 灌区水权转让成本测算与转让机制 灌区经济补偿机制

研究案例：前郭灌区水量水质联合调控

松花江流域水质水量联合调控技术及工程示范“ 水体污染控制与治理”十一五国家科技重大专项课题（编号： 2008ZX07207-006 ）依托项目：

研究期间： 2008.9-2012.7 ，课题国拨经费： 1188万元

五项研究内容： 1 ）面向水质安全的水循环监测体系研究， 2 ）水质水量耦合模拟模型开发， 3 ）基于水功能区的水质水量总量控制方案， 4 ）农田面源污染水质水量联合调控示范， 5 ）干流水库群面向水污染突发事件的联合调度系统开发

完成单位：中国水科院、吉林省水科院、武汉大学等

研究案例：前郭灌区水量水质联合调控

1 、田间水量水质调控模式2 、节水减污灌溉工程示范3 、沟渠式人工湿地处理系统4 、退水干渠两岸湿地恢复与抚育5 、末端湿地水位 - 水质调控

研究案例：前郭灌区水量水质联合调控

1 、田间水量水质调控模式 田间对比试验

农田面源污染组分、过程分析

对 9 个小区进行相应的水质监测与分析

相应的产量 、 生物量分析

　设置不同水量 - 施肥方案的 9 个小区进行试验对比

水量水质水量水质调控模式调控模式

农田面源污染田间水量水质调控模式示意图（ 2009年）

推荐灌水过程

实际灌水过程

推荐施肥过程实际施肥过程

1 、田间水量水质调控模式 调控模式示意图

1 、田间水量水质调控模式 推荐的灌溉施肥方式

宣传单 宣传牌

落实责任 部署工作

“ 上门”“ 上墙”

“ 上街”利国利家利民控制面源污染

1 、田间水量水质调控模式 宣传推广

稻田排水中主要面源污染物浓度均降低 20% 以上，达到合同要求。主要面源污染物 NH4-N TN TP COD

示范区 1.15 1.96 0.27 16.3

灌区一般（莲花泡农场） 1.87 2.55 0.37 24.8

灌区一般（达里巴乡） 2.34 3.37 0.46 21.5

平均削减率 45.3％ 33.7％ 34.9％ 29.5％

稻田排水中主要面源污染物浓度对比（ mg/L）

取渠道水样 分析水样 　检测排水渠水质

1 、田间水量水质调控模式 实施效果

2 、节水减污灌溉工程示范 减污原理 面源污染进入河湖的途径：地表径流、地下潜水。经测量，灌区地表径流中 COD 浓度为 22-75mg/l ，而地下水中 COD 浓度平均为 5.65mg/l ，仅为地表水的1/4-1/13 。

新打新打 2323 眼监测井眼监测井灌溉期间地表-地下水COD比较

R2 = 0. 7424R2 = 0. 8687

01020304050607080

5.12

5.15

5.22

6.02

6.09

6.22

7.01

7.11

8.02

8.11

8.22

9.02

9.12

地下水 地表水

稻田垂直剖面 TP 分布

修建节水灌溉工程，减少地表径流，增大面源污染物进入地下潜水的比例，增加土壤对面源污染物的吸附降解作用，从而达到污染物减排效果。

稻田垂直剖面 TN 分布 地表 - 地下水 COD 浓度对比

新打新打 2323 眼监测井眼监测井

节水改造：对渠系进行防渗护砌，安装计量设施，提高输水能力和灌溉效率。此项工程主要由地方配套资金实施，共投资 3500万元，辐射面积 9.69 万亩。

带有节水控制水阀的防渗护砌支渠 吉林省水利厅领导检查灌区节水工程 农渠的 U 型槽防渗施工

2 、节水减污灌溉工程示范 工程措施

3000亩示范区 灌溉方式 实际耗水m3/亩 提高效率 节水率实施前 灌 2天停 4天 1125 实施后 灌 1天停 5天 856 50% 24%

---- 提高灌溉效率，减少农业退水

----显著削减入河退水中面源污染物

2 、节水减污灌溉工程示范 实施效果

示范工程实施后，全灌区节水量 6×24% = 1.44 亿吨，地下水退水量占总退水量的比例由 56.7% 提高到 68.7% ，地表、地下水携带的 COD 总量由 3448 吨减少到 3126 吨，削减率为 9.3%9.3% 。。

从排水干渠的水质监测结果来看，在工程开始实施的 2009 年，排水干渠 COD 年平均浓度为 24.12mg/l ；工程实施后的 2010 年，排水干渠中的 COD 年平均浓度为 22.38mg/l ，削减率为 7.2% 。

证明了灌区节水减污灌溉工程对削减农田污染物尤其是削减 COD 具有显著效果。

3 、沟渠式人工湿地处理系统 原理与特点原理：沟渠旁侧式人工湿地系统，仿自然根系生态防护技术。作用：构建、完善渠系生态系统，保护渠道和灌区环境，转

化、利用营养盐。特点：渠型稳定，不滑坡、不阻水；生态系统功能完善，生

态效果较好。 --已经获得国家专利授权。土工格栅仿根须 混凝土柱仿木桩 碎砖石块仿鱼巢 芦苇灌木保渠坡

沟渠式人工湿地处理系统结构示意图

沟渠式人工湿地施工 工程施工后 形成沟渠式人工湿地

该技术已经应用在吉林省海龙灌区等改造工程中，计划进一步推广到养鱼池、湖泊、小河流防护工程中。

3 、沟渠式人工湿地处理系统 建设施工

NH4 TN

TP COD

3 、沟渠式人工湿地处理系统 进口与出口水质对比

4 、退水干渠两岸湿地恢复与抚育 概况与措施 概况：前郭灌区退水干渠总长 53.8 公里，宽 50米，平均水深 2.5米。

关键：科学调控渠道内的水位、水量，保护和扩大退水干渠沿岸及两侧的芦苇湿地面积，提供良好的水生动植物生境，增强水生生物的净化、利用、移出能力。 措施：科学提高排水干渠水位，清理两岸私建抽水站，维护生态水量，增加芦苇面积 12.8hm2；实施禁渔令。

凿冰监测排水干渠水质　　　　示范工程建设后排水干渠两侧芦苇湿地凿冰监测排水干渠水质　　　　示范工程建设后排水干渠两侧芦苇湿地

2009- 2010 TN mg/ l排水干渠 年各月 变化情况

0. 00. 51. 01. 52. 02. 53. 03. 54. 04. 5

1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11

监测数据 验收标准 年平均值

2009- 2010 COD mg/ l排水干渠 年各月 变化情况

05

1015202530354045

1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11

监测数据 验收标准 年平均值

2009- 2010 TP mg/ l排水干渠 年各月 变化情况

00. 020. 040. 060. 080. 1

0. 120. 140. 160. 18

1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11

监测数据 验收标准 年平均值 参数 TN TP COD

2009 1.55 0.07 24.12

2010 1.42 0.06 22.38

削减率 8.3% 6.6% 7.2%

4 、退水干渠两岸湿地恢复与抚育 实施效果退水干渠 2009-2010 年逐月水质变化情况

TN

TP

COD

第三方检测评估结果

（监测单位：吉林省水环境监测中心）

5 、末端湿地水位 - 水质调控 调控措施 前郭灌区排水干渠末端，是面积 35km2的新庙泡，平均水深

1.5米，蓄水量 5500万m3，出口处设有节制闸（川头闸）。 增加堰顶高程，抬高运行水位 0.5米，排水渠道出口两侧增加芦苇湿地面积 300hm2；

水位提高后加强水岸生态化防护。

川头闸抬高水位措施 水岸防护

新庙泡新形成的湿地

2009- 2010 TN mg/ l末端湿地 年各月 变化情况

0. 0

0. 5

1. 0

1. 5

2. 0

2. 5

3. 0

1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11

监测数据 验收标准 年平均值

2009- 2010 COD mg/ l末端湿地 年各月 变化情况

05

101520253035404550

1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11

监测数据 验收标准 年平均值

2009- 2010 TP mg/ l末端湿地 年各月 变化情况

0

0. 02

0. 04

0. 06

0. 08

0. 1

0. 12

1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11

监测数据 验收标准 年平均值

参数 TN TP COD

2009 1.35 0.062 26.25

2010 1.19 0.061 23.95

削减率 11.6% 0.2% 8.7%

5 、末端湿地水位 - 水质调控 实施效果 末端湿地 2009-2010 年逐月水质变化情况

TN

TP

COD

第三方检测评估结果

（监测单位：吉林省水环境监测中心）

第三方检测报告

连续两年逐月的跟踪监测

结语• 以上针对当前形势下我国灌区水资源可持续高效利用的意义、面临的问题及科技需求，进行了初步思考。•简要介绍了前郭灌区水量水质联合调控技术与示范（国家水专项课题内容）研究案例。

敬请各位专家批评指正！谢谢。