高效节水等技术措施对石羊河流域重点治理的效应分析

2017-11-01石磊张芮成自勇石岩董平国刘静霞

中国水利 2017年15期

石磊，张芮，成自勇，石岩，董平国，刘静霞

（1.甘肃农业大学,730070，兰州；2.甘肃省水利水电学校,733000，兰州；3.甘肃省武威市水利技术综合服务中心,733000，武威；4.甘肃省理工中等专业学校,733000，武威）

石磊1,2，张芮1，成自勇1，石岩3，4，董平国3，刘静霞1

通过调查石羊河流域主要作物、种植方式、灌溉方式、结构比例、用水效益等，并收集2007年以来流域年用水量和相关国民经济资料，分析了流域重点治理实施效果与效益，总结提出了设施农牧业、耕作制度、技术集成、新品种引进等4种新型高效节水集成技术与应用模式，作为流域重点治理效益显现和水资源持续利用、生态修复的有效途径。

石羊河流域；重点治理；高效节水；生态修复

石羊河流域位于西北干旱缺水地区，流域面积4.12万km2,水资源总量16亿多m3，是河西走廊三大内陆河流域人口最多、水资源量最少、开发利用程度最高的地区。水资源供需矛盾和上下游用水矛盾突出，年超采地下水6亿m3以上，进入甘肃省武威市民勤县水量不足0.7亿m3，下游生态环境严重恶化。自2007年启动实施石羊河流域重点治理规划以来，进入下游水量达2.9亿～3.5亿m3，增加4倍多；地下水开采量减少7亿多m3，上游地下水水位下降明显减缓，下游及沙漠边缘自2010年以来逐年回升；干涸50多年的青土湖出现季节性水面，地下水水位小于3 m面积逐年扩大，芦苇等旱湿生植物逐年增加；地下水采补基本平衡，青土湖及红崖山灌区沙漠边缘植被覆盖率提高到40%以上。石羊河流域重点治理经验与高效的节水模式和技术途径，对干旱缺水区水资源持续利用、国民经济持续发展、生态环境良性循环具有重要的借鉴作用和长远的战略意义。

一、研究方法

1.研究区概况

石羊河流域内的武威市辖凉州区、民勤县、古浪县、天祝县，总面积3.3万km2，山地面积占总面积的33%，平川绿洲面积占17%，50%为沙漠荒漠面积，平川区降水量70～160 mm。上游山区是水资源的形成区，有西营、金塔、黄羊、古浪、大靖等河流，中游盆地是水资源消耗散失区，5条洪水河道中下游有泉水溢出，汇于石羊河进入民勤县境内。流域内年人均用水量仅为国际用水紧张警戒线（1 700 m3）的44%,是全世界最缺水地区之一。

2.研究内容

重点对石羊河流域重点治理措施及效果、主要高效节水技术模式推广与作用、“关井压田”和水资源严格管理与结构调整、农民收入、经济发展、生态恢复关系等进行调查研究。通过调研分析发现问题，提出对策措施。

3.研究方法

采取入县入乡入户的方式对区域内主要作物、种植方式、灌溉方式、结构比例、用水效益等重点内容进行调查分析，调查收集历年用水量和国民经济资料进行统计分析，并采用Excel进行数据分析。

二、重点治理效果与效益分析

武威市石羊河流域重点治理，坚持“调整结构促节水，节约用水促发展，压减农业用水，保障生活用水，满足工业用水需求，恢复生态治理需水”的水资源持续利用理念，研究推广高效节水技术和模式，农业节水满足了工业快速发展和生态修复的用水需求,保障了工业经济和国民经济快速增长,促进了水资源持续高效利用和生态环境恢复、修复治理。

调查表明，武威市石羊河流域通过重点治理，用水总量大幅度减少,经济总量大幅度增加，用水结构、经济结构发生显著变化。农业节水满足了日益增长的工业用水需求，促进了国民经济持续稳定发展；生态用水日益增加，地下水水位上升，生态环境趋于良性循环，流域下游的青土湖形成22 km2的水面和106 km2的旱区湿地。

1.用水总量减少，经济总量持续上升

重点治理以来，用水总量明显下降并趋于稳定，经济总量持续并大幅度增长。2007年前（治理前）用水总量达22.17亿m3，治理期内（2007—2010年）逐年减少，2010年以来用水总量基本保持在15亿m3左右，根据地表来水而略有增减。2015年用水量比治理前减少了6.37亿m3，而国民经济生产总值比治理前增加174.8%。

图1表明，工业用水逐年增加并与工业产值同步增长。2015年工业用水2.48亿m3,比治理前0.95亿m3增加161%；工业产值173亿元，占生产总值的43%，增长了305%。年人均用水量下降360 m3，人均生产总值达22 385元，万元生产总值用水量降至389 m3，万元工业增加值用水量降至114 m3。

2.农业用水下降，农民收入持续增长

图2表明，农业用水持续下降，而农业增加值和农民收入持续大幅度增长。2015年农业用水11.37亿m3，比治理前减少9.13亿m3，减幅达45.7%；农业增加值103.6亿元，增长152.7%；农民人均纯收入达8774元，增长了189%。

治理中，各类节水技术推广面积168 667 hm2，其中滴灌等高效节水面积41 333 hm2，地表水灌溉水利用系数由治理前的0.49提高到0.57，地下水灌溉水利用系数由0.76提高到0.82以上。

用水结构进一步优化，经济结构优化升级。农业用水占总用水量比例由治理前的90%下降到68%，工业用水由4.29%上升到15.5%，生态用水由2.84%上升到11.96%。水权配置方案促进了用水结构的调整，用水结构带动经济结构的优化升级，三产结构由治理前的27.37∶32.11∶40.52调整为23.3∶38.9∶37.8，2014年以来生产总值突破400亿元，比2006年增长174.8%。

3.种植结构不断调整，农林牧协调发展

图1 石羊河流域武威用水总量与经济总量、工业用水与产值统计分析

图2 石羊河流域农业用水与农业增加值、农民人均纯收入统计分析

小麦－玉米“带田”等高耗水种植方式全面压减，设施高效种植方式稳定发展。小麦等低效益粮食作物面积逐年减少，棉花、葵花、茴香、脱毒马铃薯等高效益低耗水经济作物种植面积不断扩大；大力发展节水高效的优质梨、红提葡萄、红枣、枸杞、酿造葡萄特色林果业和玉米、蔬菜、瓜类等制种产业；新品种试验示范初具规模，新品种、优良品种推广95%以上。2014年农作物播种面积247 313 hm2，其中灌溉农业176 667 hm2。粮经比调整到54.3∶45.7，带动农民收入大幅度增长；夏秋比例调整到19.8∶80.2，缓减了夏秋来水用水矛盾；发展设施农牧业52 447 hm2，1/3的设施面积产出了2/3以上的农业产值；特色林果业80 820 hm2，效益初显，为农业生产再上台阶奠定基础；规模养殖场2 865个，规模养殖户12.64万户，实现畜牧业增加值32.49亿元，占农业的34.3%。

4.地下水补采平衡，生态环境明显改善

2010年以来,地下水开采量减至5亿m3，减幅达54%，其中民勤盆地减少到了0.86亿m3，仅为治理前的19%；生态用水增加1.6亿m3。中游地区地下水水位下降速率减小，中下游地区地下水水位开始回升，沙漠边沿及下游地下水水位明显回升。青土湖水位埋深3.14 m，上升了0.88 m；黄案滩关闭机井自流成泉。植被逐渐恢复并增加，生态得以修复和发展，沙漠边沿20 000 hm2芦苇、白刺等旱湿生植物逐年增加，植被覆盖率由5%～20%提高到40%～45%。

三、节水高效技术措施

1.设施农业高效模式

根据对不同种植方式、灌溉方式下作物用水效益调查分析，设施农业效益22.5万～43.5万元/hm2，是大田作物的13～20倍；用水效益31～49元/m3，是大田作物的6～10倍，是覆膜作物的3～6倍。日光温室种植采用膜下滴灌新技术后，棚内湿度下降，病害减轻，节约农药费3万元/hm2以上，增收效益更为明显。设施农牧业有效促进了农业产值增加和农民收入快速增长，农民普遍尝到了设施农业经济效益和单方水高效益的甜头，发展设施农业的积极性不断提高，一户一棚乡镇和一户两棚村组层出不穷，成为节水增收的一种高效方式。

2.耕作制度全新模式

“带田”等带状种植是一种高产种植方式，产量可达“吨粮田”标准，但年耗用水量较大，严重制约了水资源的可持续利用和生态环境的恢复和改善。流域内“带田”等带状种植2007年以来逐年压减，2014年被淘汰，促进了高耗水低效益的种植结构向高效益低耗水的方向调整。棉花、食葵等10多种大田覆膜作物效益达8～10元/m3以上，是小麦的4～6倍；枣粮间作、瓜带食葵等特色种植和棉花、葡萄等作物膜下特色滴灌效益达9～10元/m3以上，是小麦的4～7倍。农民根据自身实力和市场需求，自觉压减用水6 000 m3/hm2以上、收入3万元/hm2以下的作物，选用效益在10～30元/m3以上的作物，种植方式、灌溉方式不断优化。

在灌溉方面，改秋冬大水泡地为春种前适量灌溉，推广先灌后种的足墒播种技术、先种后灌的干播湿出技术、免耕免灌的（上一年覆膜地）地膜再利用直播技术，春灌面积近60 000 hm2，占灌溉面积的1/3以上，节水600 m3/hm2以上。实行以渠、井为单元的区域种植技术，规模种植，集中灌水面积达50%以上，减少输水损失10%以上；实施地膜覆盖的灌水覆膜保墒技术，除小麦等密植作物外，全面推广膜上膜下灌溉技术，节水300～750 m3/hm2以上。多种特色灌溉大大减少了冬季灌溉、露地灌溉、同作物零星灌溉长时间无效蒸发和损失，确保了足墒播种和作物苗期的充足水分，提高了灌溉均匀度，创造了高产高效条件，节约了水资源，促进了耕作方式的根本转变。

在生产方面，实施建设日光温室、暖棚养殖、特色林果的主体生产模式，大力发展高效作物、全膜覆盖、节水高效农业、生态型现代农业，形成多层次、多模式的种植结构和耕作制度模式。

3.节水技术集成模式

石羊河流域已形成了多种节水技术的综合集成模式。在日光温室推行优良品种、新品种的基础上，又配套了地膜覆盖、膜下滴灌或管灌、微喷等技术。2014年日光温室滴灌面积达18 000 hm2，占设施农业总面积的1/3以上，与常规节水技术比较，节水率达40%，节水2 400 m3/hm2以上；常规节水技术也被集成为成套的综合技术被推广应用，如在小畦灌的基础上，又集成了全膜垄作、垄播沟灌、一膜两用免耕、干播湿出等多种节水技术和节水高效的优良（新）品种、高产栽培、农艺措施等配套技术，促进了节水高效农业的发展和水资源的持续高效利用，形成了成套的节水高效综合技术集成模式，推广面积166 667 hm2，节水450～750 m3/hm2。

4.新品种种植节水高效模式

据调研统计，在实施石羊河流域重点治理中，引进枸杞、荷兰豆、新疆大枣、木瓜、人参果、娃娃菜和红提、酿造葡萄等10多种新作物、新品种；培育和引进了玉米、马铃薯、棉花、葵花等新品种或优良品种；尤其一些新作物或新品种的引进，为滴灌等高新灌溉技术的适宜作物和种植模式，受到群众的普遍好评。截至目前，大田滴灌面积达到20 000 hm2以上。

水权制度改革，使以水定结构、节水促发展成为农民的自觉行动，农户摒弃带状、复套种植模式后，大力实施了设施农业，广泛引进了多种大田节水增效种植模式，引进和培育了一批新品种，年年推广优良品种，提高了节水增收效益，逐步培育了特色优势产业，逐步形成多模式、多层次、多形式的“数乡一品”“一乡一品”“一村一品”的发展格局和模式。

四、结论与建议

1.治理成效

2007年启动实施的石羊河流域重点治理规划，新建“上下游水源保障工程”和加固改造延伸“景电二期”民勤调水工程，确保了上中下游水资源的科学合理调度，缓解了上下游用水矛盾；除险加固了8座中小型水库，保障了蓄水工程的安全调度运行，提高了适时适量供水保障程度；实施了18个大中型灌区的节水改造和续建配套工程，提高了有限水资源的输水利用效率效益，为水资源的有效管理和适量灌溉创造了基础条件；建设了1.3万眼智能化灌溉机井，刷卡取水第一次实现了地下水资源的有效控制管理，促进了节水技术的大力推广；水权水价改革和节水型社会建设促进了经济结构的不断调整；设施农牧业的发展弥补了“关井压田”的损失，又促进农民收入的增加；引进、试验、示范、推广一系列综合节水高效技术和模式，田间综合效益得以显现，农民收入持续稳定增长，国民经济快速高效发展，水资源得以持续利用，生态环境趋于良性循环，经济效益、社会效益、生态效益显著。

2.存在的问题

①西北地区水资源短缺，按照“工业强市和生态立市”战略要求，工业用水需求不断增加，改善生态环境、实现人与自然和谐相处任务还很艰巨，进一步调整种植结构，采取有效的节水措施，尤其推广高新节水技术势在必行。一是最后一公里末级渠系仍为土渠，田间配套仍很落后，水资源浪费在10%以上。二是部分农业节水设施不能正常使用，高新技术没有起到应有的作用。三是水利基础设施与推广高新节水技术不相适应，规划不尽合理，分散且耗能高，特别是山水灌区和井河混灌区与滴灌等先进技术的应用不能配套，极大地制约了滴灌技术的推广运用；大田滴灌和日光温室滴灌推广面积不足1/9，正常运行的更少。

②服务体系与技术推广的迫切要求不相适应。20世纪50年代以来，先后建设了许多试验站、科学研究所等科研单位，形成了合理的灌溉试验站网和技术研究队伍，也提出、推广了一些较为合理的灌溉制度和先进的灌水技术，起到了积极作用。但由于各种原因，原有的灌溉试验及技术服务体系出现了“人散”现象；而与此相反的是，农业生产对高效节水技术的要求越来越高，不断出现的新作物新品种、种植方式，尤其日光温室种植不同作物品种的灌溉制度、灌水方式、灌水技术、施肥方式及效率效益等问题缺乏试验研究和有效的科技支持，严重影响了高效益的发挥。随着现代高新技术推广应用，这种问题越来越突出。

3.建议

石羊河流域极度缺水，随着人口的增加和经济社会的发展，缺水问题将越来越严重。引进试验示范推广高新节水技术，不断调整农业种植结构，及时总结推广成熟的集成节水技术模式，是解决缺水问题的有效途径。归纳建议如下：

①加大末级渠系的节水改造和高标准配套工程，充分挖掘田间工程节水潜力，为建立现代化的节水高效灌溉奠定基础。

②新建以灌区为单元的串珠式蓄水池工程，利用自然落差推广自压式滴灌、微喷灌等高新节水技术；抓住国家投资建设河西及沿黄灌区高新技术灌溉工程机遇，实施滴灌工程133 333 hm2；统一规划，分期分段实施，在实现大幅度节水的同时，减少能源等成本消耗，促进资源的永续利用和经济社会的持续快速发展。

③恢复完善以水利科研、灌溉试验、技术推广为重点的水利科技引进试验示范推广机构和节水高效的技术推广服务体系。加大政府投入，集中科技力量，稳定科技队伍，恢复建设试验示范基地，创建一流的科研试验站点。针对实际问题，通过试验研究和引进示范，用科技成果指导生产，从而进一步提高效益，充分发挥科技第一生产力的作用。

④加强日光温室综合配套技术的研究与推广。对日光温室内采用膜下滴灌、沟灌、微喷灌等不同灌溉方法，在平地种与垄沟种等不同种植方式下，引进试验研究不同作物高产高效的灌溉制度、灌水技术、施肥技术、农艺技术、品种技术等，形成综合配套节水高效的设施农业技术体系，为设施农业的大力推进和节水高效生态农业的快速发展提供科学依据。

⑤加大高新高效技术在大田作物的应用试验研究和示范推广力度。继续完善扩大推广棉花、玉米、酿造葡萄、蔬菜、瓜类等成熟高效种植方式、灌溉方法和集成技术；加大甜高粱、马铃薯、制种玉米、葵花、茴香、枸杞、红枣和果类、蔬菜类等品种的高效种植灌溉综合配套技术的试验研究和示范推广；重点加大滴灌等高新技术在大田作物、温室作物上的试验研究和推广力度；不断制定完善各种作物综合配套高效技术，指导农民不断调整种植结构，坚持实施“以水定结构，节水促发展”的强区工程，建立与水资源相适应的国民经济生产体系及合理的良性循环生态体系。■

[1]康绍忠，等.石羊河流域水资源合理配置及节水生态农业理论与技术集成研究的总体框架[J].水资源与水工程学报，2005（1）.

[2]石磊，董平国.石羊河流域水资源管理与生态修复成效、问题与对策措施研究[J].水利与建筑工程学报，2012（4）.

[3]石培泽，马金珠.干旱区节水灌溉理论与实践[M].兰州：兰州大学出版社，2004.

[4]石培泽，粟晓玲.武威市石羊河流域种植结构调整与节水思路[J].节水灌溉，2009（5）.

[5]粟晓玲，康绍忠，石培泽.干旱区面向生态的水资源合理配置模型与应用[J].水利学报，2008（9）.

Studies on effects of major harnessing projects and high efficient wat er-sav ing and ecological recovery technologies//

Shi Lei,Zhang Rui,Cheng Ziyong,Shi Yan,Dong Pingguo,Liu Jingxia

Achievements and benefits of river basin management are evaluated through investigation on main crops,planting pattern,irrigation methods and water utilization as well as data collection on annual water consumption and national economy of the river basin since 2007.Four integrated water-saving technologies of new type for increase of water efficiency and application models are summarized,namely structural agriculture and animal husbandry,cropping system,technology integration and introduction of new species,which are regarded as effective ways of maximize benefits,sustainable water resources utilization and ecological restoration.

Shiyang River Basin;major harness;high efficient water-saving;ecological recovery

TV+X171.4

1000-1123（2017）15-0023-04

2016-06-20

2017-05-08

石磊，讲师，主要从事高效节水与生态恢复技术研究。

国家自然科学基金（51369002）；甘肃省科技支撑计划项目(1204NKCA086)；甘肃省科技重大专项计划（1502NKDF023）；甘肃省教育厅研究生导师项目“石羊河红崖山水库功能调整及生态调度模式研究”（0902-02）。

责任编辑安天杭