人与自然和谐共生的灌区水利现代化建设框架及实践探索

左其亭，邱 曦，符运友，曹宏斌，纪义虎

(1.郑州大学 水利科学与工程学院，河南 郑州 450001;2.河南省水循环模拟与水环境保护国际联合实验室，河南 郑州 450001;3.河南省豫北水利工程管理局，河南 新乡 453002）

推进水利现代化建设是实现水利行业高质量发展的必然要求,也是全面建成人与自然和谐共生的社会主义现代化的现实选择。灌区水利现代化建设作为当前水利现代化建设的重要内容,对于贯彻落实乡村振兴、农业现代化及新时期水利工作方针具有重要意义。新中国成立以来,我国灌区建设取得了丰硕成果,灌区大规模重建和关键工程配套改造任务已经基本完成[1］。近年来国内外学者针对灌区水利建设开展了系列研究,在理论探索方面:高占义[1］系统介绍了我国灌区发展成就及其建设面临的主要问题和对策；李其超[2］剖析了灌区建设与乡村振兴战略的关系,并针对灌区建设与乡村振兴提出了政策建议；马伟等[3］以宁夏引黄灌区为例,提出了建设现代化生态灌区的思路。在应用实践方面:Borrego等[4］研究了西班牙南部瓜达尔基维尔河流域灌区现代化的成本及效益；Playan等[5］对灌区现代化及优化过程中经济社会生产力的提升展开研究；李卢祎等[6］以湖北省东风渠灌区为例,提出了基于层次分析法的灌区现代化建设综合评价体系。灌区水利现代化建设研究涉及领域广泛、相关学科体系较多,虽然已有一批高质量研究成果,但是如何推进灌区水资源、水生态、水环境、水灾害统筹治理,加快构建与社会主义现代化进程相适应的灌区水利现代化建设框架,仍是当前需要研究的重要课题。在当前水利现代化建设背景下,需要融入人与自然和谐共生理念来支撑灌区水利现代化建设。2017年10月,习近平总书记在党的第十九次全国代表大会上指出:我们要建设的现代化是人与自然和谐共生的现代化,既要满足人民日益增长的美好生活需要,也要满足人民日益增长的优美生态环境需要[7］。2020年10月,党的十九届五中全会再次强调:促进经济社会发展全面绿色转型,建设人与自然和谐共生的现代化[8］。笔者在深刻领会这一重要思想的基础上,于2021年首次提出人与自然和谐共生的水利现代化建设[9-10］。人与自然和谐共生理念在现代化发展进程中具有举足轻重的地位,它也为灌区水利现代化建设指明了方向。

目前针对人与自然和谐共生的灌区水利现代化建设相关研究很少,亟须以人与自然和谐共生理念为基础,构建系统性的灌区水利现代化建设框架体系,以指导新时期灌区水利现代化建设实践。基于上述背景,笔者在阐释人与自然和谐共生理念和灌区水利现代化概念的基础上,厘清两者之间的内在关联,构建人与自然和谐共生的灌区水利现代化建设框架,并对广利灌区水利现代化建设需求进行分析,对目标、主要内容等进行了初步探索,以期为灌区水利现代化建设提供理论依据。

1 人与自然和谐共生理念和灌区水利现代化的概念

1.1 人与自然和谐共生理念

党的第十九次全国代表大会提出要“推动形成人与自然和谐发展现代化建设新格局”,确立了在新时期我国现代化建设进程中人与自然和谐共生理念的重要地位。这一理念是正确理解、科学把握人与自然关系的基本遵循,是实现经济社会发展和生态环境保护协同推进的科学论断,是把我国建设成为美丽的现代化强国的现实指导。多位学者从不同角度对人与自然和谐共生理念进行过解读,比如:周宏春等[11］认为人与自然和谐共生理念是实现我国高度现代化的关键助力,方世南[12］认为人与自然和谐共生的现代化是对传统现代化的超越。笔者在研究人水和谐关系的基础上[13-14］,将人与自然和谐共生理念定义为:人类主动与自然界协调好关系、实现和谐共生的良性循环状态；自然界在不断提升自我更新能力的基础上,能够为人类生存与经济社会可持续发展提供长久的支撑和保障[9］。

1.2 灌区水利现代化

水利现代化是在我国现代化建设背景下,在水利领域运用现代化的治理观念、科学技术、工艺设施、管理方法等,以实现水资源的可持续利用与水利行业的永续发展的过程。傅春等[15］认为,水利现代化是实现水利行业转换升级的过程。从水利现代化的概念出发,针对当前我国水利现代化建设与灌区发展现状,笔者将灌区水利现代化定义为:为了满足现代化建设与经济社会高质量发展的需要,在基本建设原则的指导下,在精准建设目标的引领下,逐步实现灌区工程安全保障、水资源优化调度、设备技术智能化以及生态健康发展的过程。灌区水利现代化是实现我国水利现代化乃至经济社会全面协调可持续发展的必然选择。

1.3 灌区水利现代化建设必须遵循人与自然和谐共生理念

灌区水利现代化建设是当前水利现代化建设的重要内容,是推进农业现代化建设的需要,也是建设节水型社会的需要,更是贯彻乡村振兴战略的需要。而人与自然和谐共生作为现代化建设中的重要价值理念,对灌区水利现代化建设有着思想先导与实践引领两方面作用:①实现灌区水利现代化的指导思想之一是统筹解决水资源、水生态、水环境、水灾害问题,综合提升灌区建设水平与服务水平,在保障环境友好的前提下积极推进灌区水利现代化建设,这是人与自然和谐共生理念的重要体现；②从实践方面来看,严控灌区污水排放、改善水环境以提升灌区水资源质量,从而满足人类生产生活需要,这是灌区水利现代化建设的重要内容,也是人与自然和谐共生理念的现实需求。我国灌区水利现代化建设进程必须在保障资源、生态、经济有机统一的前提下开展,而人与自然和谐共生理念契合现代灌区建设过程中的生态环境保护需求,可在保障灌区环境友好的同时促进灌区良性运行。

2 人与自然和谐共生的灌区水利现代化建设框架设计

从人与自然和谐共生理念和灌区水利现代化的概念及关系中可知,人与自然和谐共生理念是灌区水利现代化的思想先导与实践引领。同时,灌区水利现代化建设是否科学有效,决定了水资源的利用效率与生态环境的改善状况,决定了农业生产力水平与地区粮食安全,决定了人与自然和谐共生这一重要理念的贯彻程度。笔者在明晰人与自然和谐共生理念的思想内核及其价值体现的基础上,提出人与自然和谐共生的灌区水利现代化建设框架(见图1),包括六条基本原则、四大建设目标、五大体系布局和八项主要内容。

图1 人与自然和谐共生的灌区水利现代化建设框架

2.1 灌区水利现代化建设指导思想与基本原则

2.1.1 指导思想

加快灌区水利现代化建设进程,必须坚持人与自然和谐共生理念并遵循其指导思想。辩证唯物主义思想是灌区水利现代化的价值先导,体现了现代化发展进程中的物质客观规律,其所蕴含的对立统一思想将不断推进灌区现代化建设进程；可持续发展思想是灌区水利现代化的基本遵循,只有构建起有利于灌区可持续发展的长效发展机制,促进灌区生产、生活、资源、环境可持续,才能不断提升灌区水利现代化建设的原动力,实现灌区协调高效发展；高质量发展思想是灌区水利现代化的现实需求,在建设发展过程中必须注重发展目标与发展过程的统一,满足多方面、多层次的发展需求,构建集创新、协调、绿色、开放为一体的现代化灌区；系统论思想是灌区水利现代化的统筹依据,必须综合考虑灌区农业、工程、管理、文化等多方面建设需要,充分分析其不同体系间的相关关系,构建起统一协调的灌区水利现代化发展格局；人水和谐思想是灌区水利现代化的发展根基,全面构建起符合人水和谐要求的灌区环境、文化与生产生活方式,是促进灌区科学发展乃至实现灌区水利现代化的重要保障。在充分理解并遵循上述指导思想的前提下,结合新时期治水思路与最严格水资源管理制度,切实推进灌区水利现代化建设。

2.1.2 基本原则

以指导思想与我国新发展理念为纲,归纳提出指导当前灌区水利现代化建设的六条基本原则。

(1)创新发展,科学治水。加强灌区发展理念创新、管理制度创新、科学技术创新,将创新理念全方位贯彻于灌区水利现代化建设的过程中,提升相关部门乃至全社会对于灌区建设与管理的重视程度。加强水资源与水环境管控的法律制度体系建设,以科学的实施方案加强灌区取水、用水、管水的规范性,从根本上提升灌区运行效率。将更多先进适用的科学技术运用于灌区建设管理过程中,提升灌区用水效率、降低生产成本,以适应灌区农产品多样化、标准化、优质化的新发展趋势。

(2)统一规划,系统治理。依照自然界生命共同体的系统性思想,科学研判灌区不同发展阶段的问题与需求,强化灌区整体保护、系统修复、综合治理,以系统论的观点指导灌区水利现代化改造。针对基础设施薄弱、生态环境脆弱、信息化建设程度低等问题,在一定的经济社会发展水平和灌区建设能力的基础上,提出切实可行的阶段目标、标准与任务,统筹协调改善水资源、水环境、水生态状况。

(3)人水和谐,绿色发展。坚持“四水四定”原则,强化需水用水管理,保障河流水系健康发展,提升灌区水资源安全风险评估和监测预警能力。贯彻绿色发展理念,严控灌区水资源的开发取用程度,促进灌区生态系统可持续发展,逐步提升灌区健康发展水平,力求水资源利用效率最大化,实现人水和谐。

(4)节水优先,高效利用。随着经济的快速发展,水资源供需矛盾日益突出,水资源短缺问题已经成为制约灌区发展的重要因素。必须在灌区发展和群众生产生活过程中不断推广节约用水理念,深化灌区取用水体制改革,通过定额管理严控用水总量,实现从粗放用水向节约集约用水的转变,从而提升用水效率和效益,改变灌区水资源时空分布不均衡的现状,切实构建节水型灌区。

(5)深化改革,开放共享。开展灌区管理体制改革,在农业水价综合改革、水权制度改革等方面不断推陈出新,推动管理服务品质提升、管理模式创新与管理人才培养。在灌区智能化建设中,整合各类数据资源,推动灌区实现数据共享和有序开放,加快灌区现代化建设进程。

(6)以人为本,民生为先。通过加强灌区现代化建设,进一步提升国家粮食生产能力与效率,保障粮食安全、刺激经济增长、改善群众生活、维护生态环境,实现从生命安全到生活改善、从生态保护到权益保障的切实转变,提升灌区人民群众的生活幸福感。

2.2 灌区水利现代化建设目标与体系布局

2.2.1 建设目标

通过灌区水利现代化建设,实现以下四大建设目标:一是建设安全灌区。保证灌区供水安全,扩大有效灌溉面积,改善农田灌排条件,提升有限水资源的产出效益,保障粮食安全。确保排水正常,因时、因地制宜建立农田排水、排渍标准,做好防洪预警,定期修缮灌区工程安全防护设施,保障人民群众生命财产安全。二是建设节水灌区。控制灌溉过程中的用水总量,扩大高效节水灌溉面积,加快灌区工程的续建配套与节水改造进程,将渠道防渗衬砌等节水灌溉措施落到实处。建设完善的灌区水资源优化配置系统,实现从以资源开发为主的灌区向为绿色发展服务的灌区转变,践行节水型社会建设。三是建设智慧灌区。运用云计算、物联网和人工智能等新一代信息技术,提高灌区在引水、输水、配水等方面的信息化水平,通过网络互联、信息共享和智能分析,在工程建设管理、防灾减灾管理、水生态管理等方面提供智能处理与决策服务,实现从传统粗放管理的灌区向现代智能、精细管理、强调服务的灌区转变。四是建设生态灌区。贯彻人与自然和谐共生和可持续发展理念,推动形成健康高效的农业水生态系统,切实解决灌区水质恶化、水循环被干扰、水土流失等方面的问题,维护水生态平衡。对灌区工程进行生态改造,切实有效地做好生态分区,设置生态通道、生态衬砌,实现从以满足灌溉为主的灌区向兼顾生态健康的灌区转变,建设现代化生态型灌区。

2.2.2 体系布局

在明确四大建设目标的前提下,构建灌区水利现代化建设五大体系布局:一是由供水与粮食安全、排水与防洪防涝安全、灌区工程设施安全等集合构成的工程安全保障体系；二是由灌区农业灌溉节水、工程节水改造、水资源集约节水等集合构成的田间高效节水体系；三是由水资源管理智能化、工程运行智能化、防灾减灾智能化、水生态管理智能化等集合构成的智能化体系；四是由农业水生态维护、工程生态改造、水资源生态修复等集合构成的水生态文明体系；五是由用水申请管理、田间灌溉管理、水费征收管理等集合构成的管理与服务体系。在建设目标与体系布局的指引下,有序推动灌区水利现代化建设进程。

2.3 灌区水利现代化建设主要内容

灌区水利现代化建设不仅需要具有指导意义的建设原则与目标,而且需要清晰全面的建设内容以明确建设的方向。笔者从工程、技术、管理、文化等方面出发,提出灌区水利现代化建设的八项主要内容。

(1)技术体系建设。积极推进与水资源配置与调度、环境污染治理与监测、水利工程运行与管理等相关科学技术的研究工作,不断探索技术及相关理论创新,努力构建满足灌区安全、节水、智慧、生态目标的现代化技术体系,为灌区建设过程中的技术规划与开发提供理论指导。

(2)供水系统建设。将水资源优化配置、集约利用与协调保护作为重点,把渠库联调落到实处,提高有限水资源的利用效率。创新供水方式,减少水资源浪费,加快节水型灌区建设,实现灌区的可持续发展。在明确灌区供用水次序、保障供水安全与效益的前提下,建设高效的灌区供水系统。

(3)水工程建设。确保灌区输配水工程、排水工程、水源工程完善,加强以总干渠为重点的工程建设管理,保障灌区基础水利工程设施建设完备。开展安全隐患专项治理工作,对灌区骨干渠道及建筑物工程开展日常检查维修与除险加固工作,提升灌区水工程建设质量。

(4)信息化建设。将更多现代化、智能化的计量设施引入灌区工作中,提升灌区运行效率,在水资源管理、工程设施管理、防灾减灾管理等多方面实现智能化处理与人工辅助决策。构建包含物理水网、虚拟水网与调度水网的水联网体系,提升水系统快速监测、大数据传输与存储技术水平[16］。积极搭建生态环境遥感监测系统平台等智能化信息平台,实现智慧水管理,全面构建数字化灌区。

(5)生态建设。在对灌区现状水质、污染源调查和分析的基础上,提出限制排污控制标准与对应方案,在总干渠周边积极开展生态绿化,构建绿色生态长廊。充分发挥灌区系统的自我净化功能,提升灌区生态系统的多样性与可持续性,打造生态健康良好的灌区。

(6)水市场建设。积极推进灌区农业水价改革工作,建立相对统一的水费收取标准,实施按亩配水、按方计收、预收水费的水价政策,以健全的水权水价制度落实最严格水资源管理制度。加强建立水权交易市场的研究与探索,合理利用市场机制与价格杠杆调控灌区水资源的配置与利用。

(7)管理体制建设。在现有农田水利管护体系的基础上,加强灌区管理体系建设,建立健全管理制度,注重提升水资源管理水平,创新管理制度,保障管理改革工作顺利进行。切实解决灌区管理粗放、机制僵化等问题,建立事权清晰、分工明确、运转协调的灌区管理体制。

(8)水文化建设。加大水文化产业的发展力度,切实提升灌区的文化品位,增强灌区的综合文化实力。努力构建开放共享的水文化发展机制,增强灌区水文化发展的创新驱动力,努力构建水文化内涵丰富的现代化灌区。

只有运用现代化的理念指导灌区发展,用智能化的技术设备提升灌区运行效率,用现代管理制度、先进服务手段提升灌区管理服务质量,统筹治理灌区水资源、水生态、水环境、水灾害,才能加快构建与社会主义现代化进程相适应的现代灌区体系,更好地实现水利基础设施普惠共享,促进现代化农业发展和生态文明建设。

3 广利灌区水利现代化建设实践

3.1 灌区概况及水利现代化改造需求分析

广利灌区地处河南省焦作市西南部,为多渠首无坝自流引水灌溉的著名古老引黄灌区。灌区南依黄河,北靠沁河,包括济源市东部、沁阳市大部、武陟县西部以及温县北部,总面积5.086万hm2,人口50余万人,设计灌溉面积3.4万hm2。灌区气候温和,土地肥沃,日照充足,多年平均日照时间为2491.3 h,无霜期219d,适宜多种粮食作物及经济作物生长。

广利灌区在发展建设过程中,存在供水安全保障程度低、基础设施不健全、智能化水平不高、水文化内涵底蕴不足、水环境污染等问题,与现代化灌区标准相差较大。广利灌区现代化建设有以下五个方面需求:一是灌区安全的需求。灌区骨干渠道及渠系工程配套不完善,部分骨干渠道仍为土渠,且渗漏情况严重,渠道水利用系数低。同时,工程安全防护设施不完善,在灌区渠道沿线的安全防护设施甚少,灌区内群众存在溺水等安全隐患。另外,还存在骨干排水工程淤积严重、提水泵站不能正常运行等突出问题。二是水资源紧缺加大了对灌区节水改造的需求。近年来沁河来水量逐年减少、河床下切和摆动,灌区取水口数量减少,导致灌溉水源日趋匮乏,供用水矛盾突出。同时,水资源管理改革力度不足,相关法律法规体系不够完善,亟须提升水资源管理能力和公共服务水平,开创依法治水、管水、兴水的新局面。三是灌区信息化、智能化的需求。目前灌区水情自动监测站有11处,但其中3处已存在故障,且水情监测等覆盖度太低,多为人工测量,亟须引入自动化计量设备。同时,7处地下水位监测站、4处雨情监测站已不能正常运行,需要升级改造。另外,还存在墒情与水质监测能力不足、气象动态监测不全面、监测系统功能单一等问题。四是灌区生态与文化建设的需求。灌区现存有广济渠首闸及引水洞、永利渠首闸及引水洞等重要水利遗迹,还保存有数十件历代碑碣石刻造像等重要附属文物,这些遗迹具有较高的历史、文化、科学研究价值。但是,目前灌区的水历史、水文化没有得到有效的发掘和保护,亟须有效推动灌区生态与文化建设。五是灌区管理水平现代化的需求。广利灌区目前仍以传统管理方式为主,管理设施陈旧,新技术、新手段严重缺乏,信息化程度低,存在资源有效利用程度低、适应外界环境能力弱、机制灵活性差、管理粗放等问题。

3.2 广利灌区水利现代化建设目标与途径

在人与自然和谐共生理念指导下,通过修缮各类渠道及渠系工程设施、保障灌溉水源取水可靠、完善工程安全防护设施等措施将灌区建设成为安全灌区；通过提高灌溉水利用系数、强化防渗衬砌、遏制地下水超采等措施将灌区建设成为节水灌区；通过提高现代化技术利用程度、完成信息化平台与设备建设、基本建成调度管理中心等措施将灌区建设成为智慧灌区；通过保障水环境状态良好、补充河渠生态流量、提高河渠绿化程度等措施将灌区建设成为生态灌区。参照新时期水利现代化建设目标,2035年广利灌区将基本实现灌区水利现代化,2050年灌区水利现代化建设将全面完成,最终将广利灌区打造成人与自然和谐共生、灌区水利基础设施完备、智慧水利全面推广、水治理体系现代化、美丽河湖改造全面实现的现代化灌区(见图2)。

图2 广利灌区水利现代化建设目标与途径

3.3 广利灌区水利现代化建设主要内容及成效

加快广利灌区水利现代化建设是改善灌区人民群众生活水平的现实需求,也是我国大型灌区续建配套与现代化改造工作的重要组成部分。基于广利灌区现代化改造建设需求分析及其建设目标与途径,从建设框架中五大体系布局的角度出发,明确灌区现代化建设的主要内容及近期(2021—2025年)拟实现的工作目标。

(1)应对灌区安全需求,构建工程安全保障体系。拟新建新利、广利、广惠3座渠首坝和沙沟泵站；改造渠道20余条,总长度114.76 km,重建生产桥28座；对输水管道、配水管网、排水沟等输配水设施进行全面改造升级；对渠道安全防护、巡堤道路、衬砌等工程安全保障设施开展修缮与新建工作,改造管理房2处,实现灌溉试验站配套。

(2)应对灌区节水改造需求,构建田间高效节水体系。综合管理广利总干灌片等6个灌片,规划节水改造面积2.067万hm2；实施沁河水、小浪底北岸灌区的补水工作,对当地地表水及浅层地下水等灌区重要水源集中保护、适度开发,形成“多渠首引水、一灌一排、灌排相间、以灌代补”的输配水体系；逐步尝试以引沁水置换农业灌溉用地下水,进一步优化灌溉渠系,使灌溉水利用系数达到0.584,高标准农田和高效节水灌溉面积占灌区总面积的90%以上。

(3)应对灌区信息化、智能化需求,构建智能化体系。借助现代化物联网技术、大数据技术、5G和软件应用技术等,实现智慧水管理,打造数字化灌区；构建较为完备的立体感应体系、自动监测体系、支撑保障体系、智能处理体系；力争使灌区信息化覆盖率达到82.7%,水利设施自动化率达到15.3%,实现工程设施、确权划界、工程巡检等100%上图入库。以灌区雨情、水情、墒情等前端数据为基础,以物联网、互联网、通信网等网络传输为依托,以水利“云计算”为核心,建设广利灌区调度管理中心,搭建全面、科学、实用的智慧灌区信息化平台。

(4)应对灌区生态与文化建设需求,构建水生态文明体系。使高标准农田面积达到1.067万hm2,新增恢复农田有效灌溉面积0.333万hm2,不断提升灌区生态环境水平；大力推动水利风景区建设,在广利总干渠渠首及沿线建设广利灌区历史文化长廊,开展水文化宣传和水情教育；继续开展“世界灌溉工程遗产”申报工作,提升灌区水生态文明与水文化建设水平。

(5)应对灌区管理水平提升需求,构建管理与服务体系。依托现有灌区农田水利管护体系,从职责、经费、人员、标准等方面入手,完善终端管理组织的建设；到2025年,国有水管单位公益事业人员费与国有工程维修养护费落实率达到95%,大专以上学历管理人员比重达到70%,每670 hm2灌溉面积专管人数为2人；通过加强终端管理组织建设,建立健全管理制度,大幅提升工程维修养护水平与用水管理水平,切实提升灌区现代化管理能力,实现及时高效管理,保障广利灌区管理改革工作顺利进行。

在明晰建设需求、目标与途径的前提下,逐步完成灌区续建配套与现代化改造,通过水源保障、灌排设施配套、信息化建设、水文化建设、灌区管理与服务体系建设,在近期(2021—2025年)完成正常灌溉区(2.067万hm2)范围内的骨干渠道和渠系建筑物达标建设、排水工程达标建设、管理工程和信息化工程建设,在远期(2026—2035年)将建设范围扩展至全灌区(3.4万hm2),新建/续建渠道9条,改造排水沟5条,新增管理道路22.04 km,自动化设施比例达到40.1%,并进一步深化水文化建设,最终将广利灌区打造为全国一流的大型灌区水利现代化建设示范区。

4 结语

人与自然和谐共生理念是灌区水利现代化建设的重要战略指引,围绕两者间的内在联系,本文主要开展了三方面工作:①理清了人与自然和谐共生理念与灌区水利现代化的概念,并从思想先导和实践引领两方面剖析了实现灌区水利现代化要遵循人与自然和谐共生理念的内在原因；②构建了人与自然和谐共生的灌区水利现代化建设框架,包括六条基本原则、四大建设目标、五大体系布局和八项主要内容,对灌区水利现代化建设进行了系统梳理与内涵阐释；③分析了河南省广利灌区当前运行管理中存在的问题以及对于现代化建设改造的需求,从建设目标与途径及主要工作内容的角度对广利灌区水利现代化建设进行了初步探索。灌区水利现代化建设是一项漫长而艰巨的工作,如何构建节水高效、设施完善、管理科学、生态良好的水利现代化灌区,统筹应对灌区水资源、水生态、水环境、水灾害等难题,不断提高灌排工程的效率和效益,还需进一步研究与探索。