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本文作者：王薇 馮永軍 李其光 王昕 單位：山東農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院 山東省水利科學研究院 山東省水資源與水環(huán)境重點實驗室

研究區(qū)水土資源特征

山東省的水資源主要來源于大氣降水，據(jù)1956－2000年降水資料分析，全省多年平均降水量為679．5mm，多年平均水資源總量為303億m3，其中地表水資源量為198．3億m3，地下水資源與地表水資源不重復量為105億m3，僅占全國水資源總量的15．9％，人均水資源占有量356m3，位居全國各省（市、自治區(qū)）倒數(shù)第三位，屬于人均占有量小于500m3的嚴重缺水地區(qū)；畝均水資源占有量為307m3，也僅為全國平均畝均占有量的16．7％。不但整體上缺水嚴重，而且全省各地降水量、徑流量和水資源量差別較大，年際和年內分布極不均勻。多年平均降水量從魯東南沿海的850mm遞減到魯西北的550mm；年徑流的地區(qū)變化更為突出，多年平均徑流深東南沿海高值區(qū)為260～300mm，魯西北平原和湖西平原低值區(qū)只有30～60mm，地下水資源山丘區(qū)與平原區(qū)差別較大。各地降水量、水資源量的年際變化幅度也很大，存在著明顯的豐、枯水年交替出現(xiàn)現(xiàn)象；年內分配季節(jié)性非常明顯，全年降水量約3／4和天然徑流量約4／5集中在汛期，特別是7、8月份，降水量和徑流量甚至是集中在一、兩次特大暴雨洪水之中，開發(fā)利用調控難度較大。另外作為重要客水水源的黃河水，境內黃河來水量呈逐年減少的趨勢，每年70億m3引黃指標的保證程度也在不斷降低。這種水資源特征及時空分布特點使山東省發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的要求更為迫切。

農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展態(tài)勢分析

山東是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植大省，并以灌溉農(nóng)業(yè)為主，截至2009年末，其總灌溉面積達到548．408萬hm2，有效灌溉面積為489．692萬hm2，節(jié)水灌溉面積達到214．372萬hm2，旱澇保收面積達到353．725萬hm2，機電排灌面積、機電井灌面積、機電提灌面積分別達到451．511萬hm2、236．415萬hm2、195．348萬hm2，50處設計灌溉面積在2萬hm2以上的大型灌區(qū)列入了國家大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃，全省水閘達到1742座，大型水庫36座，中型水庫213座。2．1有效灌溉面積動態(tài)變化有效灌溉面積是指灌溉工程設施基本配套，有一定水源，土地較平整，一般年景下可進行正常灌溉的耕地面積。在一般情況下，有效灌溉面積應等于灌溉工程或設備已經(jīng)配備，能夠進行正常灌溉的水田和水澆地面積之和，它是反映我國耕地抗旱能力的一個重要指標［7］。根據(jù)2000－2009年山東省水利統(tǒng)計年鑒可知，2000－2009年山東省有效灌溉面積從476．079萬hm2增至489．692萬hm2，10a共計增長7．206萬hm2。2000－2001年山東省有效灌溉面積增長，2001－2003年下降，2004－2009年持續(xù)增長。其中2002、2003年退耕還果和建設占地是有效灌溉面積減少主要原因。

山東省有效灌溉面積變化趨勢基本符合二次曲線y＝4．3112x2－17276x＋2×107，決定系數(shù)R2＝0．8888。2．2節(jié)水灌溉面積動態(tài)變化節(jié)水灌溉是根據(jù)作物需水規(guī)律和當?shù)毓┧畻l件，為充分有效地利用自然降水和灌溉水，以最低限度的用水量獲得最大的產(chǎn)量或收益，也就是最大限度地提高單位灌溉水量的農(nóng)作物產(chǎn)量和產(chǎn)值的灌溉措施。目前山東省采取的主要措施有渠道防滲、低壓管灌、噴灌、微灌和灌溉管理制度等［7］。根據(jù)2000－2009年山東省水利統(tǒng)計年鑒可知，2000－2009年山東省節(jié)水灌溉面積呈連續(xù)增長趨勢，基本符合二次曲線y＝1．9006x2－7563．7x＋8×106，決定系數(shù)R2＝0．9964。節(jié)水灌溉面積從164．02萬hm2增至214．37萬hm2，10a共計增長50．36萬hm2，年均增長2．71％，增長幅度較大，原因是在中央、省資金扶助下，全省各地發(fā)展節(jié)水灌溉的積極性很高。山東省整體的節(jié)水灌溉效果良好，但發(fā)展不夠平衡，總的發(fā)展趨勢是東部快于西部，沿海好于內陸，其中濰坊市節(jié)水灌溉面積最高，菏澤最低，主要與各地市經(jīng)濟狀況、農(nóng)業(yè)發(fā)達程度以及對水利基礎建設重視程度有關；各地市節(jié)水灌溉面積增長趨勢與全省相同，只存在個別差異。2．3灌溉面積結構比例動態(tài)變化農(nóng)業(yè)灌溉面積結構（即節(jié)水灌溉面積占有效灌溉面積的比例，％）能比較有效地顯示出灌溉技術的發(fā)展、應用和政府對農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的重視程度。據(jù)表2顯示，2000－2009年節(jié)水灌溉面積占有效灌溉面積的比例持續(xù)增長且增長速率趨于平穩(wěn)。在2000年末僅為33．99％，截至2009年末已增至43．79％，平均每年增長0．98％，顯示該比例變化趨勢基本符合二次曲線y＝3×10－5x2－0．117x＋106．72，決定系數(shù)R2＝0．9984。

區(qū)域農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展適宜模式

由于山東省各地市在發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)的地形、地貌、水資源條件、經(jīng)濟發(fā)展水平、農(nóng)業(yè)種植結構以及各種農(nóng)業(yè)技術措施等各方面都存在著明顯的地域差異性。同時，所有這些方面相互聯(lián)系，相互影響，同時并存于一定的地區(qū)，從而形成各地區(qū)發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)的不同特點。為了揭示山東省各地灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展的區(qū)間差異性和區(qū)內一致性，促進山東省節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展，必須對山東省農(nóng)業(yè)進行科學的灌溉區(qū)劃分，闡明分區(qū)特點和節(jié)水適宜發(fā)展模式，以此作為發(fā)展宏觀決策和制定節(jié)水灌溉發(fā)展規(guī)劃的科學依據(jù)。灌溉區(qū)劃必須建立在符合客觀規(guī)律與現(xiàn)實條件的基礎上，根據(jù)山東省的具體情況，按照“歸納相似性，區(qū)別差異性，照顧行政區(qū)界”的原則［8］，分區(qū)宜遵循①自然要素的一致性：氣候、地形、地貌、土壤等自然地理條件基本一致或相似，水資源的開發(fā)利用條件也應基本相似；②節(jié)水灌溉發(fā)展方向和目標的一致性：在同一區(qū)域內，主要灌溉作物對象即節(jié)水灌溉措施要基本一致；③行政區(qū)劃的完整性：適當照顧現(xiàn)有行政區(qū)劃，兼顧縣級行政區(qū)界和已有水利設施的完整性。根據(jù)以上農(nóng)業(yè)灌溉分區(qū)原則，山東省17個地市可分為魯中平原、丘陵區(qū)，膠東丘陵區(qū)，魯西平原區(qū)，魯南山區(qū)，魯北平原區(qū)5個不同的區(qū)域［9－11］。各分區(qū)特點如下：魯中平原、丘陵區(qū)：包括濟南、淄博、泰安、萊蕪4個地市，該區(qū)以低山丘陵為主。屬半濕潤季風性氣候區(qū)，多年平均降雨量在621～803mm之間，降水充沛，干燥度在1．0～1．5之間。降雨年內、年際分配不均，全區(qū)水資源利用程度達61％，屬季節(jié)性缺水地區(qū)。膠東丘陵區(qū)：包括濰坊、青島、煙臺、威海4個地市，該區(qū)以低山丘陵為主。屬半濕潤海洋性氣候區(qū)，多年平均降雨量在620～721mm之間，干燥度在1．17～1．47之間。雖然降水充沛，但年內、年際分配不均，河流徑短流急，攔蓄難度大，季節(jié)性缺水嚴重。全區(qū)水資源利用率達70％，屬缺水地區(qū)。魯西南平原區(qū)：包括濟寧、菏澤、聊城、德州4個地市，該區(qū)主要是以黃泛平原和山前傾斜平原為主。屬陸地半濕潤半干旱季風性氣候區(qū)，多年平均降雨量在500～750mm之間，干燥度在1．30～1．85之間。該區(qū)降水較為充沛，其氣候特點是春旱多風，夏熱多雨、秋季易澇，冬季干燥。魯南山區(qū)：包括日照、臨沂、棗莊3個地市，該區(qū)主要是以山地丘陵為主。屬濕潤氣候區(qū)，多年平均降雨量為700～950mm，干燥度在0．6～1．0之間。魯西北平原區(qū)：包括東營、濱州2個地市，該區(qū)主要是以濱海平原為主。屬干旱季風性氣候區(qū)，多年平均降雨量為550～650mm，干燥度在1．5～1．8之間。#p#分頁標題#e#

根據(jù)山東省各種節(jié)水模式的特點、適用條件、節(jié)水效果、投資情況等，并結合不同農(nóng)業(yè)灌溉分區(qū)的具體情況，按照技術可行、方便實用、經(jīng)濟合理、易于管理的原則，對不同區(qū)域的節(jié)水模式進行規(guī)劃。魯中平原、丘陵區(qū)。該區(qū)山丘區(qū)種植果樹，平原種植小麥、玉米等作物。區(qū)內糧田和經(jīng)濟作物的比例約為3∶1，小麥和玉米兩種作物種植比例約為1∶1～3∶2，有效灌溉面積為64．533hm2。該區(qū)中部、北部農(nóng)業(yè)發(fā)達，機械化程度較高，但水資源不足，存在著嚴重季節(jié)性干旱缺水問題。南部經(jīng)濟落后，水利工程老化損壞情況嚴重。該區(qū)主要以井灌為主，渠灌面積很少，灌溉水利用系數(shù)較高（約為0．55～0．70），凈灌溉定額2310～3150m3／hm2，可供灌溉水量33．153億m3。本區(qū)發(fā)展節(jié)水灌溉的重點是：在平原區(qū)大力推廣低壓管道輸水灌溉技術，配套窄短畦田，進行地面精準灌溉。在管道布設、管材標準方面，低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)采用輸配水兩級PVC固定管道為宜，平均每畝管道長度應為6～10m，管道工作壓力0．25～0．40MPa；在低山丘陵區(qū)一是溝河梯級攔蓄節(jié)水灌溉工程技術模式：通過建設梯級攔水壩，提高了地表徑流的攔蓄能力，直接為兩岸農(nóng)田灌溉提供了水源，梯級攔蓄工程與沿河移動式噴灌結合在一起，形成了一個完整的灌溉系統(tǒng)；二是高位水池節(jié)水灌溉工程技術模式：該技術模式對山丘區(qū)復雜地形適應性強，山丘區(qū)茶、果園多分布于溝、坡、嶺地，高位水囤可全面控制其灌溉；三是風光互補發(fā)電提水灌溉技術模式，將平時的風能和太陽能轉換為高位蓄水池蓄水勢能儲存起來，以備農(nóng)田灌溉之需。這種能源開發(fā)方式將傳統(tǒng)的水能、風能、太陽能等能源開發(fā)相結合，利用三種能源在時空分布上的差異實現(xiàn)互補開發(fā)。膠東丘陵區(qū)。該區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，農(nóng)業(yè)機械化程度較高，農(nóng)作物以小麥和玉米為主，兩種作物種植比例約為3∶2～2∶1，有效灌溉面積為1227．2km2。從沿海區(qū)域農(nóng)業(yè)用水的水源狀況分析，分散小水源不可靠，一般分散運行不能滿足灌溉需要。小型截流壩攔蓄的地表水只能補充地下水和就近解決部分耕地的季節(jié)灌溉，無法保證干旱年份的豐產(chǎn)灌溉；大口井雖然水位較淺，提水成本低，但出水量變化較大，灌溉保證率較低；由于地處沿海，為了防止海水入侵，地下水開采也受到限制。該區(qū)灌溉水利用系數(shù)較高（約為0．53～0．64），凈灌溉定額2160～2490m3／hm2，可供灌溉水量33．644億m3。

本區(qū)發(fā)展節(jié)水灌溉的重點是：主要發(fā)展多水源聯(lián)網(wǎng)高標準節(jié)水灌溉模式。多水源聯(lián)網(wǎng)是指農(nóng)業(yè)灌溉中為了使有限的灌溉水源充分發(fā)揮最大的灌溉效益，使地表水、地下水能夠實現(xiàn)優(yōu)化配置而采取的灌溉工程形式。其特點是將供水量大小不同的水源采用地下輸水管道連接成網(wǎng)狀，從而提高灌溉保證率，擴大灌溉面積。通過在山谷修建塘壩，河道建橡膠壩攔蓄地表水，對多水源實行聯(lián)網(wǎng)控制，對降水、地表水、地下水進行聯(lián)合調控，實現(xiàn)水資源的集中控制管理，使有限的水資源合理配置；通過發(fā)展高標準的節(jié)水工程，糧田實現(xiàn)噴灌化，大棚標準化，果園微噴化；建設噴灌、微灌自動控制工程，提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平。魯西南平原區(qū)。該區(qū)是山東省糧、棉、油生產(chǎn)基地，農(nóng)村經(jīng)濟欠發(fā)達，主要是以農(nóng)業(yè)為主。農(nóng)作物主要是以小麥為主，玉米為輔，并有少量的水稻，有效灌溉面積為185．391萬hm2。本區(qū)地表徑流產(chǎn)生較少，其客水來源主要為黃河水，農(nóng)業(yè)灌溉水源為黃河水，地下水較少，井渠結合是本區(qū)的主要灌溉方式。輸水渠道多為土渠，渠系水利用系數(shù)在0．46～0．53之間，凈灌溉定額，1455～2760m3／hm2，可供灌溉水量70．120億m3。本區(qū)發(fā)展節(jié)水灌溉的重點是：為高效利用黃河水，全面提高該區(qū)的節(jié)水水平，支撐山東省糧食安全，并對地下水漏斗區(qū)進行逐步恢復，需要在引黃灌區(qū)水資源的統(tǒng)一配置和管理的基礎上，發(fā)展三大節(jié)水技術模式：一是以渠系襯砌為主的自流灌溉技術模式；二是通過引黃干、支渠道自流引水為水源，發(fā)展泵站提水規(guī)模化管道灌溉技術模式；三是發(fā)展“以河補源，以井保豐，井灌為主”的技術模式。魯南山區(qū)。該區(qū)為經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，主要以農(nóng)業(yè)為主，農(nóng)作物以小麥和玉米為主，兩種作物種植比例大約為3∶1。該區(qū)主要是以水庫渠灌灌溉為主，井灌區(qū)也占有較大面積，有效灌溉面積為622．16hm2，灌溉水利用系數(shù)在0．52～0．58之間，凈灌溉定額2445～2775m3／hm2，可供灌溉水量28．018億m3。

本區(qū)發(fā)展節(jié)水灌溉的重點是：一是自流灌溉渠系防滲配套工程技術模式；二是明渠＋暗涵（管道）輸水灌溉工程技術模式：充分利用水庫灌區(qū)自然水頭，將原灌溉支渠以下土渠進行改造，采取渠道防滲輸水與管道輸水聯(lián)合運用，即利用水庫灌區(qū)原建的保存完好的干、支渠道，在適宜的位置以水工銜接建筑物將渠道輸水過渡到暗涵（管道）輸水，實現(xiàn)自壓管道輸水灌溉；三是小型水庫多庫聯(lián)網(wǎng)工程技術模式：按照“壓力分區(qū)”的要求，根據(jù)各種節(jié)水灌溉工程需要的最低水頭，確定不同的節(jié)水工程形式。落差小于15m的區(qū)域多采用自壓管道灌溉；落差在15～20m的區(qū)域可采用自壓滴灌工程；落差在20～30m之間的區(qū)域可采取自壓微噴灌；水頭落差大于30m的區(qū)域可考慮自壓噴灌工程。魯西北平原區(qū)。該區(qū)灌溉水源主要為黃河客水，灌溉方式以溝引提灌為主，輸水渠道大多為土渠，有效灌溉面積為441．36hm2。該區(qū)經(jīng)濟較為落后，灌區(qū)田間工程配套較差，管理水平較低，灌溉水量偏大，灌溉水利用系數(shù)只有0．48～0．49，凈灌溉定額2160～2250m3／hm2，可供灌溉水量28．356億m3，該區(qū)淡水資源不足，已經(jīng)成為社會經(jīng)濟發(fā)展的主要制約因素之一。本區(qū)發(fā)展節(jié)水灌溉的重點是：結合暗管排水等技術應用，主要采取微咸水灌溉技術模式。目前利用咸水灌溉的方式主要有直接利用咸水灌溉（直灌）、咸水與淡水混合灌溉（混灌）、咸水與淡水交替灌溉（輪灌或補灌）。采用咸淡水交替灌溉、選用耐鹽的咸水蘆筍、菜花等耐鹽作物，推廣“上糧下漁”發(fā)展模式，擴大棉花等耐鹽作物種植面積。可以通過發(fā)展微咸水灌溉農(nóng)業(yè)，促進該區(qū)水資源的循環(huán)利用，緩解該區(qū)區(qū)水資源供需矛盾，支撐區(qū)域生態(tài)建設。