農田水利

農田水利

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發展灌溉排水,調節地區水情,改善農田水分狀況,防治旱、澇、鹽、鹼災害,以促進農業穩產高產的綜合性科學技術。農田水利在國外一般稱為灌溉排水。農田水利涉及水力學、土木工程學、農學、土壤學,以及水文、氣象、水文地質及農業經濟等學科。其任務是通過工程技術措施對農業水資源進行攔蓄、調控、分配和使用,並結合農業技術措施進行改土培肥,擴大土地利用,以達到農業高產穩產的目的。此外,還要研究節水灌溉的原理與實踐,防治灌溉土地鹽鹼化、沼澤化和水土流失,研究水利土壤環境的改善,以及鹹水、廢污水的改造與利用等技術措施。農田水利與農業發展有密切的關係,農業生產的成敗在很大程度上決定於農田水利事業的興衰。
詞源 農田水利一詞始見於北宋熙寧二年(1069)頒布的水利法規《農田水利約束》《史記·河渠書》中已有水利一詞,當時主要指農田水利。灌溉一詞起源亦早,《莊子·逍遙遊》有“時雨降矣,而猶浸灌”,《史記·河渠書》有鄭國渠“溉澤鹵之地四萬餘頃”的記載。在《漢書·溝洫志》中,溉、溉灌與灌溉三詞並用,同指灌溉農田,灌溉一詞沿用至今。排水的排字意為排泄。《孟子·滕文公上》有“決汝、漢,排淮、泗”;《漢書·溝洫志》有“排水澤而居之”等語。
沿革 農田水利這一古老工程技術可以遠溯至新石器時代。從世界範圍來說,有文字記載的最早的灌溉工程,是公元前3400年左右美尼斯王朝修建在埃及孟菲斯城附近截引尼羅河洪水淤灌工程。約公元前2200年,巴比倫在底格里斯和幼發拉底河河谷建造了當時世界上規模最大的奈赫賴萬灌溉渠道。在漢穆拉比法典中已有灌溉管理的條款。中國、印度、古羅馬、古波斯等國灌溉起源也都很早。2000多年前,錫蘭(今斯里蘭卡)即修建水庫,公元前300年即有大面積灌溉土地可以一年兩熟。20世紀30年代,印度開始套用現代工程技術修建大型自流灌溉工程,同時發展小型提水灌溉及井灌,目前灌溉面積居於世界第二位。波斯(今伊朗)、敘利亞、義大利等國的灌溉,已有幾千年的歷史。在西班牙人進入美洲之前,墨西哥、秘魯以及美國西南部已有灌溉設施。19世紀中葉,在美國西部大鹽湖河谷地帶開始了移民墾殖開發灌溉;20世紀初,美國聯邦政府開始在西部17州進行以灌溉為主的水利綜合開發。蘇聯約有 1/4國土面積年降雨量小於400mm,灌溉農業也有較長歷史;十月革命後灌溉事業有了較大的發展,主要集中在中亞細亞。以水利土壤改良為基礎的蘇聯灌溉排水科學技術已自成體系。
中國在長江下游考古中,發現有新石器時代灌溉種稻的遺蹟,約有5000年的歷史。公元前1600~前1100年中國實行井田制度,劃分田塊,利用溝洫灌溉排水。到西周時代,溝洫工程進一步發展,並出現了蓄水工程。約公元前600年,孫叔敖興建期思雩婁灌區,是中國最早見於記載的灌溉工程。春秋戰國時代曾修建過多處大型自流灌溉工程,著名的有引漳十二渠都江堰、鄭國渠(見鄭白渠)等。在此期間也已經使用秸槔提水灌溉。當時人們已認識到農田水利的重要意義,《荀子·王利》曾指出:“高者不旱,下者不水,寒暑和節,而五穀以時熟,是天下之事也”。秦漢時期,灌溉排水及其他農田水利建設已由黃河、長江和淮河流域擴展到浙江、雲南、甘肅河西走廊以及新疆等地。隋、唐、宋時期,中國農田水利進入鞏固發展的時期。太湖下遊興修圩田、水網;黃河中下游地區大面積放淤;同時,水利法規漸趨完備:唐有《水部式》,宋有《農田水利約束》等。元、明、清時期,長江、珠江流域,特別是兩湖、兩廣地區,農田水利得到了進一步開發。明天啟年間《農政全書》問世,書中《水利》為中國農田水利學濫觴;《泰西水法》為介紹西方水利技術的最早著述。19世紀末,西方灌溉、排水科學技術開始在中國套用。20世紀30年代,陝西省建成涇惠、渭惠、梅惠等大型自流灌區。其他各省也相繼舉辦了一些不同類型的農田水利工程。與此同時,從南方的廣東、江蘇到北方的陝西、寧夏等地,先後開展了一些灌溉、排水的科學研究工作。
中華人民共和國成立以後,灌溉排水事業得到了迅速發展。從1950~1985年,全國灌溉面積由2.4億畝增加到7.2億畝,居世界首位;排水除澇面積達到2.78億畝,僅次於美國;得到改良利用的鹽鹼地面積達到6800萬畝,約占全國鹽鹼化耕地總面積的61%。在占全國耕地面積約47% 的灌溉土地上,生產著約占全國總產量 2/3的糧食。農田水利建設已成為中國農業生產的重要物質基礎。
基本內容 主要是灌溉和排水,兼及中小型河道整治,塘壩水庫及圩垸建設,低產田水利土壤改良,農田水土保持、土地整治以及農牧供水等。由於各農業地區的自然條件和生產方式千差萬別,需要進行農業水利區劃和相應的灌排系統規劃。農田水利還包括一些具有明顯地區特徵的類型,如黃淮海平原旱澇鹼綜合治理鹽鹼地改良圩區水利牧區水利墾荒水利等。
在乾旱、半乾旱地區,灌溉是主要的,但為了防治土壤次生鹽鹼化,也需要排水;在鹽鹼化威脅較大和開墾鹽鹼荒地的地區,必須灌排並重,甚至無排水即無灌溉。在濕潤、半濕潤地區,由於降雨量較多,排水是主要的,但是雨量的季節分布並不完全符合農作物生長的要求,需要進行補充性灌溉。灌溉與排水兩者相輔相成,便構成農田水利的主要內容。
灌溉 用人工設施將水輸送到農業土地上,補充土壤水分,改善作物生長發育條件稱為灌溉。在特定情況下,灌溉還可減少霜凍危害,改善土壤耕作性能,稀釋土壤鹽分,改善田間小氣候。根據灌溉水源和灌溉水質(見灌排水質)的不同,可分為地表水灌溉地下水灌溉地表水地下水聯合運用,以及污水灌溉鹹水灌溉肥水灌溉引洪淤灌等。根據灌水技術,可分為地面灌溉地下灌溉噴灌微灌(包括滴灌、微噴灌等)、局部灌溉節水灌溉等。為實現科學用水,應根據作物需水量和需水時間、有效降雨量土壤水狀況以及水文情況,選定灌溉保證率,制定灌溉制度
灌溉系統是實現灌溉的基礎設施,可分為渠道灌溉系統和管道灌溉系統。一般由灌溉渠首工程渠道輸水管道渠系建築物和灌溉泵站組成。最常見的渠系建築物有配水建築物渡槽涵洞倒虹吸管跌水陡坡量水建築物以及沉沙池等。在使用地下水灌溉或無法實現自流灌溉而需提水灌溉時,或低洼地區不能自流排水時,應興建排灌泵站進行機電排灌。
灌區應進行有效的灌溉管理,注意渠道防滲,加強用水管理,提高渠系有效利用係數
排水 排除農業土地上多餘的水分,以改善地區或土壤的水分狀況,防止作物受害,還可改良土壤結構,便利田間操作,延長作物生長季節,提高地溫及土壤通氣,加大作物根層深度及為作物提供更多的養料。根據被排除水的性質,可分為除澇治漬及控制地下水位;根據農田排水技術可分為明溝排水暗管排水鼠道排水以及豎井排水等。此外,還有針對特定地區情況的冷浸田排水沼澤地排水海塗排水等。
排水系統是實現排水的基礎設施,一般包括各級排水溝(管)道及其建築物、排水容泄區、排水泵站(見排灌泵站)等。排水溝道建築物的種類、結構和功能同灌溉渠系建築物。
科學的排水管理是排水系統正常運行的必要條件,要經常保持排水系統通暢及控制地下水位的能力。
問題和展望 中國農田水利存在如下問題:①灌溉水源日見短缺,很多灌區用水得不到保證。隨著工業用水和城市生活用水不斷增加,今後缺水問題將日益突出。②水量浪費較大,自流灌區渠系有效利用係數一般僅0.4~0.6。灌溉效率低加劇了灌溉水源的供需矛盾。③現有工程設施尚未全部配套,如有的灌區缺乏田間工程,有的有灌無排,有的設施已經老化,加上管理體制不健全,管理措施不力,工程效益還未充分發揮。④新建工程難度越來越大,造價越來越高,需要更多的人力物力投入。
解決以上問題需要採取多種途徑:①進一步完善與更新現有灌溉排水設施,加強管理,提高工程效益。②增加農業投入,繼續興修農田水利工程,逐步擴大灌溉面積,以適應國民經濟發展的需要。③推廣套用新技術,厲行節約用水,包括改進地面灌溉技術,發展低造價噴灌、滴灌,大力推廣管道輸水灌溉等,提高灌溉效率。④加強排水,重視鹽鹼地、沼澤地和冷浸田的改良以及除澇、治漬工作,促進農田水利進一步發展。⑤開展水利土壤環境的研究,保護水資源和生態平衡。⑥逐步實現灌排工程施工機械化和管理運用自動化。
參考書目
 武漢水利電力學院郭元裕主編:《農田水利學》,第2版,水利電力出版社,北京,1986。
 柯斯恰科夫著,陳益秋譯:《土壤改良原理》,中國工業出版社,北京,1965。
 V.E.Hansen, et al.,Irrigation Principles and Practice,John Wiley & Sons,New York,1980.

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相關連線

農田水利一般術語:http://www.zgggzx.com/article_detail.asp?ArtID=1187
灌溉術語(美國):http://www.zgggzx.com/article_detail.asp?ArtID=1536

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