農業水利體系分析
前言：本站為你精心整理了農業水利體系分析范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。
水資源短缺是制約我國經濟發展的首要資源環境問題之一。隨著國民經濟的快速發展,水資源問題日益顯現,成為社會普遍關的問題。據預測,在2030年前后,我國人口將達到16億高峰,糧食需求為6.4億~7.2億t。根據當前的農業水資源使用模式,灌溉面積需要發展到0.6億hm2,相應的用水量將從目前的4000億m3增長到6650億m3。從我國目前水資源供需狀況來看,如此大量的農業水資源供給是不可能實現的。因此,發展節水農業是唯一的出路。以華北為例:華北地區水資源短缺、利用效率低已成為制約當地農業可持續發展的關鍵因素,農業歷來是“用水大戶”。2004年華北地區農業用水633.2億m3,占總用水量的70.7%,加上地表水體污染等,華北地區農業用水存在許多問題。據國際灌溉排水委員會的統計,華北農田用水的利用系數僅為0.3~0.5,不合理的灌溉方式,使灌溉水30%~50%被無效地滲漏、蒸發掉了,農作物利用的水僅占灌溉總水量的1/4。
農業灌溉又以利用地下水為主,到1993年,華北平原大部分地區的地下水開采率已經接近150%,部分地區已經超過150%。多年來由于地下水持續過量開采導致了華北平原地區地下水位連續下降,并引起一系列的環境地質問題,如地面裂縫、地面下沉、河道干枯、海水入侵、地下水質污染等。根據河北平原600眼淺層地下水觀測井的資料分析,地下水位的平均埋深由1983年的7.23m下降到1993年的11.52m,年平均下降0.43m。另外,全球氣候變暖、南北地區溫差縮小會使北方地區更趨干旱,其中氣溫升高1℃,農業灌溉用水量增加10%。由此可以看出我國在農業水利方面的弊端,同時也體現了改變農業水利現狀的迫切性。
2影響農業水利的因素
農業水利是一個系統的,復雜的工程。這之間涉及到很多方面的問題,歸結起來主要是灌溉的因素,灌溉的主要參數灌溉水利用效率的高低決定了現在這種農業用水狀況,因此,如何提高灌溉水利用效率是一個大問題,通過一系列的研究得到一下。
(1)水價上升有助于提高灌溉用水效率。水價是改善水資源配置和緩解水資源短缺的經濟手段之一。每個農民都是理性的個體,水價提高引起成本增加,會使農民更加關注對灌溉的管理。因此,水價上升會提高灌溉用水效率,但是,要充分考慮農民的承受能力。
(2)渠水的灌溉效率要高于井水的灌溉效率。灌區以利用渠水灌溉為主,只因渠水的保證率不高,一些用水戶才改用井水灌溉。由于渠水灌溉的工程設施經過多年的積累要比井水灌溉的工程設施條件好,加上渠水灌溉采取的是集中灌溉,而井水灌溉采取的幾乎都是零散灌溉,所以,渠水的灌溉效率要高于井水的灌溉效率。
(3)小畦灌溉有利于提高灌溉用水效率。小畦灌溉只需花費人力,把原來的長畦改為短畦即可,不存在技術和資金方面的制約。但是,由于傳統習慣,在具體實施中也存在一定困難。
(4)土壤的性質對灌溉用水效率有顯著的影響。雖然土壤的性質很難甚至不能改變,但該結論為土壤改良提供了有益的洞察。
(5)低壓管灌溉有利于提高灌溉用水效率。雖然低壓管灌溉對提高灌溉用水效率有顯著的影響,但低壓管灌溉是一種投入較高的節水技術,目前普及率還很低。
(6)用水者協會對提高灌溉用水效率有積極的影響。成立用水者協會后,推行嚴細管理,田間水利工程誰用誰管,用水戶對工程的自我維護意識增強,扭轉了以前工程維護不及時,造成斗渠、農渠破爛,不能正常發揮效益的局面,對提高灌溉用水效率起到了積極的影響。
3系統分析對與農業用水的優化
3.1系統分析是一項復雜的工程系統分析
對節水農業的優化節水農業技術包括農藝、工程和管理技術,是一項復雜的系統工程,是綜合利用各種農業節水措施的技術集成。因此,在節水農業實踐中,應體現系統工程思想,追求整體效益及長遠效益,重視節水農業系統規劃及各種農業節水措施的有機配合。為此,需要轉變傳統思路,充分利用已有工程,優化配置,在不增加投資或少增加投資的條件下,提高現有工程的效益。我國節水灌溉的傳統模式主要是依靠增加水資源消耗來擴大灌溉面積,但隨著水資源缺乏的日益加劇,這種模式顯然不再適用。而在20世紀60,70年代建造的水利工程,經過幾十年的運行其經濟效益已明顯下降。這些灌溉工程雖然失修老化,但一般都具備相應的基礎設施,如水源工程和輸水工程等,將這些原有工程設施加以充分利用改造,比新建工程的投資要低得多。節水農業是知識密集、技術密集、橫跨多個自然學科(農業、水利、環保、氣象、農業裝備)的一個多層次與多因素的系統工程。由于該系統具有因素多、不穩定、邊界模糊及相互滲透等特點,決定了該系統的復雜性和不易調控等特性。這就要求必須打破現有行業、部門與學科之間的界限,實行各部門、各學科的聯合攻關和密切合作。目前,我國所采取的各種節水措施主要以引水為目的,其他各種非工程節水措施(如綜合農業節水技術、水源優化調度和節水灌溉預報等技術)推廣普及程度較低,致使許多節水工程雖然投資很大,但水資源利用率卻未有顯著提高。因此,需要將工程技術與各種非工程技術相互配合、相互補充,針對水源、輸水、配水、田間作物吸收利用以及作物收獲的全過程,建立充分利用水、肥等各種資源的體系,最大限度地提高水資源利用率。為實現農業可持續發展,近年來國際上越來越重視對將水資源融入到“水—肥—土—作物—大氣”這一系統進行綜合性的研究與開發。他們對土壤、水分和環境等各因素之間的關系進行調控,研究并建立了水、土、環境與作物之間的綜合生產函數和不同農作物的水土管理模式。研究成果顯示,通過水肥同步監測,確定對作物進行灌溉與施肥的時機和數量進行相關調控,這一綜合性技術對節水、增產的效果非常顯著。以色列把節水農業當作系統工程,進行綜合性研究與開發,取得的成果尤為出色,其農田水平均灌溉定額從1949年的8565m3/hm2已降到目前的5571m3/hm2,而灌溉作物的產量卻以每年3%的速度遞增。
3.2以系統分析尋找規律
系統分析對于灌溉制度的優化農業系統工程的目的就在于對上述復雜系統的內、外各方面、各因素之間的關系進行研究,從中找出其內在規律,以便采取各種措施(包括規劃、預測、計劃、設計、組織管理等)使農業的發展能滿足人類社會發展的需要。運用農業系統工程能滿足人類社會發展的需要,運用農業系統工程正確處理多因子關系,在農業生產中,田間管理是貫穿在作物生育過程中充分發揮人的能動作用的一系列技術措施。科學的田間管理,要根據土壤、農作物生長發育、氣候變化等情況決定措施。例如施肥的種類、方法和數量、灌溉的時間、方式和水量等等找到這些因子和作業之間的關系,是合理施肥和合理灌溉的必要依據,這就是要用電子計算機來處理許多單因子相關和復合因子的數據,如在國外分析11500個單因子相關和綜合因子數據,得出蒸騰量與平均氣溫平均空氣濕度相關的結論,為灌溉用水量提供了依據,對肥料、成份、施肥量、施肥日期及灌溉方法與肥效的相關性進行數據處理,選擇最好的施肥方案。作物合理灌溉制度的確定是水利科技中的一項重要基礎課題。在流域規劃中對灌溉規模進行優化,確定水資源的優化調度方案以及在灌溉管理中制定最佳配水、調水計劃,都需要以作物合理灌溉制度作為依據。在充分供水條件下,作物灌溉制度是以土壤水分能夠滿足作物的潛在騰發強度要求為原則而確定的。在我國由于水資源緊缺,不能滿足現有耕地用水,則應限制作物灌水量,允許作物某些生育階段出現水分虧缺,以較小的灌水量獲得相同的產量,即單方灌水效益最大,或以相同的灌水量取得最大產量,據此來確定作物的灌溉制度,也就是實現非充分灌溉條件下的優化灌溉制度。
3.3系統分析對于作物生產函數的優化
作物水分生產函數即作物產量與水分之間的數學關系。國外從20世紀60年代以來對作物水分生產函數進行了試驗研究,大多是圍繞小麥、玉米、棉花、洋蔥等作物展開的,其內容包括作物騰發量與作物產量的關系,鹽分、水肥脅迫下作物生產函數,以及利用水分生產函數建立“生產總凈效益”模型等。國內對作物水分生產函數的研究主要有兩部分,一部分是水稻的水分生產函數研究,另一部分是圍繞旱作物冬小麥、夏玉米及棉花等展開的。作物水分生產函數是生產函數在特定條件下的一種表現形式。試驗及調查結果表明,作物水分生產函數也存在生產過程的3階段。因此,作物水分生產函數所依據的實際資料是在哪一階段,則只反映該階段的生產特性。作物水分生產函數的變量是與水有關的參數(如蒸發蒸騰量、土壤含水量等)其他影響因素諸如管理水平、作物品種、施肥水平、氣象、土壤和水文地質條件等都會對生產函數產生影響。因此,作物水分生產函數必須與這些條件相適應。對于作物生產函數的各個影響因素的確定,因為涉及的面很大,各種因素的錯綜關系很多,所以很難加以確定,對于公式中的各個量可以通過農業工程系統分析的知識觀點加以改變從而確定。
4結論
伴隨系統工程學科的知識進展,以及系統工程在水利工程中的應用,系統工程將作為一門重要的學科,手段應用于流域規劃的工作,以及灌溉排水的規劃、設計、施工和管理諸多方面中。灌溉中的許多用水方面的問題將應用系統工程的觀點加以解決,不論是農作物的灌溉制度制定、確定最優灌水時間和灌水量,特別是制定供水不足的條件下的農作物灌溉制度將有更大的作用。
