5.1.3 现代化生态灌区水资源利用应遵循的规律
(1)灌区水循环基本规律。
1)水资源空间大循环。现代化灌区水资源利用,要从灌区内部和外部两方面考虑。灌区外部的客水输入源、本地水源(深层地下水)以及各类资源化再生水,其所处各类空间可视为一个统一虚拟的供水空间。同理,灌区生产、生活、生态的水受纳空间也可视为一个统一的受水空间(见图5.3)。
受水空间和供水空间之间进行着灌区外部的复杂水循环,这个复杂的水循环可称为大循环。在构建灌区系统良性水循环机制前,应首先确定这个大循环的基本特征,以此作为灌区良性水循环的边界条件。
图5.3 灌区水循环理论框架示意图
2)农业水循环。为了使土壤保持适宜的含水量,当土壤水分不足时就要进行灌溉,将地表水或地下水转化为土壤水,以弥补降水量与农作物需水量之间的差额,过剩的土壤水分通过排水输出,又使地下水、土壤水转化为地表水。正是这种人工灌溉和排水的方式改变了平原区原有的天然产汇流过程。水从河道引出以各级渠道为载体分布于农田区域,由原来在河道中的汇流过程变成分散过程,地下潜水和承压水的开采利用则改变了地下水的径流分布过程,使得自然状态下的地下水径流通过集中开采分布于农田区域。在农业水循环过程中,灌溉活动增加了水循环中蒸发和入渗的通量,产汇流机制与天然水循环过程相比,没有大的变化。在农田排水时,灌溉退水由最末一级排水沟向干沟汇流的过程,实际上是一个完全人工控制的汇流过程,若各级沟道不存在,则退水仍按照天然状态下的汇流机制进行,正是由于排水沟的存在,创造了原本并不存在的人工汇流过程。
3)工业水循环。灌区工业水循环中的用水在输送过程中,一部分水量渗漏损失,进入土壤和补充地下水,其余部分进入工厂,在产品制造过程中,大部分水量转化为“虚拟水”由产品带走,还有一部分水量消耗于蒸发,余者进入排污管道,排污管道同输水管道一样也存在着管道渗漏,渗漏水量进入土壤和补充地下水,其余排水量通过排水系统逐级汇流至干沟,最终排入黄河。
4)生活水循环。灌区生活水循环主要是城乡生活水循环。生活用水取自地下水,采用集中式供水,水量几乎全部消耗于居民生活以及供水和用水过程中的蒸发。随着城乡生活污水处理水平的提高,部分经处理达标的水资源进入自然和人工水循环过程,通过景观水体、林草植被蒸散消耗。另有部分处理过的污水通过排水沟进入黄河。
5)生态水循环。灌区生态水循环包括自然生态水循环和人工生态水循环。自然生态水循环主要集中于灌区边缘非农业区,其水循环特征受人工干预较少,仍然保持降水、径流、蒸发、蒸腾、下渗等自然水循环过程。人工生态水循环是指灌区下游区域冬灌洗盐引排水过程,对湖泊湿地、林地草地进行补水过程中形成的水循环。为避免灌区土壤的盐渍化风险,在冬灌期采取引水洗盐措施,促使灌区土壤形成脱盐过程,在这期间产生的蒸发、渗漏等损失是人工生态水循环中主要的引黄消耗。城乡建设过程中的土地利用性质发生变化,建筑物增加,道路铺装,不透水面积增大,整治河道,兴建排水管网等,直接改变了当地的降水径流形成条件,从而对水的流动、循环、分布产生了影响,使天然的地面排水系统被人工排水系统所替代,不透水面积上的地表水与土壤水和地下水之间的相互转化途径完全被隔离开来,降落在不透水面积上的降水,除消耗于大气蒸发外,余者皆形成地表径流,少部分补充城镇绿地,大部分排入黄河。
为保持生态稳定,维护灌区生态平衡,需要对湖泊湿地进行人工补水,这些水量主要来自地表引水渠道和排水沟道。一方面,渠道和沟道引水改变了原水流在河道中的演进方式；另一方面,人工补水造成湖泊面积增大,湖泊周围滩地成为湖泊的一部分,原有滩地上的产汇流关系发生变化,同时人工补给也使得湖泊水循环中地表水与地下水之间的转换关系在量上发生了相应的变化。
(2)现代化灌区水资源利用应遵循的原则。
1)优化大循环外部空间。优化水土资源开发格局,着力形成与水土资源条件以及国家实施主体功能区战略、现代农业发展和保障粮食安全战略、建设生态文明战略等要求相适应的灌溉发展布局,从水资源大循环角度,优化灌区外部输入的供水空间和外部水资源输出的受水空间。
2)统筹人工和自然水循环路径。在坚持用水总量控制的前提下,优化配置水资源,统筹灌溉用水与生活、工业、生态等用水,科学调整农田和林果草地灌溉用水结构,在保障合理的灌溉用水需求前提下,通过科学调控,使人工控制的水循环路径与自然水循环路径相统筹。
3)完善人工水循环的工程设施。结合灌区高标准农田建设,打造已有灌区“升级版”,并按高起点、高标准要求新建现代灌区,着力构建标准较高、工程齐全、设施配套、功能完善、运用灵活的灌排设施体系,通过工程措施,促进灌区内部水循环的良性发展。
4)应用先进技术维护水循环健康。大力推广管灌、喷灌、微灌等技术,加强节水增产机理等基础理论研究、灌区自动化控制等应用技术研究、喷灌和微灌关键设备等新产品研发,着力增强科技创新驱动力。因地制宜大力发展智能化水肥一体化配置技术及装备,不断转变灌溉用水方式,全面提高渠系和田间的水资源利用效率,推进节水防污型灌区建设,维护灌区水循环健康。
5)全面提升灌区水环境管控水平。积极创新灌溉科学发展的体制机制,构建稳定的投入机制、良性的运行机制。实施用水总量控制和定额管理,实现精准灌溉、精确计量、精细管理。以灌溉信息化带动灌溉现代化,全面提升灌溉管理水平。尊重自然、顺应自然、保护自然,推进灌区生态文明建设,维系良好的水生态,创建优美的水环境,着力打造田绿、水清、林荫、路畅的美丽田园。