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本文作者：王薇 冯永军 李其光 王昕 单位：山东农业大学资源与环境学院 山东省水利科学研究院 山东省水资源与水环境重点实验室
研究区水土资源特征
山东省的水资源主要来源于大气降水，据1956－2000年降水资料分析，全省多年平均降水量为679．5mm，多年平均水资源总量为303亿m3，其中地表水资源量为198．3亿m3，地下水资源与地表水资源不重复量为105亿m3，仅占全国水资源总量的15．9％，人均水资源占有量356m3，位居全国各省（市、自治区）倒数第三位，属于人均占有量小于500m3的严重缺水地区；亩均水资源占有量为307m3，也仅为全国平均亩均占有量的16．7％。不但整体上缺水严重，而且全省各地降水量、径流量和水资源量差别较大，年际和年内分布极不均匀。多年平均降水量从鲁东南沿海的850mm递减到鲁西北的550mm；年径流的地区变化更为突出，多年平均径流深东南沿海高值区为260～300mm，鲁西北平原和湖西平原低值区只有30～60mm，地下水资源山丘区与平原区差别较大。各地降水量、水资源量的年际变化幅度也很大，存在着明显的丰、枯水年交替出现现象；年内分配季节性非常明显，全年降水量约3／4和天然径流量约4／5集中在汛期，特别是7、8月份，降水量和径流量甚至是集中在一、两次特大暴雨洪水之中，开发利用调控难度较大。另外作为重要客水水源的黄河水，境内黄河来水量呈逐年减少的趋势，每年70亿m3引黄指标的保证程度也在不断降低。这种水资源特征及时空分布特点使山东省发展节水农业的要求更为迫切。
农业灌溉发展态势分析
山东是传统的农业种植大省，并以灌溉农业为主，截至2009年末，其总灌溉面积达到548．408万hm2，有效灌溉面积为489．692万hm2，节水灌溉面积达到214．372万hm2，旱涝保收面积达到353．725万hm2，机电排灌面积、机电井灌面积、机电提灌面积分别达到451．511万hm2、236．415万hm2、195．348万hm2，50处设计灌溉面积在2万hm2以上的大型灌区列入了国家大型灌区续建配套与节水改造规划，全省水闸达到1742座，大型水库36座，中型水库213座。2．1有效灌溉面积动态变化有效灌溉面积是指灌溉工程设施基本配套，有一定水源，土地较平整，一般年景下可进行正常灌溉的耕地面积。在一般情况下，有效灌溉面积应等于灌溉工程或设备已经配备，能够进行正常灌溉的水田和水浇地面积之和，它是反映我国耕地抗旱能力的一个重要指标［7］。根据2000－2009年山东省水利统计年鉴可知，2000－2009年山东省有效灌溉面积从476．079万hm2增至489．692万hm2，10a共计增长7．206万hm2。2000－2001年山东省有效灌溉面积增长，2001－2003年下降，2004－2009年持续增长。其中2002、2003年退耕还果和建设占地是有效灌溉面积减少主要原因。
山东省有效灌溉面积变化趋势基本符合二次曲线y＝4．3112x2－17276x＋2×107，决定系数R2＝0．8888。2．2节水灌溉面积动态变化节水灌溉是根据作物需水规律和当地供水条件，为充分有效地利用自然降水和灌溉水，以最低限度的用水量获得最大的产量或收益，也就是最大限度地提高单位灌溉水量的农作物产量和产值的灌溉措施。目前山东省采取的主要措施有渠道防渗、低压管灌、喷灌、微灌和灌溉管理制度等［7］。根据2000－2009年山东省水利统计年鉴可知，2000－2009年山东省节水灌溉面积呈连续增长趋势，基本符合二次曲线y＝1．9006x2－7563．7x＋8×106，决定系数R2＝0．9964。节水灌溉面积从164．02万hm2增至214．37万hm2，10a共计增长50．36万hm2，年均增长2．71％，增长幅度较大，原因是在中央、省资金扶助下，全省各地发展节水灌溉的积极性很高。山东省整体的节水灌溉效果良好，但发展不够平衡，总的发展趋势是东部快于西部，沿海好于内陆，其中潍坊市节水灌溉面积最高，菏泽最低，主要与各地市经济状况、农业发达程度以及对水利基础建设重视程度有关；各地市节水灌溉面积增长趋势与全省相同，只存在个别差异。2．3灌溉面积结构比例动态变化农业灌溉面积结构（即节水灌溉面积占有效灌溉面积的比例，％）能比较有效地显示出灌溉技术的发展、应用和政府对农业节水灌溉的重视程度。据表2显示，2000－2009年节水灌溉面积占有效灌溉面积的比例持续增长且增长速率趋于平稳。在2000年末仅为33．99％，截至2009年末已增至43．79％，平均每年增长0．98％，显示该比例变化趋势基本符合二次曲线y＝3×10－5x2－0．117x＋106．72，决定系数R2＝0．9984。
区域农业节水发展适宜模式
由于山东省各地市在发展灌溉农业的地形、地貌、水资源条件、经济发展水平、农业种植结构以及各种农业技术措施等各方面都存在着明显的地域差异性。同时，所有这些方面相互联系，相互影响，同时并存于一定的地区，从而形成各地区发展灌溉农业的不同特点。为了揭示山东省各地灌溉农业发展的区间差异性和区内一致性，促进山东省节水农业的发展，必须对山东省农业进行科学的灌溉区划分，阐明分区特点和节水适宜发展模式，以此作为发展宏观决策和制定节水灌溉发展规划的科学依据。灌溉区划必须建立在符合客观规律与现实条件的基础上，根据山东省的具体情况，按照“归纳相似性，区别差异性，照顾行政区界”的原则［8］，分区宜遵循①自然要素的一致性：气候、地形、地貌、土壤等自然地理条件基本一致或相似，水资源的开发利用条件也应基本相似；②节水灌溉发展方向和目标的一致性：在同一区域内，主要灌溉作物对象即节水灌溉措施要基本一致；③行政区划的完整性：适当照顾现有行政区划，兼顾县级行政区界和已有水利设施的完整性。根据以上农业灌溉分区原则，山东省17个地市可分为鲁中平原、丘陵区，胶东丘陵区，鲁西平原区，鲁南山区，鲁北平原区5个不同的区域［9－11］。各分区特点如下：鲁中平原、丘陵区：包括济南、淄博、泰安、莱芜4个地市，该区以低山丘陵为主。属半湿润季风性气候区，多年平均降雨量在621～803mm之间，降水充沛，干燥度在1．0～1．5之间。降雨年内、年际分配不均，全区水资源利用程度达61％，属季节性缺水地区。胶东丘陵区：包括潍坊、青岛、烟台、威海4个地市，该区以低山丘陵为主。属半湿润海洋性气候区，多年平均降雨量在620～721mm之间，干燥度在1．17～1．47之间。虽然降水充沛，但年内、年际分配不均，河流径短流急，拦蓄难度大，季节性缺水严重。全区水资源利用率达70％，属缺水地区。鲁西南平原区：包括济宁、菏泽、聊城、德州4个地市，该区主要是以黄泛平原和山前倾斜平原为主。属陆地半湿润半干旱季风性气候区，多年平均降雨量在500～750mm之间，干燥度在1．30～1．85之间。该区降水较为充沛，其气候特点是春旱多风，夏热多雨、秋季易涝，冬季干燥。鲁南山区：包括日照、临沂、枣庄3个地市，该区主要是以山地丘陵为主。属湿润气候区，多年平均降雨量为700～950mm，干燥度在0．6～1．0之间。鲁西北平原区：包括东营、滨州2个地市，该区主要是以滨海平原为主。属干旱季风性气候区，多年平均降雨量为550～650mm，干燥度在1．5～1．8之间。#p#分页标题#e#
根据山东省各种节水模式的特点、适用条件、节水效果、投资情况等，并结合不同农业灌溉分区的具体情况，按照技术可行、方便实用、经济合理、易于管理的原则，对不同区域的节水模式进行规划。鲁中平原、丘陵区。该区山丘区种植果树，平原种植小麦、玉米等作物。区内粮田和经济作物的比例约为3∶1，小麦和玉米两种作物种植比例约为1∶1～3∶2，有效灌溉面积为64．533hm2。该区中部、北部农业发达，机械化程度较高，但水资源不足，存在着严重季节性干旱缺水问题。南部经济落后，水利工程老化损坏情况严重。该区主要以井灌为主，渠灌面积很少，灌溉水利用系数较高（约为0．55～0．70），净灌溉定额2310～3150m3／hm2，可供灌溉水量33．153亿m3。本区发展节水灌溉的重点是：在平原区大力推广低压管道输水灌溉技术，配套窄短畦田，进行地面精准灌溉。在管道布设、管材标准方面，低压管道输水灌溉系统采用输配水两级PVC固定管道为宜，平均每亩管道长度应为6～10m，管道工作压力0．25～0．40MPa；在低山丘陵区一是沟河梯级拦蓄节水灌溉工程技术模式：通过建设梯级拦水坝，提高了地表径流的拦蓄能力，直接为两岸农田灌溉提供了水源，梯级拦蓄工程与沿河移动式喷灌结合在一起，形成了一个完整的灌溉系统；二是高位水池节水灌溉工程技术模式：该技术模式对山丘区复杂地形适应性强，山丘区茶、果园多分布于沟、坡、岭地，高位水囤可全面控制其灌溉；三是风光互补发电提水灌溉技术模式，将平时的风能和太阳能转换为高位蓄水池蓄水势能储存起来，以备农田灌溉之需。这种能源开发方式将传统的水能、风能、太阳能等能源开发相结合，利用三种能源在时空分布上的差异实现互补开发。胶东丘陵区。该区经济发达，农业机械化程度较高，农作物以小麦和玉米为主，两种作物种植比例约为3∶2～2∶1，有效灌溉面积为1227．2km2。从沿海区域农业用水的水源状况分析，分散小水源不可靠，一般分散运行不能满足灌溉需要。小型截流坝拦蓄的地表水只能补充地下水和就近解决部分耕地的季节灌溉，无法保证干旱年份的丰产灌溉；大口井虽然水位较浅，提水成本低，但出水量变化较大，灌溉保证率较低；由于地处沿海，为了防止海水入侵，地下水开采也受到限制。该区灌溉水利用系数较高（约为0．53～0．64），净灌溉定额2160～2490m3／hm2，可供灌溉水量33．644亿m3。
本区发展节水灌溉的重点是：主要发展多水源联网高标准节水灌溉模式。多水源联网是指农业灌溉中为了使有限的灌溉水源充分发挥最大的灌溉效益，使地表水、地下水能够实现优化配置而采取的灌溉工程形式。其特点是将供水量大小不同的水源采用地下输水管道连接成网状，从而提高灌溉保证率，扩大灌溉面积。通过在山谷修建塘坝，河道建橡胶坝拦蓄地表水，对多水源实行联网控制，对降水、地表水、地下水进行联合调控，实现水资源的集中控制管理，使有限的水资源合理配置；通过发展高标准的节水工程，粮田实现喷灌化，大棚标准化，果园微喷化；建设喷灌、微灌自动控制工程，提高农业现代化水平。鲁西南平原区。该区是山东省粮、棉、油生产基地，农村经济欠发达，主要是以农业为主。农作物主要是以小麦为主，玉米为辅，并有少量的水稻，有效灌溉面积为185．391万hm2。本区地表径流产生较少，其客水来源主要为黄河水，农业灌溉水源为黄河水，地下水较少，井渠结合是本区的主要灌溉方式。输水渠道多为土渠，渠系水利用系数在0．46～0．53之间，净灌溉定额，1455～2760m3／hm2，可供灌溉水量70．120亿m3。本区发展节水灌溉的重点是：为高效利用黄河水，全面提高该区的节水水平，支撑山东省粮食安全，并对地下水漏斗区进行逐步恢复，需要在引黄灌区水资源的统一配置和管理的基础上，发展三大节水技术模式：一是以渠系衬砌为主的自流灌溉技术模式；二是通过引黄干、支渠道自流引水为水源，发展泵站提水规模化管道灌溉技术模式；三是发展“以河补源，以井保丰，井灌为主”的技术模式。鲁南山区。该区为经济欠发达地区，主要以农业为主，农作物以小麦和玉米为主，两种作物种植比例大约为3∶1。该区主要是以水库渠灌灌溉为主，井灌区也占有较大面积，有效灌溉面积为622．16hm2，灌溉水利用系数在0．52～0．58之间，净灌溉定额2445～2775m3／hm2，可供灌溉水量28．018亿m3。
本区发展节水灌溉的重点是：一是自流灌溉渠系防渗配套工程技术模式；二是明渠＋暗涵（管道）输水灌溉工程技术模式：充分利用水库灌区自然水头，将原灌溉支渠以下土渠进行改造，采取渠道防渗输水与管道输水联合运用，即利用水库灌区原建的保存完好的干、支渠道，在适宜的位置以水工衔接建筑物将渠道输水过渡到暗涵（管道）输水，实现自压管道输水灌溉；三是小型水库多库联网工程技术模式：按照“压力分区”的要求，根据各种节水灌溉工程需要的最低水头，确定不同的节水工程形式。落差小于15m的区域多采用自压管道灌溉；落差在15～20m的区域可采用自压滴灌工程；落差在20～30m之间的区域可采取自压微喷灌；水头落差大于30m的区域可考虑自压喷灌工程。鲁西北平原区。该区灌溉水源主要为黄河客水，灌溉方式以沟引提灌为主，输水渠道大多为土渠，有效灌溉面积为441．36hm2。该区经济较为落后，灌区田间工程配套较差，管理水平较低，灌溉水量偏大，灌溉水利用系数只有0．48～0．49，净灌溉定额2160～2250m3／hm2，可供灌溉水量28．356亿m3，该区淡水资源不足，已经成为社会经济发展的主要制约因素之一。本区发展节水灌溉的重点是：结合暗管排水等技术应用，主要采取微咸水灌溉技术模式。目前利用咸水灌溉的方式主要有直接利用咸水灌溉（直灌）、咸水与淡水混合灌溉（混灌）、咸水与淡水交替灌溉（轮灌或补灌）。采用咸淡水交替灌溉、选用耐盐的咸水芦笋、菜花等耐盐作物，推广“上粮下渔”发展模式，扩大棉花等耐盐作物种植面积。可以通过发展微咸水灌溉农业，促进该区水资源的循环利用，缓解该区区水资源供需矛盾，支撑区域生态建设。
