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农业节水的尺度效应(摘要)

李远华

（水利部中国灌溉排水发展中心，北京 100053）

1、问题的提出

不同的水源条件、不同的自然条件和社会经济发展水平，对节水灌溉有不同的要求；不同国家、不同地区、不同历史发展阶段、节水标准也不同。因此，农业节水是相对的概念。目前，我国尚面临增加粮食和其它农产品产出的巨大压力，大幅度减少农业用水总量也是不现实的，而是在“农业用水总量零增长”的前提下，立足于减少现有灌溉水量的浪费、提高降水的利用率、提高灌溉水的利用率和生产效率，通过“节水挖潜”，达到扩大灌溉面积、提高灌溉保证率、提高复种指数的目的。从这个意义上说，农业节水也是相对的。

另一方面，农业节水也有空间上的相对性。对于田间尺度，农田的渗漏量、地表排水和径流为损失水量，但其中可能有部分水量直接被相邻田块的作物利用，尺度放大后，这部分水量则不被计入损失量。对于一个灌区，从灌溉水利用系数的概念出发，各级渠道的渗漏、灌溉所产生的地面径流和深层渗漏等均为损失水量，但若有一部分渗漏水或地面径流通过地表或地下进入渠道或田间，这部分水量不算损失；此外，灌区的排水、灌溉渠道泄（弃）水，若部分或全部被其它灌区利用，尺度放大后，这部分水量也不算损失。

显然，对于不同尺度而言，水量损失或水的利用率是相对的，分析计算方法也不同。为了使农田尺度上水分生产率的提高与灌溉系统及流域尺度上水分生产率的提高相一致、局部水分生产率提高与全局水分生产率提高相一致，应分别从田间、灌溉系统及流域等多个不同的尺度上，研究水分生产率提高的机理，评估不同尺度节水的效果及其相互影响和内在联系，从而减少不可回收或不可重复利用水量。

2、不同对象的节水目的及其与尺度的关系

不同的对象和主体对节水有不同的要求。对于农民，在按量计费时，节水意味着减少支出，农民会想方设法地减少量水点的水量。对于灌区管理部门，如果农业灌溉是唯一或最主要的用水户，灌区会千方百计地增加量水点的水量；如果灌区可以向城市、工业和发电供水，则会尽量减少农业供水。对于整个社会，节水的目标是以水资源的可持续利用支撑经济社会的可持续发展。由于不同主体所处的角度不同、所关心的尺度不同，节水的动力、途经和手段也不同。

既然农业节水的基本措施之一是调整作物种植结构，且节水灌溉的根本任务是要研究技术上先进、经济上合理的各种工程与非工程措施、途径和方法，减少灌溉水的无益损耗，在时间上和空间上合理地分配水资源，那么，从国家层次这个大尺度上，不一定将着眼点放在缺水地区的节水上。通过改善灌溉排水条件，

提高水资源相对丰富地区的灌溉排水保证率，从而提高复种指数、增加粮食生产能力，减轻北方缺水地区粮食生产压力，亦可以达到国家层次上的节水。 3、尺度、尺度效应和节水灌溉

在水文学和水资源学的研究中，尺度的含义是指规模、面积上相对的大小和时间周期的长短，即空间范围的大小和时间历时的长短，与之相对应的是空间尺度和时间尺度。

尺度效应产生的原因主要是回归水及其重复利用。灌溉渠系的渗漏水量、由于灌溉渠系工程不健全和管理水平不高所产生的渠道退（弃）水、由于灌溉定额过大和灌水技术落后所产生的地表径流与深层渗漏、稻田渗漏量等均可能变为回归水；在水资源短缺的地区，常把上游、高地排泄、渗漏下来的灌溉水和雨水，收集起来作为下游的灌溉水源。因此，对回归水的利用是现代灌溉排水管理中提高水资源利用率的有效措施之一。

正是由于水在不同尺度上的重复利用性，使得节水的尺度效应被提出并成为一个热门研究领域。在不同的尺度，由于水的重复利用率不同，水量平衡各要素之间又相互影响和制约，所以产生真实节水的潜力是不一样的。在研究和推广节水灌溉技术时，必须考虑某一尺度采用节水灌溉技术对其它尺度的影响。

此外，在大面积推广田间节水灌溉技术后，随着上游田间渗漏量和排水量的减少，依赖于这些回归水的下游用水户将会受到一定影响，研究节水量和节水的效果也应密切联系研究的对象以及研究尺度的大小，仅仅依据田间尺度节水灌溉技术的改进指标，去简单地推断和评估田间节水对灌溉系统及流域尺度节水效果的影响是错误的，更不能依此来制定灌区的灌溉计划及流域水土资源的合理利用规划。 4、研究方法

由于缺乏不同尺度间节水灌溉技术相互影响的定量研究，特别是田间节水灌溉技术大范围推广应用后对灌溉系统及流域尺度水分生产率、水分利用效率的定量研究，使得目前从灌溉试验田块得出的节水灌溉技术在推广应用及其评估和评价上受到限制。

考虑到在大尺度上和长时间进行水量平衡各因素观测的困难，借助模型化的方法来研究灌区及流域尺度上水分生产率、水分利用效率的变化是可行的。另外，具体地研究某一灌区及其情况总是有限的，要将研究结果推广到其它灌区或不同的条件情况，也要借助模型化方法。虽然很多学者从不同的角度及目的，研究了田间尺度的作物生长及水分运移模型或者流域尺度的水文模型，但是很少有将两者结合起来的。要全面地进行这方面研究，必须将田间作物生长、水分运移模型与流域水文模型、河流水文过程及地表水地下水相互作用模型结合起来，用模型化方法，分析研究不同节水灌溉技术及其它条件下，田间、灌溉系统及流域水量平衡的过程，如渗漏及回归水的变化、流域地表水、地下水的变化等。

当我们将尺度进一步放大到国家这个大的尺度上，则应当跳出原有针对各地区研究节水的框框，而将整个国家看作一个整体来研究，即根据各地区的水土资源状况、人口状况、经济发展水平等，从国家的尺度上来研究各地区农业适宜种植面积、灌溉面积、农业种植结构、灌溉用水水平以及相应的节水灌溉措施等，即从国家尺度上通过综合利用水土资源来研究节水问题。

【作者简历】

李远华，男，1960年6月20日生，湖北潜江人。中国灌溉排水发展中心副主任，工学博士，教授，博士生导师。

长期从事灌溉排水基本理论、农业节水、灌区规划、设计与管理的教学、研究与实践。曾获国务院政府特殊津贴，省级有突出贡献中青年专家，中国国家灌排委员会（CCID）副主席，国际灌溉排水委员会（ICID）常设财务委员会（PFC）委员，ICID国际灌排技术研究（IPTRID）咨询组成员；中国水利学会农田水利专业委员会委员,中国农业工程学会农业水土工程专业委员会委员，武汉大学兼职教授，西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室学术委员会委员；国际刊物《Paddy and Water Environment》、《中国农村水利水电》、《水资源与水工程学报》编委。

主持或作为主要技术负责人完成国家和地方重大科研项目50余项，其中有国家自然科学基金项目3项、国际合作项目5项、博士点基金项目l项、国家“九五”重点攻关项目l项、国家“948”项目l项、国家“863”计划项目l项。8项成果获国家、省（部）级科技进步奖励，其中“水稻水分生产函数及水稻非充分灌溉原理”获1996年度国家科技进步二等奖；“水利水电类专业设置及人才培养方案的研究与实践”获2001年度国家教学成果二等奖。

在国内外公开发表学术论文100余篇，其中，1篇发表于《中国工程科学》，7篇发表于《水利学报》、4篇发表于《水科学进展》、20余篇发表于境外刊物。主编《节水灌溉理论与技术》学术著作1本。培养博士生12名、硕士生12名。

先后10余次应邀赴美国、英国、加拿大、葡萄牙、瑞士、法国、荷兰、南非、日本、韩国、菲律宾、斯里兰卡等国讲学、主持国际会议、进行合作研究、