淺析江蘇省大型灌區續建配套與節水改造的經驗與啟示

孫 浩 姜健俊 蔣 雷

一、江蘇省灌區概況

新中國成立以來，江蘇省采用“蓄、引、提、調”并舉的方法，開渠挖河、修塘建庫，充分攔蓄本地徑流，大力發展水利灌溉事業。20世紀50年代，建成了洪澤湖、駱馬湖等綜合利用湖泊水庫，開挖了蘇北灌溉總渠，灌溉條件初步改善。60年代，建成了江都抽水站并在京杭運河沿線興建多級翻水樞紐，形成了以江都站為龍頭，京杭運河為輸水線的江水北調工程體系。90年代，開鑿引江運河，實行跨流域調度水源，進一步改善了江蘇灌區灌溉水源條件。在灌溉水源建設的基礎上，興建了大批萬畝以上自流和提水灌區，設計灌溉面積3000余萬畝，糧食產量約占全省的36.6%；灌區水利建成了較為完善的灌排體系，已成為為區域經濟發展提供城鄉人民生活、工副業生產用水以及環境用水的重要基礎設施。

由于這些灌區大多建于20世紀五六十年代，渠系建筑物工程不配套，經長期運行使用，工程老化失修，不少建筑物已成為“卡脖子”工程，運行效率低、灌溉水利用系數低。灌區內現狀水利設施不適應農業生產和農村經濟發展的狀況越來越突出，直接影響灌溉效益的發揮，嚴重制約了當地農業以及社會經濟的發展。

二、大型灌區續建配套與節水改造情況

1998年以來，國家把大型灌區節水改造工作上升為解決“三農”問題的大事來抓，在政策、資金上實行傾斜和引導，重點解決水資源短缺矛盾，提高灌區用水效率和糧食生產能力。截至2010年底，江蘇省共安排了淮安洪金、宿遷皂河和高郵灌區等29個大型灌區節水改造項目，累計投資近26億元，主要建設內容包括骨干渠道襯砌、河道疏浚、渠系建筑物配套、灌溉泵站、排澇閘（涵）以及灌區信息化建設等。

大型灌區節水改造項目鞏固了水利基礎設施，提高了農業抗災能力；大幅提升了灌區用水效率和服務水平，不僅節約水資源還降低運行成本；糧食增產增收效益明顯，農村生態環境得到改善。灌區改造項目綜合效益顯著，為保障農業增產、農民增收和農村經濟的可持續發展奠定了堅實的基礎。據統計，江蘇大型灌區節水改造項目完成后共新增灌溉面積120多萬畝，改善灌溉面積800多萬畝，新增糧食生產能力超過4億kg，灌溉水利用系數從改造前的0.45提高至改造后的0.55，年節約水資源13億m3。

三、經驗與啟示

1.創新規劃設計方法，著力做好前期工作

規劃設計等前期工作是完成灌區續建配套與節水改造工程的重要基礎，而高質量的前期工作必須依靠不斷地創新設計方法來實現。從20世紀90年代初，江蘇省水利廳就提前謀劃，立項開展了該方面的研究，主要包括灌區渠系優化設計方法、灌區續建配套優化規劃方法、計算機輔助設計系統以及灌區量水等配套建筑物的創新設計等。

（1）規劃設計理論的創新與推廣

采用現代數學規劃理論、大系統試驗選優方法開展渠段、渠道、渠系優化設計方法和灌區優化規劃理論研究，提出了渠段、渠道、渠系優化設計方法和灌區續建配套優化規劃理論，應用于江蘇省灌區續建配套規劃設計的全過程。

（2）計算機輔助設計系統的開發與應用

以VB計算機語言為開發平臺結合地理信息系統（GIS）開發了大型灌區規劃計算機輔助設計系統。該系統涵蓋灌區規劃設計全過程，從水文水力計算（包括灌溉設計保證率的確定、作物需水量、灌溉制度、設計灌水率推算、排澇設計標準和排澇模數計算）、灌排渠系規劃定線與建筑物規劃布置、灌排渠系工作制度與流量確定、水力計算、投資估算、經濟效益評價等。開發的灌區續建配套與節水改造計算機輔助設計系統在江蘇洪金、渠南、船行等10多個灌區規劃中應用。

（3）量水建筑物的創新設計與推廣

開發了適用于干支斗農渠道的長喉道數字化量水計系列產品（電源包括即插式和太陽能等），由長喉道量水槽、水位傳感器和流量積算儀三部分組成，具有傳統長喉道量水槽的特點，可以將瞬時流量、水位、累積流量和水量數字化顯示，還具備計算機接口可將數據實時上傳網絡，能夠實現大型灌區灌溉用水的遠程自動控制等突出優點。由于其性能穩定、價格可比性好，被列為水利部重點科技推廣項目、江蘇省世行項目區指定推廣項目，已在江蘇、江西、甘肅等地灌區推廣。

2.秉承生態文明理念，建設節水生態灌區

江蘇省的大型灌區主要分布在蘇北京杭運河和灌溉總渠兩側，該區域為省內水資源最為緊缺的地區且降雨時間分布不均。針對灌區所在地區水資源緊缺的客觀條件，江蘇省充分尊重自然規律，樹立水土自然資源有限觀，清醒認識旱情，按照生態優先的原則發展生產力，將“親近自然河流”、“自然生態法”以及節水型生態灌區理念融入灌區續建配套與節水改造全過程，并主要開展了以下工作。

（1）渠道結構設計和襯砌方案注重生態效果

20世紀90年代以來，美國、日本、德國等發達國家出于保持河道自然環境、保護動植物資源和水質等目的，紛紛大規模拆除了以前人工在河床上鋪設的硬質材料，拆除襯砌的資金投入往往比鋪襯砌更為昂貴，這些經驗教訓值得我們借鑒。因此，江蘇省在灌區節水改造中轉變了以往單純以節水為目標大搞混凝土襯砌渠道的思路，從節水、投資、環境、生態等幾方面綜合考慮，在滿足節水和投資等控制性目標情況下，優先選取對環境破壞小和生態較優的方案。在渠道結構設計上采取護坡不護底，使灌溉水體與土壤的接觸，保持灌溉渠道底部生物的生長；邊坡護砌時只護砌至設計水位，設計水位以上采用植草等方式進行防護；采取緩坡作緩沖，岸墻留孔眼、分段設通道，順水定渠向、依渠造景觀等措施，使生物微生物上下活動能自由自在，生存繁衍不受影響。

（2）對已建混凝土襯砌渠道進行生態修復

許多地區的混凝土襯砌渠道運行后，渠道中的生物和微生物因為失去了賴以生存的環境而大幅減少，渠道水體的自凈能力也遭到了破壞；有些混凝土渠段甚至成了蛙、蛇等爬行類動物死亡之地。江蘇省針對混凝土襯砌渠道的生態問題在工程設計上積極采取補救措施，提出了混凝土襯砌渠道生態修復技術，重點對生物通道的規劃、設計以及施工方法進行研究，開發了新建混凝土襯砌渠道預留生物通道等技術，在江蘇宿遷皂河、來龍、高郵等灌區中進行了試點、推廣工作，取得了良好的生態效果。

（3）灌區河道、排水溝道的生態治理方法

修建生態河堤，恢復河岸水邊植物群落與河畔林，已成為國際上河堤建設發展的總趨勢。為此，江蘇省在灌區改造中嘗試對河道、排水溝道進行生態治理。主要經驗有：對河道斷面，在滿足安全行洪、排水的條件下，可宜寬則寬，宜彎則彎，避免長距離一條直線，避免河口同寬、河底同深。濱河地區亦可高低錯落、有起伏。對已經被渠化的河道應盡可能恢復彎道，恢復灘地，變均勻斷面為寬窄不一、深淺變化的適合多種動、植物生存的河道；對河道護坡，建設生態型護坡，即在滿足防洪標準要求的基礎上，重點構筑能透水透氣、生長植物的生態防護平臺；同時通過栽種花草和喬灌木等形成河岸的生態體系。

（4）灌區規劃中的水面率控制

水面具有提供調蓄水資源、降解污染物和吸納營養物質、保護生物多樣性、休閑旅游、調節氣候等功能。保持合理水面率可在自然力與人類活動雙重作用下，促進生態環境的協調發展。江蘇省開展了以增加水面率或增加圩區機排能力為手段、經濟最優目標的圩區水面率研究方法，在灌區改造規劃傳統數學模型中增加了生態水位的概念，由此確定圩區水面率，并在洪金、周橋等涉及圩區的大型灌區規劃中應用推廣。

3.推廣信息化和自動化，提高現代化管理水平

灌區信息化建設是大型灌區續建配套與節水改造的重要組成部分，江蘇省灌區改造中注重灌區現代化、信息化技術的應用研究與推廣，主要開展以下工作。

（1）開發灌區工程管理數據庫并進行規范化研究與推廣

開發了管理信息系統與地理信息系統并進行規范化研究與推廣。信息管理系統主要完成對灌區的基本情況、工程情況以及其他信息數據進行錄入、維護、統計、分析、查詢、生成報表、打印、數據備份等。地理信息系統能夠在矢量圖形上對整個灌區各類工程對象進行查詢并由工程名稱在地圖上定位。整個系統主要分成灌溉系統、排水系統、配套建筑物系統、道路交通、行政村等幾個層次。點擊某一工程項目時，除用高亮顯示該工程外，還可顯示其相應的圖形以及所有與之有關的工程項目。

（2）開發基于GIS的灌區管理決策支持系統并推廣

開發了灌溉優化配水決策支持系統，對灌區作物組成進行統計分析；根據作物布局、日降雨與蒸發監測統計表、確定灌區用水過程；當渠首配水量、水位限定時，確定各斗渠口配水計劃；并根據實時監控系統對灌區的各骨干工程的流量、水位、開閘次數、平均流量、工程總引水量進行分析統計等。針對江蘇洪金、周橋、高郵等沿運河、洪澤湖、灌溉總渠大型平原自流灌區的特點，開發了灌溉調度決策系統，以全灌區自流灌溉面積最大為目標函數，采用系統優化方法，確定不同水源水位條件下骨干渠道最優運行控制方案。

（3）開發大型灌區灌排工程自動化控制系統與應用推廣

開發大型灌區灌排工程自動化控制系統，對渠首（渠首閘、泵站）、主要配水工程等建立自動控制、監控、量測系統，并進行規范化研究與推廣。主要包括：實現灌區區內墑情、水情、雨情的數據自動采集和處理系統；渠首（渠首閘、泵站）、主要配水工程等建立自動化控制、監控、量測系統；報警及保護系統。該系統在洪金、周橋、高郵等沿運河、洪澤湖、灌溉總渠等20多個大型灌區續建配套與節水改造中推廣。

4.改革灌區管理體制，探索良性運行機制

開展“參與式灌溉管理”試點研究，推廣灌區管理所加農民用水協會管理模式，對SIDD（自主管理灌排區）試點調研分析，分析“參與式灌溉管理”、“農民用水者協會”在江蘇省的管理經驗與得失，總結提高并推廣。自1998年以來，江蘇省先后在皂河、淮連、高郵等大型灌區開展了用水戶參與灌溉管理改革的試點工作，通過邊試點、邊規范、邊推廣，農民用水戶協會從無到有，逐步發展。據不完全統計，目前全省已組建農民用水戶協會276個，管理灌溉面積400多萬畝。

灌區續建配套與節水改造節約了大量水資源，對當地工業與其他高用水行業的經濟快速發展貢獻巨大。江蘇省正在開展其他高用水行業對灌區節水改造的補償機制研究與試點推廣，將進一步推動灌區續建配套與節水改造項目的良性運行。

四、結語

大型灌區續建配套與節水改造項目的實施，鞏固和加強了大型灌區作為糧食作物和經濟作物主產區的地位，對促進江蘇農業經濟綜合發展，提高大型灌區經濟效益具有重要作用，取得了顯著的社會、經濟、生態效益。

大型灌區改造是一項系統性項目，展望下一步工作，需從規劃設計、項目管理、機制探索、新技術新材料運用等方面作出突破，秉承建設“節水型灌區、生態型灌區、現代化灌區”理念，積極探索灌區管理機制和運行機制，拓寬灌區投資渠道，使灌區改造從單一性灌區向綜合性灌區轉變，從工程建設型灌區向管理型、資源型灌區轉變，不斷使江蘇省大型灌區節水改造邁上新臺階