東莞市生態型農業灌溉技術及節水補償實踐研究

王海麗，呂 順，李 鐵，詹小米，王小軍

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣州 510635；2.廣東省水動力學應用研究重點實驗室，廣州 510635；3.東莞市香蕉蔬菜研究所，廣東 東莞 523061)

東莞市位于廣東省珠江三角洲地區，地處沿海，常受臺風侵襲或影響，雨量豐沛但降雨集中，全市多年(1956-2000年)平均降水量1 693 mm，約85%的降雨集中于4-9月，并以暴雨洪水形式迅速流向大海，難以利用。改革開放以來，東莞市經濟社會迅速發展，城市化、工業化加速，用水量急劇增加。與此同時，也帶來了對水環境的破壞，近年來東莞市大部分河段均有惡化趨勢,東江三角洲網河水質普遍劣于Ⅲ類[1],同時水庫富營養化嚴重。此外，由于所處地理位置的特殊性，以及東江來水量的不均勻性，東莞市歷史上曾多次受到咸潮的危害。在2004年冬到2005年春咸潮的影響下，東莞市東城、第三、第二水廠等主力水廠均出現原水含氯度超標而被迫停止取水，造成部分樓房停水，并給工業生產造成重大損失[2]。近年來，由于人類活動的影響，主要是商業性的過量采沙，導致東江下游和三角洲河槽急劇下切，使河槽容積劇增，水面落差減少，潮汐上溯增強，咸潮界上移，東莞市供水受咸潮影響越來越大。東莞市現狀經濟社會條件下的供水安全已受到嚴重威脅。

東莞市農業主要以蔬菜、水果種植和水產養殖為主，其灌溉水源主要為水庫水和河水。2007年東莞市農田灌溉水有效利用系數為0.54，高于全國平均水平，低于國際先進水平(以色列0.70～0.80)。灌溉渠道的水利用系數不高，粗放型管理的現象仍然存在。根據當地水資源條件、經濟發展狀況、科學技術水平、水價等因素的綜合分析，東莞市水澆地和菜田的灌溉用水毛定額可由2012年的4 313、17 478 m3/hm2，降到2020年的3 343、13 388 m3/hm2，每年節水量可達0.67億m3，農業節水潛力大。但當前節水工作還沒有一套適應市場經濟的運行模式。水價偏低是主要原因，許多節水工程直接經濟效益有限，更多地體現在社會效益和生態效益、緩解水資源供需矛盾上，而政府又缺乏優惠發展政策。這些原因的存在，致使許多用水戶節水積極性不高，節水并沒有真正變成自發行動，節水工作處于被動狀態。綜上所述，東莞市屬于典型水質性缺水地區，水質污染嚴重，咸潮上溯加劇，已嚴重威脅飲水安全和工、農業用水安全。同時,農業節水潛力大,如果大力推行節水技術，建立生態型農業節水補償供用水管理機制，可有效緩解東莞市水資源供需矛盾，遏制水環境惡化趨勢的發展。

1 東莞市生態型農業節水灌溉技術

東莞市生態型農業節水灌溉技術即集雨灌溉及水循環利用技術。選擇東莞市萬江區香蕉蔬菜研究所作為高效農業節水示范基地，其建設重點為水資源循環利用及節水灌溉技術推廣。該所現有實驗田面積約11.33 hm2，為發展節水型農業，該研究所從2000年起興建了以區域為范圍的雨水集蓄和水循環利用工程，該工程主要由水源(集蓄雨水)、供水工程、輸配水管網和田間灌水4部分組成(平面布置示意圖見圖1)。具體技術包括：①雨水集蓄灌溉技術。利用原有魚塘面積，使集水面積達到11.33 hm2，修建低位集雨蓄水池一座(面積約1.67 hm2)，及高位凈化蓄水池2座(容積共約0.3萬m3，高度約比灌溉農田高0.5 m)。兩個蓄水池均配置水泵，凈化池配過濾設備。②水量自動監測技術。配置降雨量記錄點、自動水位控制器、自動量水控制儀等，進行智能化自動控制。③水資源循環利用技術。輸配水管道按固定式樹枝狀構建，管網采用Φ254 mm和Φ152 mm PVC塑料輸水管道，鋪設于路邊綠化帶下，將經過沉淀過濾的干凈水輸送到田間；修建硬底化排水溝,將田間多余的灌溉水回流至蓄水池塘，循環利用。④水肥一體化技術。將灌溉與施肥融為一體，根據作物不同生長期的需水、需肥規律和特點，進行不同生育期的需求設計，把水分、養分定時定量，按比例直接提供給作物，省水省肥，提高效率。⑤香蕉蔬菜噴、滴灌技術，進一步高效節約灌溉用水。

圖1 東莞市香蕉蔬菜研究所農業節水工程平面布置示意圖

工程利用集雨節水池塘蓄水，濾水池凈化沉淀，PVC塑料低壓管道輸水，并配置水肥一體化設備，采用噴灌、滴灌等節水灌溉方式，減少了水分的滲漏和蒸發，渠系水的利用系數可達0.90以上。與此同時，該系統工程還利用周圍的硬底化排水溝將田間多余的灌溉水回流到蓄水池塘，經過濾沉淀重新使用，避免了因灌溉排水帶來的農業面源污染。工程達到了雨水有效利用、節約用水、無污染灌溉的目的，大大提高了水資源的有效利用率，同時提高了農產品的產量、質量以及農田的生產效益，具有良好的社會效益和經濟效益。

2 生態型農業節水補償機制分析

2.1 生態型農業節水補償模式建立

雨水集蓄和水循環利用工程建成前，農田灌溉主要依靠河水，每年從河里取水約30萬m3。工程建成后，試驗基地生產用水循環利用率和污水處理回用率均為100%，除冬季需從東江支流取水3～4次補充水量約3萬m3外，基本能滿足試驗基地用水需要，每年從河道少取水約27萬m3，節水達90%。利用PVC低壓管道輸水能有效減少輸水過程水的損耗(比土渠減少50%以上)，并且省時、省力、省地、美觀、管理方便；與溝灌每年灌水量12萬m3相比，項目區滴灌每年可節約水量8萬m3；不同灌溉方式下菜心、絲瓜、冬瓜、香蕉等作物的產量對比結果表明，工程運行后作物一般可增產12.6%～18%、增加收益57.6%～72.9%[3],基地香蕉蔬菜總產量約250 t/a，年產值為60萬元左右，工程效益之大是顯而易見的。將每年節約下來的農業用水補給環境生態用水，并減少面源污染排放以節省污水處理費用,政府再以支持農業節水灌溉工程的形式反哺農業,形成生態型農業節水補償模式(見圖2)。實踐證明，該節水補償模式節水防污效果明顯，增產效益顯著。

圖2 東莞市香蕉蔬菜研究所農業節水補償存取水流程框架圖

2.2 生態型農業節水補償效益分析

將農業用水補給生態環境用水后，按照取水權有償轉讓原則，生態用水部門(政府)應對農業節水工程(集雨灌溉及水循環利用工程)進行補償。

2.2.1農業節水補償費計算

農業節水補償費主要包括工程建設費、運行維護費、更新改造費、風險補償費、經濟利益補償費、水質水量監測費等。

(1)工程建設費。工程建設直接投資為110萬元，其中雨水集蓄工程3.2萬元，水循環利用工程5.7萬元，低壓管道輸水工程13.2萬元，雨量站及水量統計系統48萬元，噴、滴灌工程39.9萬元。費用由財政支出。

(2)運行維護費。節水工程的運行維護費是指日常維護費用，參照《水利建設項目經濟評價規范》(SL72-2013)，取本工程總投資的4%計，為110×4%=4.4萬元/a。

(3)更新改造費。節水工程的更新改造費用是指節水工程的設計使用年限短于影響補償期限所增加的費用，根據水利工程折舊年限的規定，綜合取折舊年限為10 a。補償期限暫取為10 a。則更新改造費為0元。

(4)水質水量監測費。參考類似工程，根據本工程實際情況，按0.6%計算水質水量監測費，為110×0.6%=0.66萬元/a。

本節水工程較為簡單，不考慮風險補償費和經濟利益補償費。故算得農業節水補償費總費用為160.6萬元，則每年農業節水補償費用為160.6/10=16.06萬元/a。

2.2.2單位水量價格計算

采用公式(1)進行單位水量價格計算。

單位水量價格=每年農業節水補償費/年均節水量

(1)

工程每年節水補償費用16.06萬元，年均節水27萬m3，則單位水量價格為：16.06/27=0.595元/m3。

上述價格，即為節約每立方水量，需要的節水補償費, 即農業節水補償價格。

2.2.3節水效益分析

從生態環境用水和農業用水兩方面進行分析。一方面，生態環境用水，得到了未經農業面源污染的原灌溉用水，不需進行污水處理。東莞市目前污水處理費居民用水0.9元/m3，非居民用水價格1.17元/m3, 特種用水價格1.35元/m3。將農業節水補償費與污水處理費對比發現，節水補償水價0.595元/m3遠小于現狀污水處理水價0.9～1.35元/m3，說明該農業節水工程比水質污染后再進行污水處理要經濟,且有利于生態環境發展。另一方面,從農業用水角度分析。國內研究表明，農業水費占產值的比例以5%～15%較合理[4]。在本工程中，按香蕉水分生產率2.83 kg/m3(根據廣東高州灌溉試驗站數據)，單價3元/kg計算，不考慮復種指數，即使全部的農業節水補償費均由農民支付，其水費成本占產出的比例為7%，在合理范圍5%～15%內，農民可以承受,并可促進農民節水積極性。此外，灌溉用水基本可以靠雨水集蓄和自循環滿足，無需從已經污染的外江引水，也防止了污水灌溉問題。可見，無論從節水防污經濟效益，還是從農民可承受能力角度分析，該生態型農業節水補償模式都值得推行,具有良好的社會、環境和經濟效益。

3 結 語

東莞市屬于典型的水質性缺水地區，水質污染嚴重，咸潮上溯加劇，用水安全受到威脅。各行業用水在大力節水的前提下，更要注重防污技術采用，迫切需要建立生態型節水補償供用水管理機制。針對東莞降雨集中、水質性缺水嚴重的特點，香蕉蔬菜研究所建設雨水集蓄和水循環利用工程，利用集雨池塘蓄水、濾水池凈化沉淀、低壓管道輸水，采用水肥一體化和噴灌、滴灌技術進行田間灌溉，實現了對農田灌溉水的循環利用和節水，解決了降雨集中、灌溉水緊缺、污水灌溉、污染排放的難題。采取上述節水防污措施后，節約出水量供生態用水，并減少農業灌溉面源污染物排放，改善了生態環境。政府通過補貼雨水集蓄和水循環利用工程經費，形成農業節水補償生態公益用水，政府補償農業節水的生態型節水補償模式。在東莞這種水質性缺水嚴重和暴雨洪水高度集中的地區，該模式的效益不僅在于節省用水和用肥，更大的意義在于解決降雨集中、污水灌溉和農業面源污染物排放問題，從而實現清潔灌溉、減少環境污染。

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