井渠结合——北方灌区建设的基本方向

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三、井渠结合灌溉方式与气候类型的关系
气象工作者将一年内农田可能蒸散发量与降水量的比值，定义为干燥度(γ)。很据干燥度的大小将各地气候划分为四大类，γ<1.0为湿润地区，γ=1.0-1.49为半湿润地区，γ＝1.5-3.49为半干旱地区，γ3.5％为干旱地区。
农田可能蒸散发量指完全覆盖农田的绿色矮草，在土壤水分充分供应时，在当地气候条件下的植物蒸腾和棵间土壤蒸发的最大可 能水分总量。其数值可用彭曼公式计算。用彭曼公式计算的农田可能蒸散发量(E0)，与实际观测的各种旱作物(小麦、玉米、棉花等)的田间耗水量(需水量)(Ei)之比，称谓该种作物的作物系数(K＝Ei/E0)。主要旱作物的作物系数变化范围约为0.8-1.2，接近于1.0。因此可以认为，干燥度表征各地降水量满足种植旱作物时的盈缺程度。
　　我国的气候状况以淮河-秦岭为界，此线以南为南方，以北为北方。南方(青藏高原除外)属于亚热带、热带湿润气候。北方地区的气候多种多样，但多数地方降水量较少，水资源不足，成为社会经济发展的制约因素。
1.南方地区灌排方式
南方地区雨水多，以种植水稻为主，降雨间隔时间较长即会出现旱情，需要灌溉。丘陵山区修建塘坝，拦蓄当地径流灌溉。平原地区，汛期江湖水位高，需通过机械扬水，排除涝水；非汛期江湖水位降低，需从江湖提水灌溉；故多建机械排灌站解决排水和灌溉问题。平原区多利用洼地调节暴雨径流，减少排灌站装机数量；洼地蓄水可作为干旱时的灌溉水源。平原区土质粘重，渗透性差，很少采用井灌或竖井排水方式。
2.北方湿润地区一黑龙江省三江平原的灌排方式
黑龙江省的三江平原地区年平均降水量600mm，气温低，蒸发量小，地势低平，排水不畅，多沼泽湿地。种植旱作物，收成低而不稳。近年来打井种稻，推广旱育稀植技术，取得成功，并且有较大发展。今后进一步扩大水稻种植面积，单靠井灌可能遇到的问题有二：一是遇到特大干早年和连续干旱年，井水位下降比较深，井水供不应求。二是稻田面积大，插秧阶段用水多，井水难以保证。针对这两项问题，须研究是否必要引江河水灌溉。但必须说明，三江平原种稻应当以井灌为主，引江河水灌溉作为应急措施，不应当作为长年灌溉措施。因为该地区降水量超过农田最大可能蒸散发量，存在排水困难，灌溉引江河水越多，越增加排水的负担，处理不好会导致灾害。
　　3.半湿润地区的灌排方式
　　半湿润地区包括东北的松嫩平原、辽河中下游平原、华北的海河平原、黄淮平原，以及晋陕两省的汾渭盆地。该地区受东亚季风气候影响， 6—8月多暴雨，引发洪涝灾害；其他月份则干旱少雨，常发生旱灾。河流受中上游水土流失影响，水流含沙量高，河床淤垫。水位抬高，洪水常泛滥成灾。平原区受河流多次泛滥改道影响，地形岗洼交措，排水困难，致使土壤和地下水中盐分积累增多，产生盐碱化及大面积的地下咸水层。所以在这些地区洪涝、干旱、盐碱以及风沙等多种灾害并存，只不过因地貌部位不同，灾害程度有差异而已。这些地区灌溉排水工程建设，必须全面考虑这些因素，采取综合治理措施； 不应当旱了引水灌溉、涝了挖沟排水，头疼医头，脚疼医脚，那样必然顾此失彼，难以取得圆满结果。
半湿润地区各地的多年平均降水量与种植旱作物的需水量较接近，而且平原地区松散覆盖层深厚，具有打井开发地下水灌溉的有利条件。所以，这类平原应当以打井开采地下水作为基础措施，配合地表水排灌工程和农业技术，达到旱、涝、盐碱综合治理的目的。这里有几种情况应区别对待。
在松嫩平原与辽河中下游平原的河谷滩地、低阶地和易涝洼地，以及黄淮平原年均降水量大于750mm的地方，这些地方种植旱作物易受涝，可考虑采取井渠结合的灌溉排水方式，实行水稻与旱作物轮作的种植制度；稻田与旱作的比例，根据水源保证条件决定。
　　松嫩平原西部及西辽河平原，年均降水量不足400mm，种植旱作物水分有些欠缺；然而这些地方有自大兴安岭和内蒙古丘陵区发源的多条河流来水，在平原区形成多处泡沼湿地和盐碱地；这些泡沼湿地和盐碱地的存在，说明地下水的潜力。开发利用地下水灌溉，是解决干旱和改良沼泽湿地和盐碱地的根本措施；在此基础上如水源不足，再考虑修筑引用地表水灌溉工程和“北水南调”工程，应循序渐进。
位于海河平原中东部的河北省黑龙港地区，浅层地下水普遍有咸水层。咸水层的存在障碍地下水开发利用，又是产生盐碱化的根源，成为该地区工农业发展滞后的重要原因。从1970年代开始，该地区工农业大量开采深层地下淡水，局部地区开采悬浮于咸水层上的浅层淡水，暂时缓解了水源紧缺状况，然而当地年均降水量只有500mm左右，本不敷工农业发展的需要，开采深层淡水使深层水压力迅速下降，导致地面沉降，环境恶化；开采浅层淡水导浅层淡水储量减缩，矿化度升高；水资源危机已成定局。解决该地区的水源危机和消除旱、涝、盐碱灾害的综合治理措施，概括起来有几方面：
(1)采取农业综合节水措施。除采取减少农田蒸散发量的诸多措施外，还必须根据水源状况，采取非充分灌溉，减少复种指数以及降低耕地灌溉率等措施，以减少地下水开采量。
(2)利用当地河道汛期来水和经过净化处理的污水进行地下水田灌。
(3)引黄和引江从外流域调水补充当地水源之不足。
(4)抽咸换淡，改造利用一定深度范围的地下咸水，逐步减少深层淡水的开采量。
　　黄淮海平原的引黄灌区，灌溉面积3000多万亩，年引黄水量70—120亿m3，平均每亩毛灌溉定额达300m3以上。若采取井渠结合的灌溉方式，则每亩供水量50—100m3，即可满足正常灌溉的需要。这样作既可消除灌区渍涝盐碱灾害，也可减轻泥沙处理负担，节省下来的水量可调往缺水地区利用。为鼓励引黄灌区的节水行动，调入水量地区应当在经济上给引黄灌区适当补贴。
4.半干旱地区的灌排方式
半干旱地区包括内蒙古自治区中东部、河北省北部坝上地区和黄土高原大部分地方。这些地方年降水量200—400mm，不足种植一季旱作物的需水量，没有灌溉收成极不稳定；而义没有灌溉开垦土地从事农业生产，土地极易风蚀沙化。开发地下水灌溉地下水必需有来自河流和地下径流的补给条件，否则将引起地下水位持续下降，导致生态环境恶化。这类地区属草原气候，单靠当地降水，成片树木难以生长。在灌溉情况下营造农田防护林，须安排林业用水。这类地区受季风影响虽不及湿润、半湿润地区强烈，但雨季暴雨产生的水土流失和高含沙洪水危害极大；而干旱季节河川基流则很少。应当结合水土保持及小流域治理，拦蓄地表径流，发展小面积灌溉。在开阔谷地，发展引洪淤灌。补给地下水，使旱季开发地下水灌溉，水源得到保证。这是化害为利、一举多得的有效力办法。
5.干旱地区的灌排方式
干旱地区包括内蒙古西部、宁夏北部、甘肃河西走廊，以及新疆、青海等的内陆盆地；年降水量200mm以下，没有灌溉就没有农业。水源主要来自高山降雨和融雪。河水由山口进入盆地平原，一切社会经济活动和动植物生命活动，均依赖于河水的供给。故干旱地区水资源的开发利用，首先要考虑的是生态用水。水资源的分配要照顾原有的生态系统用水， 不致由于经济发展占用部分水资源，而使自然生态遭受重大损害。农田灌溉是耗水大户，目前的灌区工程设施不完善，管理粗放，水的浪费很多。把现有的自流灌区改造成井渠结合的工程形式，是灌区节水的基本途径。该地区实行井渠结合的灌排方式和东部平原区有所不同。第一，这里不受季风气候影响，没有雨多成涝之患；第二，由于降水少，不但耕地农作物要灌溉，而且非耕地上的自然植被也依赖灌溉的水分供给生长发育。有资料说明，非耕地区自然植被繁育水分不能少于300mm。灌区内非耕地水分供给，主要靠灌溉渠道和田决渗漏，地下水位抬高而向周围的扩散。然而地下水位埋深小于临界深度(沙壤土地临界埋深一般为2-2.5m)，则会引起土壤盐渍化。所以，干旱地区实施井灌井排，地下水埋深的控制指标有三：
(1)在植物生长季节，地下水埋深不小于1.0—1.5m；
(2)无植物覆盖的地块地下水埋深不小于临界深度；
(3）为保证非灌溉地区自然植物被繁育，地下水埋深不能大于5m。这几项指标应当在生产实践中验证。
总之，在北方各类气候区推广井渠结合的灌排方式，要达到节水、防灾和维护生态环境良性循环，须从控制地下水埋深入手，进行地表水资源的优化配置。这是一项全新的课题，须通过科研和总结保地生产实践经验，使各项措施达到完善。