灌区现代化及国外灌排技术发展

ET
降雨
灌溉
林地 草地 非耕地 可开垦荒地
水库
雨养农业 灌溉农业
地表水
水库
生活与工业用 水
湿地
深层渗漏
地下水
以区域水循环为基础提高农业用水 效率和效益
• 农业灌溉的工程节水措施的节水潜力是有限的， 但可以实现实时、适量供水，提高灌溉水保证 率，提高产量和产品品质，方便工程管理、节约 劳动力；节水灌溉技术—高效灌溉技术；
灌区现代化及国外灌排技术发展
高占义 中国水利水电科学研究院 总工 国际灌溉与排水委员会 主席
2014年6月9日
一、灌区现代化
现代化
现代化是一个相对的概念，是现在和将 来的状况相对于过去的状况，先进的理念和 技术及方法相对落后的和传统的理念及技术 和方法；现代化也是一个历史过程，包括从 传统经济向现代经济、传统社会向现代社 会、传统文明向现代文明的转变等。
泰国 6.4
墨西哥 6.3
土耳其 5.3
孟加拉 5.2
世界排水面积前十位国家 (百万公顷)
美国
47.5
中国
21.1
加拿大
9.5
巴基斯坦 7.5
印度 5.8
意大利 5.3
墨西哥 5.2
德国 4.9
俄罗斯 4.8
英国 4.7
十、生物能源对粮食安全的挑战
美国玉米用于生产乙醇情况
MMT 120 100
以色列规模化经营情况
九、灌溉与排水的协调发展
各类国家各类耕地所占比例（%）
国家类别
发达国家 发展中国家 最不发达国家
无灌排系统 67 69 87
%
有灌溉设施 11 23 12
有排水设施 22 8 2
世界灌溉面积前十位国家 (百万公顷)
中国
65
印度
62
美国
24.7
巴基斯坦
19.4
伊朗
9
印度尼西亚 6.7
现代化进程
第一次现代化，指 从农业时代向工业时 代、农业经济向工业 经济、农业社会向工 业社会、农业文明向 工业文明的转变。
现 代 化进程
第二次现代化，指从工业时代向知识时代、工 业经济向知识经济、工业社会向知识社会、工业文 明向知识文明的转变。它是一种新现代化，70年代 以来学者们关于新经济（知识经济、信息经济、网 络经济、数字化经济等）、新社会（知识社会、信 息社会、网络社会、学习社会等）和新文明（知识 文明、非物质文明等）
总灌溉面 总灌溉用水 地下水灌 地下水用 地下水占 亩均用水
积
量
溉面积
水量 总灌溉用
量
（万ha） (亿m3)
(万ha) (亿m3) 水量的% (m3/亩)
217
84.1
190
68.5
81.4
264
2008年德克萨斯州不同灌溉方式的 灌溉面积所占比例情况
解决缺水的途径
图1 德克萨斯州位置图
德克萨斯州地下水水位变化趋势
德克萨斯州2010年用水情况
德克萨斯州全州2010-2060年用水需求
12.0
需水
量 10.0
（百 万英
亩 尺 ） 8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
2000
2010 2020
灌溉用水
2030 2040
生活用水
2050 2060
工业用水
2008年灌溉面积及用水情况
雨养耕地和有灌排设施耕地生产粮食产量比例
Water Management Rainfed
45% 55%
全世界农业供水量情况
1000 km3
Agricultural water withdrawal
3500 3000 2500 2000 1500 1000
500 0 1880
1900 1920
Shiklom anov
灌区工程系统
灌区现代化改造内容
• 工程设施：完善、配套、升级 • 管理体制：民主、法治、高效 • 管理队伍：知识化、专业化 • 技术应用：信息化、自动化、智能化、网络化 • 理念更新：多样化、人文、保护生态环境： • 用户权益：参与性、独立性、平等性
二、为什么要开展灌区现代化
2010年至2050年世界人口数量
四、现代灌溉技术
激光控制平地
提高灌水均匀度不但可以节水 还可以提高品质和产值
田间灌溉方法的转变
沟灌
地面滴灌
滴灌技术的进步
41
2020/3/13
地下滴灌技术
我国的小畦田和膜下滴灌技术世界领先
Small basin
五、灌区管理现代化
实时的水管理决策支持系统
Observed Data
80 60 40 20
Ethanol corn use
Ethanol share of corn use
Percent 35 30 25 20 15 10 5
0
1980/81
1985/86
1990/91
1995/96
2000/01
2005/06
0
2010/11F
Note: 2006/07 through 2010/11 are projected based on the February 9, 2007, World Agricultural Supply and Demand Estimates, the March 2, 2007, Grains and Oilseeds Outlook 2007, and the February 2007 USDA Agricultural Projections to 2016.
1940 1960 1980 2000 2020
FAO
Comprehensive Assessment
2040 2060
OECD
灌区存在的问题
主要灌溉国家喷微灌占总灌溉面积比例
%
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
灌溉水利用率（％） 喷微灌占比例（%）
中国 印度 美国 伊朗 墨西哥 俄罗斯 土耳其 埃及 西班牙 意大利 日本 澳大利亚 法国 南非 加拿大 德国 以色列 英国
Irrigation
ET_SEBAL
Precipitation
DF Irrigation ET_SEBAL Precipitation
• ETc = kc x ET0 • Project
Irrigation efficiency of 67%
• Large diversion at start of irrigation season
发达国家情况
▪农业产值占GDP的比例很低 ▪农业人口占总人口的比例很小、且还在减少 (2-3%) ▪农业生产率是发展中国家和最不发达国家的 500倍以上。
美国农业规模化经营情况
• 在农场工作的劳动力小 于美国总劳动力的2%；
• 涉农劳动力占美国就业 量的17% ；
• 农业产值占国内生产总 值9万亿美元中的16%； 占美国出口总值的8% 。
从节水灌溉到农业高效用水
• 用现代化的灌溉方法每次灌水量少了，灌水次 数增加了，单位面积用水量也可能没减少；增 加了灌溉面积
• 提高单位水量的产出(Water Productivity WP) ，用同样的水量生产了更多的农产品 WP=产量（产值）/用水量
• 实时、适量灌水，单产增加了、品质改善了、 效益增加了、劳动强度减少了
四个现代化
四个现代化即「工业现代化、农业现代化、国 防现代化、科学技术现代化」，是我国1950年代至 1960年代提出的国家战略目标
农业现代化是中国现代化进程中的短板
在2013年12月召开的中央农村工作会议上再次 强调国家粮食安全战略，会议指出，要加快推进农 业现代化，以保障国家粮食安全和促进农民增收为 核心，立足我国基本国情农情，遵循现代化规律， 依靠科技支撑和创新驱动，提高土地产出率、资源 利用率、劳动生产率，努力走出一条生产技术先进 、经营规模适度、市场竞争力强、生态环境可持续 的中国特色新型农业现代化道路。
Radio
GSM
EC/pH Control
50
I-SCADA MANIFOLD RTU
六、遥感等新技术的应用
灌溉水利用率计算方法
η灌=η干×η支×η斗×η农×η毛×η田
利用ETc计算灌溉水利用率：ETc/灌溉水量（mm）
IrIrrirgiagtaitoinonororETE iTninmmm/md/adyay Depleted Fraction
99
1
88
0.9
77
0.8
66
0.7
55
0.6
44
0.5
0.4 33
0.3
22
0.2
11
0.1
40/10/2012 5/1/2012 6/1/2012 7/1/2012 8/1/2012 8/31/2012 10/1/2012 0 4/1/2012 5/1/2012 6/1/2012 7/1/2012 8/1/2012 8/31/2012 10/1/2012
粮食增加预期
▪ 在未来25至30年粮食需求将增加70-80%。
▪80 - 90% 将来自现有耕地
▪提高单产、增加复种指数 ▪发展灌溉排水面积 ▪对已有的灌溉系统进行现代化改造 ▪发展排水设施
▪10 - 20% 来自新开垦土地
国际市场上粮食价格变化情况
世 界 耕 地 资 源（15亿公顷）
耕地与灌排系统
玉米
甜菜
乙醇,美国 乙醇, 欧盟
临界原油价格 2004年原油价格 2006年4月原油价格
甘蔗
菜籽油
乙醇，巴西 生物柴油
欧盟
十一、案例：美国德克萨斯州解决 地下水超采的途径
问题
自1950年以来，由 于气候干旱和灌溉的快 速发展，地下水开采量 逐年增加，开采量超过 其自然补给量，使得德 州范围内地下水水位呈 现逐年下降的趋势，而 地下水开采面积逐年递 增。
三、渠道衬砌和管道化
我国的渠道衬砌技术世界先进
● 回补地下水
● 防洪的作用
REINFORCED CONCRETE PIPE
Solutions Bringing Water to Life
PRESSURECAST STEEL PIPE
CONCRETE CYLINDER PIPE
WELDED STEEL PIPE
Field Office
SERVERS
Data Processing Data Storage Modeling
Weather Forecast
Public and Cooperators
Instructions
Water Control Management Decisions
作物管理技术（Crop Management Technology – CMT）
生产乙醇需要的粮食
百万吨
160 140 120 100
80 60 40 20
0 2005
2007
2009
2011
2013
2015
中国 – 玉米 加拿大 – 小麦 加拿大 – 玉米 欧盟 – 小麦 欧盟 – 玉米 美国 – 玉米
生物燃料的经济可行性
美元 /每桶原油
100
80
60
40
20
0
小麦
乙醇, 欧盟
灌区现代化
灌区现代化是农业现代化的重要组成部 分和是实现农业现代化的基础。灌区的运行 管理由硬件和软件两个组成部分：
1. 灌区的硬件：工程设施、设备等； 2. 灌区的软件：管理机构、制度、人 员、理念及技术等。
通过灌区现代化实现的目标
• 安全性 • 可靠性 • 高效性 • 灵活性 • 公平性 • 持续性
▪ 全世界总的耕地面积 ▪ 无灌排设施耕地 ▪ 只有灌溉设施 ▪ 有灌溉与排水设施 ▪ 只有排水设施
4.0% 8.7%
Leabharlann Baidu
15.0 亿 公顷 11.0 亿 公顷
2.1 亿 公顷 0.6 亿 公顷 1.3 亿 公顷
14.0%
73.0%
No-system Irrigation Irrigation &Drainage Drainage
灌区供水的多功能化
七、在流域或区域水循环过程 中研究灌溉用水的转化与效率
以流域为单元的水管理
From Irrigation District Management Towards Basin Management?
“农业用水耗水是水循环过程的组成部分
ET ET ET ET ET ET
”ET
ET ET
• 灌区采取利用回归水的措施可以提高灌溉用水的 效率和效益，以较小的投入实现高效用水；
• 注重灌溉用水的多用途作用，用更全面的方法和 角度评价灌溉水的利用率和效益。
八、 规模化经营及技术支撑
关注集约化经营和小型农户 的发展问题
发展中国家
▪经济发展使这些国家的人口从农村向城市转移 ▪粮食需求和生产在增加 ▪农田面积增加，在发展机械化 ▪发展高价值的作物，以使农民在小规模的耕地 上生存 ▪兼顾耕作和打工
Billion .
7
6
5
4
城
3 2
市
1
0
1950
1970
1990
2010
2030
2050
Developed Emerging Least developed World
7
6
5
Billion .
农村
4 3
2
1
0
1950
1970
1990
2010
2030
2050
Developed Emerging Least developed World