绪论
第一节 我国的农田水利事业
一、我国水资源概况
水是生命之源、生产之要和生态之基。兴水利、除水害，事关人类生存、经济发展以及社会进步，历来是治国安邦的大事。水资源是维系生态与环境可持续发展的控制性要素，实现水资源的可持续利用，保障社会经济的可持续发展，是世界各国共同面临的重要问题。
我国位于亚欧大陆东侧，濒临太平洋，国土面积960万km2，耕地面积为18.24亿亩。我国地域广阔、地形复杂、气候多样。人均占有水土资源量远远低于世界平均水平。我国是一个水资源短缺、水旱灾害频繁发生的国家。根据全国水资源评价报告：我国可通过水循环更新的地表水和地下水的多年平均年水资源总量为2.7万亿m3，居世界第6位。但按2002年人口统计，我国人均水资源占有量只有2200m3，仅为世界平均水平的1/4左右，大约是美国的1/5，加拿大的1/50，居世界第109位，被列为世界13个贫水国家之一。而且受季风气候和地形条件的影响，水资源时空分布极不均衡。全国大部分地区每年汛期连续2～4个月的降雨量占全年的60%～80%，往往造成汛期洪水成灾，其他月份往往形成干旱。
由于各地自然特点不同，发展农业的水利条件也有较大差异。中国南方水多，北方水少。秦岭山脉和淮河以南，通称南方，年降雨量一般为800～2000mm，无霜期一般为220～300d，作物以稻、麦为主，一年至少两熟。其中南岭山脉以南的华南地区，年降雨量为1400～2000mm，终年很少见霜，一年可三熟。南方雨量虽较丰沛，但由于降雨的时程分配与作物需水要求不够适应，经常出现不同程度的春旱或秋旱，故仍需灌溉。长江中下游平原低洼地区，太湖流域河网地区以及珠江三角洲等地，汛期外河水位经常高于地面，内水不能自流外排，洪水和渍涝威胁比较严重。淮河以北，通称北方，年降雨量一般少于800mm，属于干旱或半干旱地区。其中，属于干旱地区的有新疆、甘肃、宁夏、陕西北部、内蒙古的北部和西部地区以及青藏和云贵高原的部分地区。干旱地区年降雨量少，仅为100～200mm，有的地方几乎终年无雨，而年均蒸发量为1500～2000mm，远远超过降雨量，因而造成严重的干旱和土壤盐碱化现象。干旱地区主要是农牧兼作区，种植的主要作物有棉花、小麦和杂粮等，灌溉在农业生产上占极重要的地位，牧草也需要进行灌溉。大部分地区没有灌溉就很难保证农、牧生产的进行。半干旱地区的主要作物有棉花、小麦、玉米和豆类，水稻也有一些。这些地区的降雨量虽然基本上可以满足作物的大部分需要，但由于年际变差大和年内分布不均，经常出现干旱年份和干旱季节。水源主要是河川径流和地下水。这一地区农业生产的突出问题是由于降雨量在时间上分布不均、水利资源与土地资源不相适应等原因而形成的旱涝灾害问题。以华北地区为例，常常春旱秋涝，涝中有旱，涝后又旱，其他地区也有类似的情况。此外，有些排水不良的半干旱地区、地下水位较高，地下水矿化度大，土壤盐碱化威胁较重。在东北平原还有部分沼泽地，在黄河中游的黄土高原，存在严重的水土流失现象。
目前在农田水利方面突出的问题是水土资源组合的不平衡性，例如：全国有45%的土地面积处于降水量少于400mm的干旱少水地带；全国河川径流量，直接注入海洋的外流河水系占95.8%，内陆河水系占4.2%，而内陆水系面积占全国总面积的36%；长江流域和长江以南水系的径流量占全国的82%，但耕地面积只占全国耕地面积的36%；黄、淮、海三大流域，年径流量占全国的6.6%，但耕地面积却占全国耕地面积的38.6%，水土资源分布相差悬殊。由于降水量在年内及年际间分配不均，以及水土资源组合不平衡等，造成我国水旱灾害出现频繁和农业生产不稳定。人多水少，水资源时空分布不均，水土资源与经济社会发展布局不相匹配，干旱缺水、洪涝灾害等是我国需要面对和解决的严重问题。但我国一些地区，一方面水资源贫乏，另一方面对现有水资源的利用率不高、保护不够、浪费严重的现象又普遍存在。水资源短缺是许多地区发展长期面对的问题，已成为影响国民经济发展的突出问题。
随着经济发展、人口增加、城市化发展，农田水利事业面临着严重的挑战：
（1）洪涝灾害依然是中华民族的心腹之患。我国有大约42%的人口、30%的耕地，数百座城市以及大量的重要基础设施和工矿企业都分布在主要江河的中下游地区，受到洪水威胁。
（2）干旱频繁，水资源短缺突出。我国北方还普遍存在不同程度的地下水超采问题。
（3）工业和城市用水增长较快，挤占灌溉用水趋势加剧。
（4）水土流失严重。导致土地退化、生态恶化；造成河道、湖泊泥沙淤积，加剧了江河下游地区的洪涝灾害，牧区草原沙化严重。
（5）水污染尚未得到有效控制，相当一部分水源污染，水质不达标，影响人民群众的生命健康。
近年来，我国频繁发生的严重水旱灾害，造成了重大的生命财产损失，暴露出农田水利等基础设施十分薄弱，必须大力加强水利建设。科学地制定合理的水资源开发利用规划，促进经济长期平稳较快发展和社会和谐稳定，夺取全面建设小康社会新胜利，必须下决心加快水利发展，切实增强水利支撑保障能力，实现水资源可持续利用。
二、我国的农田水利事业
农田水利是水利工程类别之一，农田水利是直接为农业生产服务的，是农田基本建设的重要组成部分。它的基本任务是研究农田水分状态及其变化规律，通过各种工程及管理措施来调节和改变农田水分状况及其地区的水利条件，合理利用水土资源，消除水旱灾害，为发展农业生产服务的科学。
特定的自然条件决定了防洪、灌溉和排水等水利工作在中国经济社会发展、生态和环境保护中有着十分重要的地位和作用。农业是国民经济的基础，水利是农业的命脉，农业是安天下、稳民心的战略产业。搞好农业是关系到我国经济建设高速发展的全局性问题。实践证明，只有农业得到了发展，国民经济的其他部门才具备最基本的发展条件。几千年来，中国的农业发展史，也就是发展农田水利、克服旱涝灾害的斗争史，中华民族灿烂悠久的文明史，就是一部除水害、兴水利的历史。正是由于我们的祖先与水旱等自然灾害的不懈斗争，才使中华民族获得了基本的生存条件，为古老的中华文明发展奠定了物质基础。
中国治水的历史源远流长，“治国必治水”，成为历代有识之士的共识。广为传颂的大禹治水的故事，反映古人靠自己的智慧、力量和不屈不挠的精神，与洪水进行顽强的抗争，并最终战胜了洪水。从大禹治水至今，我国农田水利事业的发展已有5000多年历史。早在夏商时期，黄河流域一带就有了一些比较原始的农田水利工程，并出现了拦截径流用于灌溉的“沟洫”。春秋战国时期已经有了规模较大的渠系工程，如公元前6世纪在今安徽寿县南面修建的我国最早的灌溉水库——芍陂（现名安丰塘）；公元前4世纪在今河北临漳开挖的引漳十二渠；公元前3世纪在四川兴建的我国古代最大的灌溉工程都江堰，使成都平原从此“水旱从人，不知饥馑”，成为“天府之国”，经过历代修缮，至今仍发挥着巨大效益，成为世界著名的文化遗产。其规划思想、工程设施及管理措施都很符合现代科学理论，是我国古代最成功的农田水利工程。就其历史之悠久、技术水平之高、社会影响之大，已作为民族的骄傲闻名于世。公元前246年修建的郑国渠，它西引泾水东注洛水，长达300余里，灌溉面积号称4万顷。于公元前214年凿成通航的灵渠，是世界上最古老的运河之一，有着“世界古代水利建筑明珠”的美誉。都江堰、郑国渠、灵渠称为我国“秦代三个伟大水利工程”，有“世界奇观”之称。此外，京杭大运河、海塘工程等大批水利工程，其他如遍布南方地区的塘坝工程，北方地区的水井、水车，西北地区的坎儿井、天车等，在历史上对于经济社会发展起到了至关重要的作用，有的至今仍在造福人民、发挥着效益。在过去都曾经为我国人民在与干旱作斗争中发挥了历史性的作用。
新中国建立60多年来，水利事业得到了国家高度重视，把水资源作为实现中国可持续发展的重要战略资源，采取一系列政策和措施来促进防洪和灌溉、排水事业的发展，进入了一个快速发展时期。新中国进行了三次大规模农田水利建设。第一次：1958年前后到20世纪60年代中期。以兴建水库拦蓄地表水源、提高河道防洪能力、发展灌溉农田为主，建成了一大批水利工程，为新中国水利的发展打下了基础。灌溉面积从1949年的2.4亿亩增加到1965年的4.8亿亩，翻了一番，粮食产量从1100亿kg增加到1900亿kg，上了一个大台阶。第二次：20世纪70 年代。北方地区打井开发利用地下水，发展井灌，南方地区依靠机电排灌技术，扩大灌溉面积，增加除涝面积。灌溉面积从1965年的4.8亿亩增加到1980年的7.3 亿亩，粮食产量从1965 年的1900 亿kg增加到1980年的3200亿kg，连续上了3个台阶，基本扭转了南粮北运的局面。第三次：20 世纪90年代。以大力推广节水灌溉为重点，对大型灌区进行以节水为中心的续建配套和改造，对中低产田进行农业综合开发改造，特点是从外延为主转向内涵为主，加强经营管理，提高用水效率。1999年与1990年比，净增灌溉面积8000 万亩，改善灌溉面积6.6 亿亩，新增和改善除涝面积1.5亿亩，粮食产量从4462亿kg增加到5000多亿kg。
截至2012年，我国已累计建成江河堤防近30万km，水库8.78万座、总库容7162亿m3，重点蓄滞洪区94处，初步形成了七大江河防洪工程体系。同时，对一大批病险水库进行了除险加固，防洪减灾能力明显提高；全国年供水能力超过7000亿m3，其中，全国城镇供水能力总计4.2亿m3/d，用水人口7.26亿人，管网长度125.76万km，年供水总量714亿m3；农田有效灌溉面积达9亿亩，居世界首位，其中667 hm2以上灌区达到5800处，有效灌溉面积2551万hm2（含有效灌溉面积2万hm2以上大型灌区280处，有效灌溉面积1377万hm2），节水灌溉面积已占有效灌溉面积的37.6%。机电排灌面积达到3733万hm2，其中提灌面积3320万hm2；建成配套机电井418万眼，井灌面积1640万hm2；易涝耕地及盐碱耕地进一步得到治理，全国原有的易涝耕地2447万hm2，已有2107万hm2得到不同程度的治理；农业灌溉水有效利用率提高到50%，在占耕地面积一半的有效灌溉面积上，生产了占全国75%的粮食和90%以上的经济作物。我国以占世界6%的淡水资源、9%的耕地，保障了约占全球1／5人口的吃饭问题，为世界粮食安全作出了突出贡献。
近10年，全国累计初步治理水土流失面积近110万km2，带动全国实施坡改梯面积近500万亩。全国有1.5亿群众从水土保持治理中直接受益，2000多万山丘区群众的生计问题得以解决；城市污水处理率达45%，预计到2015年将达到85%；水电装机容量已经增加到2.3亿kW。我国目前水情旱情监测预报能力已达到了较高水平，处于世界领先地位。目前全国有2万多处水文站点和8000多个报讯站点。同时微波、通信、光缆等通信手段也比以前发达了，开发了一系列先进的监测预报系统，开发的洪水预报模型、水库调度模型等各种模型也比较成熟和实用，精度较高。
多年来，我国的农田水利建设，创造和积累了丰富的建设经验。在农田水利科学技术研究与推广方面也取得了新的进展。
1.学科领域扩大，应用基础理论研究更加深入
（1）农田水利学科围绕着现代农业的发展，不断向节水、高效、环保的领域扩展，作物高效用水生理调控、作物水分信息采集与精量控用水、劣质水高效安全应用等技术成为新时期农田水利学科研究的热点。
（2）应用基础理论研究不仅由单纯的土壤水分调控研究转向“土壤—植物—大气”连续体水分运移规律的研究，而且把水分运移规律与养分、水热、化学物质的运移结合起来进行研究，为提高水分养分利用效率提供了理论基础。
（3）更加重视局部灌溉和不同农业耕作条件下的水分养分运移规律的研究。这些都为深入开展农业节水领域的研究由实验统计性质转变为具有较严谨理论体系和科学定量方法奠定了良好基础。
2.研究和开发出成批节水新材料、新设备
研制完成多种节水节能灌溉新设备，多种产品实现产业化。在节水新材料的研究上，提出了适合“U”形渠道衬砌构件适宜的混凝土配合比，选用焦油塑料胶泥条和遇水膨胀橡胶止水条作为预制衬砌渠道伸缩缝材料，较好地解决了渠道接缝渗漏问题。
3.农业节水新技术发展迅速
（1）节水灌溉技术取得新进展。
1）引黄高含沙水滴灌技术：研究提出工程技术措施与过滤系统相结合的过滤模式，结合抗堵塞性能强的平面迷宫式滴头和相应的大田粮食作物滴灌制度及运行管理技术，形成完整的引黄高含沙水滴灌技术体系。
2）膜下滴灌技术：滴灌与覆膜技术结合，将水、肥、农药等通过滴灌设施直接作用于作物根系，加上地膜覆盖，减少棵间蒸发，取得了显著的节水与经济效益。
3）地面灌溉新技术：开展了对激光控制土地精细平整技术的田间应用研究，提出了水平畦田灌溉系统的设计方法、灌水设计参数及相应的田间工程布局模式；对波涌流灌溉、覆膜灌溉技术进行了理论与技术要素的试验研究。另外，在控制性分根交替灌溉技术方面也取得了新进展。
4）田间灌溉自动化技术：研究开发出智能式全自动喷灌系统、电子自控配水系统一新型智能IC卡控制阀、无人值守的全自动化灌溉技术等。
（2）节水工程技术取得新进展。
1）大型灌区是我国粮食安全的重要保障。从1998年起国家发展和改革委员会、水利部重点组织实施了大型灌区的续建配套节水改造项目。项目区的渠道基本没有跑、冒、滴、漏现象，渠道输水能力、用水效率大幅度提高，保证了灌区用水，缓解了农业用水的紧张矛盾。
2）在对不同形式和使用要求的刚性护面渠道冻胀破坏机理研究的基础上，提出了渠道刚性衬砌防冻胀破坏的内力计算与结构设计方法，并筛选出新型抗冻胀、防渗输水技术和先进实用的施工技术，形成了渠道抗冻胀、防渗高效输水技术集成模式。
3）低压管道输水田间闸管系统改进了材料配方，实现原料国产化，研制与低压管道输水配套的波涌波灌溉设备，提出适于不同灌区的系列化产品。
4）井渠结合灌区采取干支渠防渗衬砌，斗农渠采用土渠输水加大汛期拦蓄降雨入渗量，结合相应的畦田规格获得较好的引洪补源效果。
（3）节水高效灌溉与非充分灌溉的水肥耦合技术研究取得新进展。
1）在节水高效灌溉制度方面：明确了冬小麦、夏玉米、棉花3种作物的节水高效灌溉决策模型，提出了节水高效的灌溉模式、经济灌溉模式与调亏灌溉指标，形成了调亏灌溉的成套技术（调亏时期、土壤含水量下限和调亏灌溉制度）。
2）在节水灌溉与农业综合技术方面：提出了不同节水灌溉条件下的水肥耦合及调配施肥技术，间套作格式、耕作措施的优化与改进技术，农田覆盖及配套灌水、施肥技术，间套种植下不同灌水方式结合应用技术等。
（4）节水管理技术与水资源的合理开发技术逐步提高。
1）井灌区从加强雨洪利用入手，制定地下水开发与保护策略，形成了井灌区地下水采补平衡的水资源高效利用综合技术。
2）水库灌区建立了流域水资源优化调度数学模型，对灌区水资源进行合理配置，优化调度，有效提高了供水保证率。
3）雨水汇集及坡地径流资源化综合小流域水资源综合调配，形成了雨水汇集、引导、储存、合理利用的坡地径流资源化综合技术措施。
4）在多灌溉水源地区，实现了向农田供水分散水源的集中控制、统一调度，实现有限水资源的高效利用，提高了灌溉保证率。
5）配水技术在墒情监测和灌溉实时预报模型手段上有了较大改进，将随机方法及神经网络法用于源泉出流及作物蒸发蒸腾模型，模型计算时间短，预测精度大大提高。
4.农田生态保护、区域中低产田治理和南方的涝渍治理技术继续得到提高
以西部内陆河流域区农田生态保护为主要目标开展的“叶尔羌河平原绿洲四水转化关系研究”和“塔里木河干流整治及生态环境保护研究”开创了在内陆干旱区从水资源转化角度出发、以土壤水为中心研究水资源合理利用的先例，把水资源开发利用与生态平衡和环境保护紧密结合，对于内陆干旱区与类似地区水资源转化和配置利用规划具有重要的指导意义。国家攻关项目“黄淮海平原持续高效农业综合技术研究”，针对该区域中低产田水资源不足、农田肥力差、品种和栽培技术落后、水的利用效率和水分生产率低的特点，采取农水紧密结合的综合技术，对中低产田进行治理，取得了显著的增产增收效益。国家攻关项目“农业涝渍灾害防御技术研究”，针对农田排水工程建设中的关键技术，对涝渍兼治连续控制的动态排水指标、组合排水工程形式及其设计计算方法进行了深入研究，在国内外率先提出了涝渍兼治的连续控制的综合治理思路，建立了作物产量与涝渍综合排水指标的关系模型，在有一定代表性的淮北平原地区应用后取得明显的经济效益。
5.农业节水专题研究为国家提供宏观决策依据
从2001年开始，由中央农村工作领导小组办公室、水利部牵头，国家发展计划委员会、农业综合开发办公室等单位参加，对《农业节水的战略地位》、《农业用水与农业节水现状》、《21世纪初农业节水的目标与任务》、《农业节水的对策措施》及《国外农业节水发展的现状与启示》等5个专题进行了深入研究，完成了《全国农业节水发展纲要》。同时，《全国节水灌溉发展规划》、《全国灌溉发展规划》、《全国灌溉用水定额》、《21世纪初中国农村水利发展战略》及《大型灌区节水改造策略》等方面的研究也取得阶段性成果。这些研究均着眼全局、着眼长远，不但为农业节水的健康发展奠定了基础，而且为国家发展农业节水提供了可靠的决策依据。
6.农业节水科技成果示范推广应用取得了显著效益
通过国家攻关项目、国家重大科技产业示范工程项目，在全国开展农业节水工程示范，先后在甘肃、内蒙古、新疆、河北、陕西、北京等地建立了国家农业节水科技产业示范工程示范区和农业节水高科技示范园区。1998年以来，全国建设了600个农业节水增产重点县和1000多个节水灌溉示范项目，建立了近300个旱作节水农业示范基地，对208个大型灌区进行了以节水为中心的续建配套和技术改造。重点推广了渠道防渗、低压管道输水、小畦灌、波涌流灌溉、大田喷灌、滴灌、微喷灌、棉花膜下滴灌及膜上灌等灌溉节水技术，秸秆覆盖、地膜覆盖、旱地龙抗旱剂、保水剂、蒸腾抑制剂、抗旱种衣剂及优良耐旱品种等农业节水技术，有条件的地方发展集雨节灌工程，在南方水稻区，大力推广水稻“薄、浅、湿、晒”等节水栽培技术，探索出多种适合不同类型区的农业节水发展模式和技术体系。
7.农田水利学科国际科技合作研究进一步加强
2001年，受欧盟科学技术委员会、澳大利亚国际农业研究中心、福特基金会等组织的资助，武汉大学、中国灌溉排水发展中心等单位分别与国际水管理研究院、国际水稻研究所和美国、法国、荷兰、印度等国的大学和科研机构合作开展了“黄河流域节水灌溉策略研究”、“中国节水灌溉技术及其影响研究”、“提高灌区水分生产率研究”、“劣质水利用研究”、“中国灌溉水费政策研究”等，取得了丰硕成果。
近年来，我国按照科学发展观的要求，积极有效地开展了工作，努力保障防洪安全、供水安全和生态安全，水利事业取得了跨越性进展，突出表现在：有效地减轻了洪涝干旱等灾害的损失、水利基础设施建设迈上新的台阶、节水型社会建设取得初步成效以及水土保持和生态保护得到加强等4个方面。到2015年，全面完成水库除险加固任务；全面解决2.98亿农村人口和11.4万所农村学校的饮水安全问题，水利工程新增年供水能力400亿m3，新增农田有效灌溉面积4000万亩；农田灌溉水有效利用系数提高到0.50以上，重要江河湖泊水功能区水质达标率提高到60%以上；新增水土流失综合治理面积25万km2；建立和完善国家水权制度，基本健全水利工程良性运行与管护机制，初步建成有利于水利科学发展的制度体系。“十二五”期间突出加强农田水利建设。加强大中型灌区续建配套节水改造、大型灌溉排水泵站更新改造和小型农田水利建设，增加农田有效灌溉面积，强化农业节水。