浅析江苏省大型灌区续建配套与节水改造的经验与启示

孙 浩 姜健俊 蒋 雷

一、江苏省灌区概况

新中国成立以来，江苏省采用“蓄、引、提、调”并举的方法，开渠挖河、修塘建库，充分拦蓄本地径流，大力发展水利灌溉事业。20世纪50年代，建成了洪泽湖、骆马湖等综合利用湖泊水库，开挖了苏北灌溉总渠，灌溉条件初步改善。60年代，建成了江都抽水站并在京杭运河沿线兴建多级翻水枢纽，形成了以江都站为龙头，京杭运河为输水线的江水北调工程体系。90年代，开凿引江运河，实行跨流域调度水源，进一步改善了江苏灌区灌溉水源条件。在灌溉水源建设的基础上，兴建了大批万亩以上自流和提水灌区，设计灌溉面积3000余万亩，粮食产量约占全省的36.6%；灌区水利建成了较为完善的灌排体系，已成为为区域经济发展提供城乡人民生活、工副业生产用水以及环境用水的重要基础设施。

由于这些灌区大多建于20世纪五六十年代，渠系建筑物工程不配套，经长期运行使用，工程老化失修，不少建筑物已成为“卡脖子”工程，运行效率低、灌溉水利用系数低。灌区内现状水利设施不适应农业生产和农村经济发展的状况越来越突出，直接影响灌溉效益的发挥，严重制约了当地农业以及社会经济的发展。

二、大型灌区续建配套与节水改造情况

1998年以来，国家把大型灌区节水改造工作上升为解决“三农”问题的大事来抓，在政策、资金上实行倾斜和引导，重点解决水资源短缺矛盾，提高灌区用水效率和粮食生产能力。截至2010年底，江苏省共安排了淮安洪金、宿迁皂河和高邮灌区等29个大型灌区节水改造项目，累计投资近26亿元，主要建设内容包括骨干渠道衬砌、河道疏浚、渠系建筑物配套、灌溉泵站、排涝闸（涵）以及灌区信息化建设等。

大型灌区节水改造项目巩固了水利基础设施，提高了农业抗灾能力；大幅提升了灌区用水效率和服务水平，不仅节约水资源还降低运行成本；粮食增产增收效益明显，农村生态环境得到改善。灌区改造项目综合效益显著，为保障农业增产、农民增收和农村经济的可持续发展奠定了坚实的基础。据统计，江苏大型灌区节水改造项目完成后共新增灌溉面积120多万亩，改善灌溉面积800多万亩，新增粮食生产能力超过4亿kg，灌溉水利用系数从改造前的0.45提高至改造后的0.55，年节约水资源13亿m3。

三、经验与启示

1.创新规划设计方法，着力做好前期工作

规划设计等前期工作是完成灌区续建配套与节水改造工程的重要基础，而高质量的前期工作必须依靠不断地创新设计方法来实现。从20世纪90年代初，江苏省水利厅就提前谋划，立项开展了该方面的研究，主要包括灌区渠系优化设计方法、灌区续建配套优化规划方法、计算机辅助设计系统以及灌区量水等配套建筑物的创新设计等。

（1）规划设计理论的创新与推广

采用现代数学规划理论、大系统试验选优方法开展渠段、渠道、渠系优化设计方法和灌区优化规划理论研究，提出了渠段、渠道、渠系优化设计方法和灌区续建配套优化规划理论，应用于江苏省灌区续建配套规划设计的全过程。

（2）计算机辅助设计系统的开发与应用

以VB计算机语言为开发平台结合地理信息系统（GIS）开发了大型灌区规划计算机辅助设计系统。该系统涵盖灌区规划设计全过程，从水文水力计算（包括灌溉设计保证率的确定、作物需水量、灌溉制度、设计灌水率推算、排涝设计标准和排涝模数计算）、灌排渠系规划定线与建筑物规划布置、灌排渠系工作制度与流量确定、水力计算、投资估算、经济效益评价等。开发的灌区续建配套与节水改造计算机辅助设计系统在江苏洪金、渠南、船行等10多个灌区规划中应用。

（3）量水建筑物的创新设计与推广

开发了适用于干支斗农渠道的长喉道数字化量水计系列产品（电源包括即插式和太阳能等），由长喉道量水槽、水位传感器和流量积算仪三部分组成，具有传统长喉道量水槽的特点，可以将瞬时流量、水位、累积流量和水量数字化显示，还具备计算机接口可将数据实时上传网络，能够实现大型灌区灌溉用水的远程自动控制等突出优点。由于其性能稳定、价格可比性好，被列为水利部重点科技推广项目、江苏省世行项目区指定推广项目，已在江苏、江西、甘肃等地灌区推广。

2.秉承生态文明理念，建设节水生态灌区

江苏省的大型灌区主要分布在苏北京杭运河和灌溉总渠两侧，该区域为省内水资源最为紧缺的地区且降雨时间分布不均。针对灌区所在地区水资源紧缺的客观条件，江苏省充分尊重自然规律，树立水土自然资源有限观，清醒认识旱情，按照生态优先的原则发展生产力，将“亲近自然河流”、“自然生态法”以及节水型生态灌区理念融入灌区续建配套与节水改造全过程，并主要开展了以下工作。

（1）渠道结构设计和衬砌方案注重生态效果

20世纪90年代以来，美国、日本、德国等发达国家出于保持河道自然环境、保护动植物资源和水质等目的，纷纷大规模拆除了以前人工在河床上铺设的硬质材料，拆除衬砌的资金投入往往比铺衬砌更为昂贵，这些经验教训值得我们借鉴。因此，江苏省在灌区节水改造中转变了以往单纯以节水为目标大搞混凝土衬砌渠道的思路，从节水、投资、环境、生态等几方面综合考虑，在满足节水和投资等控制性目标情况下，优先选取对环境破坏小和生态较优的方案。在渠道结构设计上采取护坡不护底，使灌溉水体与土壤的接触，保持灌溉渠道底部生物的生长；边坡护砌时只护砌至设计水位，设计水位以上采用植草等方式进行防护；采取缓坡作缓冲，岸墙留孔眼、分段设通道，顺水定渠向、依渠造景观等措施，使生物微生物上下活动能自由自在，生存繁衍不受影响。

（2）对已建混凝土衬砌渠道进行生态修复

许多地区的混凝土衬砌渠道运行后，渠道中的生物和微生物因为失去了赖以生存的环境而大幅减少，渠道水体的自净能力也遭到了破坏；有些混凝土渠段甚至成了蛙、蛇等爬行类动物死亡之地。江苏省针对混凝土衬砌渠道的生态问题在工程设计上积极采取补救措施，提出了混凝土衬砌渠道生态修复技术，重点对生物通道的规划、设计以及施工方法进行研究，开发了新建混凝土衬砌渠道预留生物通道等技术，在江苏宿迁皂河、来龙、高邮等灌区中进行了试点、推广工作，取得了良好的生态效果。

（3）灌区河道、排水沟道的生态治理方法

修建生态河堤，恢复河岸水边植物群落与河畔林，已成为国际上河堤建设发展的总趋势。为此，江苏省在灌区改造中尝试对河道、排水沟道进行生态治理。主要经验有：对河道断面，在满足安全行洪、排水的条件下，可宜宽则宽，宜弯则弯，避免长距离一条直线，避免河口同宽、河底同深。滨河地区亦可高低错落、有起伏。对已经被渠化的河道应尽可能恢复弯道，恢复滩地，变均匀断面为宽窄不一、深浅变化的适合多种动、植物生存的河道；对河道护坡，建设生态型护坡，即在满足防洪标准要求的基础上，重点构筑能透水透气、生长植物的生态防护平台；同时通过栽种花草和乔灌木等形成河岸的生态体系。

（4）灌区规划中的水面率控制

水面具有提供调蓄水资源、降解污染物和吸纳营养物质、保护生物多样性、休闲旅游、调节气候等功能。保持合理水面率可在自然力与人类活动双重作用下，促进生态环境的协调发展。江苏省开展了以增加水面率或增加圩区机排能力为手段、经济最优目标的圩区水面率研究方法，在灌区改造规划传统数学模型中增加了生态水位的概念，由此确定圩区水面率，并在洪金、周桥等涉及圩区的大型灌区规划中应用推广。

3.推广信息化和自动化，提高现代化管理水平

灌区信息化建设是大型灌区续建配套与节水改造的重要组成部分，江苏省灌区改造中注重灌区现代化、信息化技术的应用研究与推广，主要开展以下工作。

（1）开发灌区工程管理数据库并进行规范化研究与推广

开发了管理信息系统与地理信息系统并进行规范化研究与推广。信息管理系统主要完成对灌区的基本情况、工程情况以及其他信息数据进行录入、维护、统计、分析、查询、生成报表、打印、数据备份等。地理信息系统能够在矢量图形上对整个灌区各类工程对象进行查询并由工程名称在地图上定位。整个系统主要分成灌溉系统、排水系统、配套建筑物系统、道路交通、行政村等几个层次。点击某一工程项目时，除用高亮显示该工程外，还可显示其相应的图形以及所有与之有关的工程项目。

（2）开发基于GIS的灌区管理决策支持系统并推广

开发了灌溉优化配水决策支持系统，对灌区作物组成进行统计分析；根据作物布局、日降雨与蒸发监测统计表、确定灌区用水过程；当渠首配水量、水位限定时，确定各斗渠口配水计划；并根据实时监控系统对灌区的各骨干工程的流量、水位、开闸次数、平均流量、工程总引水量进行分析统计等。针对江苏洪金、周桥、高邮等沿运河、洪泽湖、灌溉总渠大型平原自流灌区的特点，开发了灌溉调度决策系统，以全灌区自流灌溉面积最大为目标函数，采用系统优化方法，确定不同水源水位条件下骨干渠道最优运行控制方案。

（3）开发大型灌区灌排工程自动化控制系统与应用推广

开发大型灌区灌排工程自动化控制系统，对渠首（渠首闸、泵站）、主要配水工程等建立自动控制、监控、量测系统，并进行规范化研究与推广。主要包括：实现灌区区内墒情、水情、雨情的数据自动采集和处理系统；渠首（渠首闸、泵站）、主要配水工程等建立自动化控制、监控、量测系统；报警及保护系统。该系统在洪金、周桥、高邮等沿运河、洪泽湖、灌溉总渠等20多个大型灌区续建配套与节水改造中推广。

4.改革灌区管理体制，探索良性运行机制

开展“参与式灌溉管理”试点研究，推广灌区管理所加农民用水协会管理模式，对SIDD（自主管理灌排区）试点调研分析，分析“参与式灌溉管理”、“农民用水者协会”在江苏省的管理经验与得失，总结提高并推广。自1998年以来，江苏省先后在皂河、淮连、高邮等大型灌区开展了用水户参与灌溉管理改革的试点工作，通过边试点、边规范、边推广，农民用水户协会从无到有，逐步发展。据不完全统计，目前全省已组建农民用水户协会276个，管理灌溉面积400多万亩。

灌区续建配套与节水改造节约了大量水资源，对当地工业与其他高用水行业的经济快速发展贡献巨大。江苏省正在开展其他高用水行业对灌区节水改造的补偿机制研究与试点推广，将进一步推动灌区续建配套与节水改造项目的良性运行。

四、结语

大型灌区续建配套与节水改造项目的实施，巩固和加强了大型灌区作为粮食作物和经济作物主产区的地位，对促进江苏农业经济综合发展，提高大型灌区经济效益具有重要作用，取得了显著的社会、经济、生态效益。

大型灌区改造是一项系统性项目，展望下一步工作，需从规划设计、项目管理、机制探索、新技术新材料运用等方面作出突破，秉承建设“节水型灌区、生态型灌区、现代化灌区”理念，积极探索灌区管理机制和运行机制，拓宽灌区投资渠道，使灌区改造从单一性灌区向综合性灌区转变，从工程建设型灌区向管理型、资源型灌区转变，不断使江苏省大型灌区节水改造迈上新台阶