江蘇省大型灌區(qū)生態(tài)建設(shè)探索及實(shí)踐

蔣曉紅， 孫 晨， 吉鳳鳴

(揚(yáng)州大學(xué) 水利科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 揚(yáng)州 225009)

隨著城市的快速發(fā)展，人口、資源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等矛盾日益突出，大型灌區(qū)在保障全省農(nóng)業(yè)的發(fā)展、改善社會生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面有著重要作用。對于灌區(qū)的生態(tài)建設(shè)國內(nèi)外有很多的研究，王愛國等[1]認(rèn)為大型灌區(qū)對社會的生態(tài)文明建設(shè)起著重要作用，因此灌區(qū)的發(fā)展要與生態(tài)文明建設(shè)相協(xié)調(diào)、相統(tǒng)一；王超等[2]提出大型灌區(qū)生態(tài)節(jié)水建設(shè)思路、技術(shù)體系和構(gòu)建模式要符合節(jié)水、減污、綠色、生態(tài)、智能的科學(xué)發(fā)展理念；LIU Z,CHEN J等[3]提出灌區(qū)是世界水生態(tài)文明建設(shè)的重要載體,他們運(yùn)用綜合評價(jià)法分析了江蘇省淮安市某灌區(qū)，建立了灌區(qū)水生態(tài)評價(jià)體系，為以后的發(fā)展提供了理論和技術(shù)參考；ENRIQUE P等[4]發(fā)現(xiàn)社會對糧食需求急劇增長，提出灌區(qū)要進(jìn)行現(xiàn)代化改造，優(yōu)化灌溉結(jié)構(gòu)，提高灌溉水利用系數(shù)。

截至2010 年底，江蘇省共建設(shè)了淮安洪金、高郵灌區(qū)和周橋灌區(qū)等 29 個(gè)大型生態(tài)灌區(qū)，主要分布在長江、京杭運(yùn)河、蘇北灌溉總渠及淮沭河兩岸，自2000年國家啟動(dòng)了大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工作以來， 29個(gè)大型灌區(qū)全部列入國家計(jì)劃，累計(jì)投資近 26 億元，設(shè)計(jì)灌溉面積182.94萬hm2，規(guī)劃灌溉面積73.86萬hm2，節(jié)水灌溉工程面積24.55萬hm2，建設(shè)內(nèi)容主要包括骨干渠道襯砌、河道疏浚、渠系建筑物配套、灌區(qū)信息化建設(shè)及灌溉泵站[5-10]等。灌區(qū)在建設(shè)時(shí)，借鑒國外的“自然生態(tài)工法”“親近自然河流”以及節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的理念，在生態(tài)排水溝道建設(shè)、渠道襯砌方案選擇及渠道生態(tài)修復(fù)等方面，都取得了良好的效果。為便于全省大型灌區(qū)在下一階段得到科學(xué)的建設(shè)與發(fā)展，有必要對全省大型灌區(qū)生態(tài)工程建設(shè)管理情況進(jìn)行全面梳理，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，進(jìn)一步促進(jìn)生態(tài)灌區(qū)建設(shè)。

1 大型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)的作用

江蘇省積極開展節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)，對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、灌區(qū)生態(tài)環(huán)境、水資源可持續(xù)利用等產(chǎn)生了一些積極作用。

(1)對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的作用

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)主要承擔(dān)作物生產(chǎn)、水分調(diào)節(jié)、土壤保持、以及維持生物多樣性等多重生態(tài)服務(wù)功能。江蘇大型灌區(qū)大多種植水稻，水稻能夠調(diào)節(jié)氣候、蓄滯洪水和維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)平衡，

農(nóng)田中的溝渠既能灌溉排水，還能為水生動(dòng)植物提供遷移廊道，同時(shí)灌區(qū)在建設(shè)過程中注重灌排統(tǒng)籌兼顧，通過改進(jìn)灌溉和排水系統(tǒng)的配套建設(shè)來有效降低土壤含鹽量與pH值，灌區(qū)以其特殊的地理位置、優(yōu)越的水資源條件，在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和改善中發(fā)揮著重要作用。

(2)對水生態(tài)環(huán)境的作用

江蘇省在大型灌區(qū)生態(tài)建設(shè)時(shí)，將節(jié)水與灌區(qū)生態(tài)保護(hù)理念貫徹于灌區(qū)改造全過程，在溝渠工程建設(shè)中非常重視生態(tài)因素的考量，如船行灌區(qū)通過加強(qiáng)水系溝通，既保障了灌區(qū)生態(tài)用水，又保護(hù)了生物多樣性。構(gòu)建灌區(qū)生態(tài)排水系統(tǒng)，能有效攔截凈化農(nóng)田排水中的N、P污染物質(zhì)，提高水體的自凈能力，改善灌區(qū)及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)環(huán)境，同時(shí)隨著灌區(qū)水資源利用率的提高，能夠有效控制對地下水和周邊河流湖泊的開采，防止河流出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，從而間接地保護(hù)地面的植物，減少水土流失。

(3)對水資源可持續(xù)利用的作用

水資源是生態(tài)環(huán)境的控制性因素，對灌區(qū)水資源進(jìn)行優(yōu)化配置不僅直接關(guān)系到區(qū)域水資源和土地資源的高效利用，還可能影響到灌區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)等重大問題。江蘇省內(nèi)的大型灌區(qū)大多為平原自流、半自流灌區(qū)，通過引河、湖、庫水進(jìn)行灌溉，灌區(qū)通過渠系從水源取水既滿足灌溉需求，又保障了灌區(qū)的生態(tài)用水，也為省內(nèi)工業(yè)和其他高用水行業(yè)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展貢獻(xiàn)巨大。

(4)對林草及自然系統(tǒng)的作用

江蘇省以大型灌區(qū)節(jié)水改造為契機(jī)，在工程設(shè)計(jì)中側(cè)重生態(tài)性原則、節(jié)約型原則和因地制宜原則完善灌區(qū)防護(hù)林網(wǎng)，選擇管理粗放的樹種，有利于增加土壤蓄水能力、控制水土流失。如淮安市周橋灌區(qū)在建設(shè)中將以楊樹為主的堤防樹種換為以銀杏、香樟、欒樹為代表的“三化”樹種，以高桿與灌木相結(jié)合，常綠與落葉相結(jié)合的原則，建立林草植被生態(tài)系統(tǒng)，既能保持土壤、涵養(yǎng)水源,又能改善生態(tài)氣候。

(5)對經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展作用

糧食安全關(guān)系到國計(jì)民生，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年全省有效灌溉面積達(dá)413.2萬hm2，新增有效灌溉面積6.4萬hm2，新增節(jié)水灌溉面積17.7萬hm2，全年糧食總產(chǎn)量3 539.8萬t，比上年增產(chǎn)73.8萬t；灌區(qū)是糧食規(guī)?；a(chǎn)的重要基地，是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障，灌區(qū)工程早已成為直接關(guān)系到當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚踩?、生產(chǎn)發(fā)展、生存環(huán)境的民生水利工程。

2 江蘇省大型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)成效

(1)規(guī)劃引領(lǐng)，推進(jìn)節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)

江蘇一直重視以規(guī)劃指導(dǎo)、引領(lǐng)全省節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)，在進(jìn)行大型生態(tài)建設(shè)時(shí)，重視人水和諧，大力開展節(jié)水生態(tài)型灌區(qū)、現(xiàn)代灌區(qū)建設(shè)，將節(jié)水與灌區(qū)生態(tài)保護(hù)理念貫徹于灌區(qū)改造全過程，采用先進(jìn)的信息化、自動(dòng)化等現(xiàn)代技術(shù)，引入國外先進(jìn)理念，注重渠道襯砌方案選擇、混凝土襯砌渠道的生態(tài)修復(fù)、以及生態(tài)排水溝道的構(gòu)建與應(yīng)用；在周橋、洪金、高郵、船行等大型灌區(qū)開展了節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)，取得了良好效果。

(2)加強(qiáng)理論研究和技術(shù)引進(jìn)，強(qiáng)化科技支撐

從早期對“節(jié)水工程與環(huán)境”“節(jié)水工程與生態(tài)”等問題的思考到近年來明確提出全省灌溉工程發(fā)展模式，通過不斷加強(qiáng)灌區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，落實(shí)節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)理念，逐步規(guī)范工程建設(shè)管理，全省大型灌區(qū)建設(shè)管理水平得到顯著提高，灌區(qū)生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。近年來通過深入學(xué)習(xí)和吸納其他省市在生態(tài)灌區(qū)建設(shè)方面的先進(jìn)理念，充分借鑒其先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，因地制宜，推廣吸收，提高建設(shè)水平，同時(shí)引導(dǎo)和鼓勵(lì)有關(guān)部門、有關(guān)單位與高等院校等加強(qiáng)合作，通過《江蘇省農(nóng)業(yè)節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)研究與推廣》《江蘇省農(nóng)業(yè)節(jié)水問題研究》《灌區(qū)節(jié)水減排高效灌排技術(shù)及田間配套工程模式研究與示范》等一系列水利科技項(xiàng)目立項(xiàng)資助，加強(qiáng)相關(guān)理論研究，為節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)提供科技支撐。

(3)重視生態(tài)因素考量，加強(qiáng)水利工程建設(shè)

一方面，協(xié)調(diào)溝渠的生態(tài)性、功能性、經(jīng)濟(jì)性，建設(shè)生態(tài)溝渠，在保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)，解決現(xiàn)行項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)中較少考慮溝渠混凝土化造成的田間生物棲息環(huán)境退化等問題。由于混凝土材料能夠很好的保障渠道的輸水效率和結(jié)構(gòu)安全，不可能完全被其它材料所代替，所以各地在灌區(qū)建設(shè)中勇于探索，納入生態(tài)因子、結(jié)合生態(tài)化來改善工程結(jié)構(gòu)。如周橋灌區(qū)通過改良溝渠護(hù)砌形式，結(jié)合水生植物種植，采用現(xiàn)澆混凝土、實(shí)心預(yù)制塊、八字磚、生態(tài)袋等多種形式；船行灌區(qū)渠道護(hù)砌采用兩布一膜上覆素土或加混凝土聯(lián)鎖塊護(hù)底，渠道運(yùn)行水位線以上采用干磊塊加草皮護(hù)坡，沿渠道每隔200 m設(shè)1道50 m寬的生態(tài)逃生帶等方式；高郵灌區(qū)在渠道改造中，采取填方縮渠與局部襯砌的措施，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用護(hù)坡不護(hù)底、分段設(shè)通道、緩坡作緩沖、岸墻留孔洞等方式。

另一方面，根據(jù)平原河網(wǎng)地區(qū)地勢平坦、農(nóng)田溝渠眾多且較為統(tǒng)一的特點(diǎn)，通過建立灌區(qū)生態(tài)排水系統(tǒng)，能有效攔截農(nóng)田流失的N、P進(jìn)入水體，提高水體的自凈能力，改善生態(tài)環(huán)境。如周橋灌區(qū)，河網(wǎng)縱多、水系發(fā)達(dá)，農(nóng)田灌排系統(tǒng)是典型的農(nóng)業(yè)面源污染匯集系統(tǒng)，水體中富含大量的N、P等污染物，這些污染物最終會隨水系匯入白馬湖中，為此在灌區(qū)節(jié)水改造過程中，通過溝、渠、塘等生態(tài)修復(fù)與治理，利用植物在生理活動(dòng)過程與周邊環(huán)境的物質(zhì)交流來吸收降解水體污染物質(zhì)，使水體的自凈能力得以提升，減少入湖污染。

3 灌區(qū)突出的生態(tài)環(huán)境問題及原因

近年來，江蘇省大型灌區(qū)生態(tài)改造取得了良好的成果，但在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、生物多樣性及環(huán)境保護(hù)等方面仍存在一些不足，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)末級基礎(chǔ)設(shè)施相對薄弱，綜合保障能力亟待提高

江蘇省大型灌區(qū)的續(xù)建配套與節(jié)水改造建設(shè)至今已全部完成，目前骨干渠系及建筑物配套建設(shè)比較完善，干支渠輸水能力得到了較大提高，社會生態(tài)效益十分顯著，但灌區(qū)斗渠以下的小型農(nóng)田水利工程，仍存在工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不高、配套率低，投入不足，完好率低，存在滴漏現(xiàn)象，影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。灌區(qū)排灌條件還不完善，綜合保障能力亟待提高， 仍需加強(qiáng)灌排工程全面配套和改造，努力實(shí)現(xiàn) “高利用、少灌溉、低排放”的目標(biāo)，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，同時(shí)，加強(qiáng)灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉也是水源地保護(hù)、南水北調(diào)東線工程輸送優(yōu)質(zhì)水源，及時(shí)發(fā)揮工程效益的重要保障。

(2)早期建設(shè)的硬質(zhì)化混凝土渠道，影響灌區(qū)生物多樣性

輸配水方式的選擇是農(nóng)田水利工程建設(shè)的關(guān)鍵，傳統(tǒng)灌區(qū)在建設(shè)時(shí)往往以效益最大化為主導(dǎo)，近幾年，國內(nèi)外關(guān)于管道輸水的研究很多，但渠道仍然是最主要的輸配水方式[11]，江蘇省灌區(qū)溝渠的設(shè)計(jì)施工在早期建設(shè)時(shí)，往往以通行方便、結(jié)構(gòu)安全、節(jié)省工程費(fèi)用以及管理的便利為主要要求，過度重視灌排能力和輸配水效益，追逐工程利益最大化從而缺乏生態(tài)考慮，在建設(shè)時(shí)大量使用了硬質(zhì)化混凝土渠道，不利于田間生物的生存、繁衍，破壞了生物多樣性，也不利于土地的循環(huán)利用。

(3)水肥利用效率不高，農(nóng)業(yè)面源污染問題日益突出

據(jù)統(tǒng)計(jì)全省的化肥使用量約為世界平均水平的2.5倍，且水肥利用效率低，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)水生態(tài)環(huán)境，國外實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，在點(diǎn)污染源得到控制的前提下，農(nóng)業(yè)面污染源是影響水環(huán)境質(zhì)量的重要因素。近幾年，為了提高糧食的產(chǎn)量，大量的施用農(nóng)藥、化肥，加之灌溉方式不合理、降雨分布不均勻，導(dǎo)致農(nóng)田內(nèi)大量殘留的農(nóng)藥、化肥排放到水體，造成受納水體富營養(yǎng)化、水質(zhì)惡化、藻類大量繁殖，目前農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)成為影響江蘇省農(nóng)村生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要污染源之一。

(4)生態(tài)溝渠未建立長效管護(hù)機(jī)制

近年來，在灌區(qū)建設(shè)改造中，對灌區(qū)灌排溝渠生態(tài)化建設(shè)進(jìn)行了一些嘗試和探索，建成了一批生態(tài)溝渠。從工程建成到建后運(yùn)行，明顯可見農(nóng)田生態(tài)環(huán)境有了改善，景觀有了提升，但已建生態(tài)溝渠的護(hù)坡結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的穩(wěn)定性、耐久性、工程模式的推廣方面仍有待論證，且由于長效管護(hù)機(jī)制尚未建立，工程管護(hù)不到位，水生植物收割、底泥清淤不及時(shí)，容易導(dǎo)致溝類水質(zhì)易再次受到污染，工程的長久效益未能突顯。

4 灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展的對策措施

(1)持續(xù)加大灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造力度

對灌區(qū)骨干工程進(jìn)行升級改造，田間工程配套完善，進(jìn)一步提高灌溉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；在硬件設(shè)施較為完善的灌區(qū)，要加大信息化、自動(dòng)化的投入力度，要推進(jìn)用水管理能力建設(shè)，降低管理成本；同時(shí)要完善灌區(qū)計(jì)量設(shè)施建設(shè)，按照經(jīng)濟(jì)實(shí)用、滿足取用水管理和計(jì)量收費(fèi)需要的原則，實(shí)現(xiàn)按方收費(fèi)，促進(jìn)灌區(qū)節(jié)約用水。

(2)提高灌區(qū)灌溉配水的水平

大型灌區(qū)用水配水制約因素較多，不合理的配水既不能滿足農(nóng)作物用水需求，也會導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。因此，全省大型灌區(qū)在硬件設(shè)施逐步配套的基礎(chǔ)上，應(yīng)開展灌區(qū)灌溉配水方案的研究，優(yōu)化灌區(qū)渠系配水工作制度，擬定灌區(qū)配水方案，并基于氣候監(jiān)測系統(tǒng)對灌區(qū)灌溉制度進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)時(shí)對配水方案進(jìn)行調(diào)整，為灌區(qū)灌溉配水提供決策支持，同時(shí)可以通過媒體加大節(jié)水工作的宣傳力度，提高人們的節(jié)水意識，倡導(dǎo)節(jié)水、惜水風(fēng)氣，使節(jié)水工作落到實(shí)處。

(3)推進(jìn)渠道的現(xiàn)代化改造

應(yīng)先優(yōu)選渠道防滲護(hù)砌方案，渠道護(hù)砌需注重“生態(tài)化”，防止水土流失，如在黏壤土區(qū)可采用黏壤土壓實(shí)防滲，在砂土區(qū)可采用混凝土襯砌等處理方法；將傳統(tǒng)的排水溝渠革新為生態(tài)溝渠綜合處理系統(tǒng)，要構(gòu)建集“農(nóng)田退水收集-生態(tài)防控-生態(tài)治理”為一體的灌區(qū)生態(tài)排水系統(tǒng)，同時(shí)要結(jié)合各灌區(qū)實(shí)際，采取農(nóng)業(yè)田間節(jié)水技術(shù)、農(nóng)藝措施、優(yōu)化施肥施藥和管理等非工程措施與工程措施綜合集成應(yīng)用，發(fā)揮最大經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

(4)進(jìn)一步落實(shí)“人水和諧”治水理念

應(yīng)在規(guī)劃的引領(lǐng)下，遵循不同地區(qū)、不同類型灌區(qū)發(fā)展模式，堅(jiān)持以生態(tài)建設(shè)為核心，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)灌溉方式向高效節(jié)水灌溉方式的轉(zhuǎn)變，將生態(tài)與節(jié)水的理念深入到灌區(qū)現(xiàn)代化改造的各個(gè)環(huán)節(jié)中，以自動(dòng)化和信息化為手段，推動(dòng)灌區(qū)未來的科學(xué)建設(shè)與發(fā)展。