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1、农田农田水利水利工程工程学科现状、发展方向及创新前学科现状、发展方向及创新前沿研究沿研究 摘要摘要 新中国成立以来，我国农田水利事业获得了重大发展，成果卓著。上世纪 60 年代，我国农田水利的学科体系逐步形成， 它继承了与灌溉和排水相关领域的实践和研究成果， 吸收了前苏联水利土壤改良中紧密结合农业、 土壤方面的科学知识， 增加灌排工程规划和地区治理方面的理论和经验， 形成了具有我国特色的农田水利学科理论体系。 农业水利工程的基础理论和应用基础研究，对于我国的粮食安全、水资源高效利用、农业环境治理和水污染控制具有重要的理论支持作用。 “九五”期间，我国在农田水利工程领域实施了一系列重大研发项目，
2、主要包括国家重大科技专项、国家科技攻关项目、国家自然科学基金重大项目、国家重大科技产业工程项目等。 这些项目的开展或完成对提高我国农田水利学科的基础理论研究水平、 推广先进实用的技术起到了非常重要的推动与促进作用， 推动了农田水利工程领域的科技进步， 使其形成了鲜明的特色和一定的优势。 在节水灌溉理论及技术研究领域，我国较为系统地研究了土壤植物大气连续体水分、 养分迁移规律和调控理论以及作物非充分灌溉理论与模式， 对主要农作物的水分生产函数和非充分灌溉制度进行了大量的研究， 探索了大田作物调亏灌溉技术的节水增产机理， 系统地提出控制性作物根系分区交替灌溉节水新技术。同时，我国在大中型灌区节水改
3、造、节水灌溉与旱作节水示范、 农业节水前沿与关键技术研究、 农业节水关键设备与重大产品研发及产业化等方面也取得了较大进展， 推广了先进实用的技术， 开发出一系列农业节水新产品与新材料， 并实现了产业化生产。 批量生产了轻小型喷灌机组、 喷微灌设备、 波涌灌溉设备、各类输水专用管材和管件、 抗旱节水生化制剂等， 为农业节水技术的规模化应用提供了技术支撑。取得了水资源的合理开发利用技术、高效输配水技术、田间节水灌溉技术、灌溉用水管理技术、农田高效用水技术、保水保肥的农田耕作制度、节水抗旱作物栽培管理技术、作物抗旱特性改良与利用技术等一系列科技成果， 初步建立了农业节水技术集成体系， 并在农业生产中
4、加以组合应用，产生了明显的节水增产效益。 但我国在农业节水灌溉研究的深度、 广度以及系统性方面与国外还有较大的差别， 对地面灌溉的数学模型、入渗规律、糙率变化规律等问题还缺乏丰富的成果，对覆膜灌溉的研究也还不够系统，远没有达到实用程度。就节水灌溉技术水平而言，我国与国际领先水平在各个方面都存在很大的差距。特别是在技术与环境（包括经济、作物、生态）的协调理论与实践、设备工作机理与设计理论、设备材料与加工技术、材料回收与环境保护、技术集成与推广等方面。在精准灌溉和灌溉系统的自动控制方面，发达国家大多采用自动控制运行方式，特别是对大型渠道工程多采用中央自动监控（遥测、遥讯、遥调）方式，既满足了用户的
5、需求，又有效地减少了弃水，提高了灌溉系统的运行性能与效率，我国农业灌溉的自动控制方面与国际领先水平的差距较大。 因此，在2006年由国务院制订的国家中长期科学和技术发展规划纲要指出，“重点研究开发工业用水循环利用技术和节水型生产工艺； 开发灌溉节水、 旱作节水与生物节水综合配套技术”，对未来我国农业节水领域的研究指明了方向。 在农田排水方面，涝渍盐碱灾害的主要治理措施是根据农作物对农田水分状况的要求，修建排水系统，及时排除农田中多余的水分，排灌结合控制土壤水盐, 为农作物生长创造良好的环境。我国在农田排水沟（管）间距计算理论方面，提出了考虑在地下水蒸发影响下的非稳定渗流数值解的新方法， 排水理
6、论也从农田地下排水稳定流研究， 发展到非稳定流研究。农田排水也是大量污染物质进入水体的主要传输途径，已构成目前水质环境恶化的一大威胁， 越来越严重地影响着农业生产的持续而稳定的发展， 排水对水环境的影响也日益受到国内外的普遍关注。因此，研究发展适合我国国情的农田排水技术模式、涝渍盐碱综合防御和农业生态环境保护多目标控制的排水工程理论和技术体系， 减少涝渍盐碱灾害， 更为有效地改造中低产田，进一步提高农民收入，是促进农业可持续发展的重要内容之一。 在非常规水利用方面， 我国学者主要研究了微咸水灌溉条件下土壤水盐动态、 灌溉制度、灌溉技术（咸淡混灌、轮灌等） 、对作物产量影响等，在土壤水盐动态模拟
7、、咸淡混灌、轮灌技术等方面， 但还没有形成较完备的技术体系， 在其它方面与国际先进水平尚有一定差距。在再生水的农业利用方面，我国的研究起步较晚，目前的研究还仅限于污水灌溉对作物、土壤、地下水的影响，总体与国际先进水平相比差距较大。 面源污染物是世界范围内地表水与地下水污染的主要来源， 而农业是主要的面源污染来源。我国东部地区湖泊的污染负荷输入量中，农业面源污染负荷入湖量已超过50，农田过量施用化肥是造成面源污染的主要原因。在中国水体严重污染的流域，农田、农村畜禽养殖和城乡结合部的生活排污是造成水体氮磷富营养化的主要原因， 其贡献率超过来自工业和城市生活的点源污染。20世纪70年代以来，发达国家
8、的污染控制经验表明，随着对工业废水和城市生活污水等点源污染的有效控制， 面源污染， 尤其是由农业生产和生活活动引起的农业面源污染，已经成为水环境污染最重要的来源。随着“十二五”的到来，在加强对工业和生活污水治理的同时，必须加强对非点源污染的控制，特别是加强对农业面源污染的研究，否则水体污染不会得到根本性好转。 在我国，大型灌区面积占全国总耕地面积的 7.7%，其粮食产量为全国粮食总产量的24%，大型灌区在灌溉面积和粮食产出上都是是我国粮食最重要的组成部分。大中型灌区的开发和灌排设施建设及灌区管理成为农田水利工程的一个重点。上世纪 90 年代后期，国家开始对大中型灌区实施续建配套与节水改造， 随
9、着这一工作的逐步完成， 大中型灌区将形成完整的控制系统。我国在灌区的管理体制和管理手段上也逐步进行新的尝试，但总体来说，我国灌区的管理水平和信息化程度还很低， 我国大中型灌区一般采用分级管理， 在这种体制下，灌区难以掌握实际的灌溉面积和作物种植情况，因而也难以掌握真实的灌溉用水量。近几年来， 随着信息技术的发展， 各地结合灌区续建配套节水改造项目的实施不同程度开展了一些灌区信息化试点的规划设计工作，灌区信息化落后的局面有望改善。 在农村安全饮水方面，根据我国卫生部门的抽样调查和联合国有关机构的评估，2000年我国农村大约有 34的人口存在饮水不安全问题， 人数约为 3.2 亿人。 农村饮水安全
10、工程建设与技术进步成为国家“十一五”期间新农村建设重点内容，从 2000 年我国启动农村饮水解困项目以来， 实行国债资金及地方政府配套资金和群众自筹三方合力， 农村饮水解困和乡镇供水事业取得了较大的进展。2008 年，全球水伙伴中国委员会在京举办中国水与卫生高级圆桌会议，水利部部长陈雷表示“到 2015 年，中国将基本解决农村饮水安全问题” 。但是，由于自然条件和经济条件的限制，我国农村饮水安全问题仍然比较严重。水资源短缺、水污染严重和水性传染病、 水性地方病威胁已成为我国农村饮水安全的主要制约因素。 因此，必须从全局性考虑和研究我国农村饮水安问题， 总结经验， 调整思路， 制定规划， 分步实
11、施。 根据国家中长期科学和技术发展规划纲要指导精神与国家经济建设的需求，在本次水利学科前沿研究报告中农田水利工程部分重点突出了农田水利基础理论研究、 农业节水灌溉理论及技术研究、农田排水、非常规水资源化和高效安全利用技术、大中型灌区现代化管理、 农业水环境和农村供水等 7 个部分。 本次研究较全面系统地分析了本领域各研究方向国内外的研究现状和发展趋势，以及学科的未来发展方向和研究热点、难点，同时，对农田水利工程学科未来发展提出建议。 1 农田水利工程学科发展要求农田水利工程学科发展要求、研究任务、研究任务 农田水利工程学科是以水文学、土壤学、水力学、工程力学等学科为基础，研究与农业水利工程有关
12、的地表水、地下水、土壤水分的转化运移过程和溶质迁移转化规律，通过灌溉排水工程措施改善农田水分状况和调节区域水情分布，促进生态环境的良性循环。目前，农田水利学的研究内容主要有三方面， 一是研究与农业灌溉、 农田排水和农业水环境有关的水分、养分和盐分在土壤、作物、和相邻环境之间的转化、迁移机理及其时空变化规律，侧重于农田水分转化迁移过程和基本理论； 二是研究增产、 高效的灌溉排水规划设计理论和工程技术措施， 侧重于农田水利的工程措施和技术方法； 三是研究提高水分的农业高效利用和减少涝渍灾害影响的管理措施和调控对策， 侧重于农田水利的管理措施。 农田水利学科的基础理论和应用基础研究，对于我国的粮食安
13、全、水资源高效利用、农业环境治理和水污染控制具有重要的理论支持作用，是国家中长期科学和技术发展规划纲要对于本学科研究提出的重要研究方向和内容。 1.1 农田水利工程学科发展的国家需求农田水利工程学科发展的国家需求 农田水利工程学科的发展必需紧密结合国家中长期发展规划与国家经济建设的需求， 着重解决以下几个方面的问题： （1）缓解我国水资源紧缺和维护国家粮食安全 我国水资源时空分布不均， 与土地资源分布不相匹配， 耕地面积的一半以上处于水资源紧缺的干旱、 半干旱地区， 灌溉排水是主要的减灾增产手段。 从水资源利用的长远发展分析，尽管中国总供水量可能有所增加， 由于工业和生活用水量的快速增长， 农
14、业用水量将基本保持与现在规模相仿。在农业用水零增长的条件下，为维持我国的粮食安全，节水灌溉是农业水利面临的唯一选择，这就需要农田水利工程学科在理论和技术上给予支撑。 （2）协助解决“三农”问题和维护社会和谐发展 解决我国“三农”问题，农业水利建设是关键和基础，需要进一步发展和推广农业水利新技术，提高粮食产量，增加农民收入。我国有 3 亿农村人口需要解决饮水安全问题，农村饮水安全工程建设与实用技术研究是国家新农村建设重点内容， 需要农田水利工程学科提供新的理论和技术支持。 （3）保护农业水环境和促进水生态健康持续 农业生产中化肥和农药大量使用， 是造成面源污染和水体富营养化的重要原因。 水污染不
15、仅加剧了灌溉可用水资源的短缺，也直接影响到饮水安全、粮食质量和作物安全。制定区域环境治理措施、保护水生态健康持续，对农田水利工程学科发展提出技术支撑的要求。 （4）农村水利现代化建设 要实现农业水利工程和农业水资源的现代化管理， 需要引进现代化信息和管理手段， 建立切实可行、运转灵活的管理体制，实行农民可直接参与的运行模式和调控体系，从而对于农田水利工程学科发展提出科技支撑需求。 1.2 农田水利工程学科的发展目标、任务农田水利工程学科的发展目标、任务 （1）农田水利工程学科发展目标 农田水利工程学科的发展目标是：针对我国水资源紧缺、农业节水潜力巨大的现状，以保障国家水安全、食品安全为目标，建
16、立作物高效用水和优化配水的新理论和关键技术；针对我国洪涝灾害频繁、中低产田大面积分布的特点，通过合理的工程技术措施、现代信息化管理技术、 排水控盐理论和技术的研究， 建立符合我国特色的防洪除涝技术体系和土壤盐碱化防控治理体系；通过信息化建设，建立信息化管理体系，使农业水利设施布局更加合理，功能更加完善，运行更加高效，促进农业现代化目标的实现；针对我国水污染加剧、农业生态环境脆弱的现状，研究农业面源污染的形成、演化和控制理论，完善农业面源污染控制的技术体系，实现农业生态环境的可持续发展；针对我国农村安全饮水存在的严峻形势，研究新的供水管理模式，实行农村安全供水管网建设，解决农村人口的饮水问题。 （2）农田水利工程学科发展任务 未来几年， 我国农田水利工程学科的主要发展任务为： 建立系统的农业水资源可持续利用的理论体系， 促进水科学与生态科学的创新和发展； 构建具有中国特色的现代农业节水技术体系与高效用水模式， 开发适合不同区域特点的水资源可持续利用技术； 研究构建适合我国不同地区不同类型的灌区管理模式，实现灌区管理的良性发展；加强高新技术应用，研究数字灌区的关键技术
