1.1 水资源农业利用概况

世界干旱半干旱地区遍及50多个国家和地区，总面积约为陆地面积的1/3，在14亿公顷耕地中，主要依靠自然降水从事农业生产的旱地占80%。全球的农业灌溉面积由20世纪初的5×107公顷增加到目前2.5×108公顷，据估计到2010年全球灌溉面积将在现有的基础上增加19%，即耕地灌溉面积占总耕地的21.2%，而相应的灌溉水量将增加17%。1950~1985年，全球灌溉面积年均增长5%以上，占耕地17.8%的灌溉面积，生产了世界食物总量的1/3。但由于全球气候变暖和干旱日趋严重，水资源日趋紧张，发展新灌溉系统的成本不断上升，平均每公顷成本超过4500美元，甚至高达10500美元，灌溉农业的效益下降，制约了灌溉农业的发展。自1980年以来，世界灌溉面积增长速度明显下降，年增长率不到1%。国际食物政策研究所报告指出，从70年代后期开始全球新的水资源开发已经趋于缓慢，开发新的水资源的费用越来越昂贵，灌溉项目的投资正在减少，特别是亚洲。由于单一技术的应用和水资源有效利用率偏低，全球每年仅由于涝灾和盐碱化失去的土地面积达30~150万公顷。

由于自然地理气候和经济发展水平的不同，各国、各地区的农业用水状况也不相同。表3-1给出全球161个国家用水量与用水结构。不难看出，全球性水资源不但分布不均，而且利用结构也不相同。亚洲和非洲这两个贫水和人口密集地区农业用水占总用水的比例均高达85%左右，表明这两个地区水资源对于食物安全的保障形势依然严峻。从水资源开发利用程度看，非洲地区低于欧美既是由于经济条件限制，也由于水资源总量短缺和开发难度高。亚洲地区水资源开发利用程度为5大洲最高，达到10.7%，但仍低于我国的23%。发达国家和水资源富裕地区水资源开发利用程度均低于世界平均水平，而且农业用水占总用水的比例低于50%。

表3-2给出国际灌溉排水委员会（ICID）88个成员国农业灌溉的情况。88个成员国总人口占全球人口的80%左右，耕地面积占86.3%，灌溉面积占99%，耕地灌溉率平均为20.5%。表3-1和表3-2数据说明，在全球范围内，农业用水的主要来源仍是利用自然降水，在水资源富裕地区尤为显著。灌溉农业受资源紧缺、成本上升、农业效益下降等因素的影响，增长速率明显降低。亚洲地区由于人口密集，水资源的开发程度、耕地灌溉率和农业用水量远高于其他地区，这一方面说明亚洲地区灌溉农业发展迅速，但近年来亚洲地区灌溉投资下降和生态环境恶化的趋势也表明，亚洲地区以水资源开发为主的农业发展方式使水资源过度消耗，农业进一步发展面临的水资源压力将加大，节水高效应是亚洲地区农业发展的基本方向。

 表3-1  世界各地区用水量与用水结构

资料来源：《世界之水》（1998~1999淡水资源报告）

表3-2  各地区ICID成员国灌溉情况

资料来源：ICID

1.2 国外发展节水农业基本做法

1.2.1 农业水资源开源技术

1）地面集水技术

在半干旱和干旱农业区，因地制宜地修建各类集水设施，收集雨水和地面径流，以供直接利用或注入当地水库或地下含水层。以色列从北部戈兰高地到南部内盖夫沙漠，全国分布着百万个地方集水设施，每年收集约1～2亿立方米水。美国则制定雨水收集系统的标准或规划指南以及系统的优化设计。其雨水收集设施主要有钢制容器、外表涂有橡胶或包有塑料的纤维可折叠容器、纤维玻璃小槽、聚乙烯容器、红木容器等类型。集雨面用柔性膜、沥青或其他不透水材料进行处理。

2）跨流域调水

跨流域调水是解决水资源时空分布不均的一种有效途径。原苏联地区、美国、印度、加拿大、墨西哥、巴基斯坦等国都进行了大规模的调水，伊拉克、利比亚和土耳其等国也在积极实施本国的调水计划。但调水工程同时也会产生一些严重的负效应，如投资过大、移民安置、淹没耕地等引发的一系列社会和经济问题以及环境问题。

3）地下水库利用技术

全球地下淡水占全球淡水总储量的30.1%，因此世界各国均非常重视利用地下水发展灌溉。美国加州的不少灌区都修建了地下水回灌系统。通过地下水库来调蓄水量，以丰补歉，提高水资源的有效利用率。

4）劣质水利用技术

劣质水包括工业和生活污水、咸水。在淡水日益紧缺的形势下，不少国家把利用劣质水灌溉作为弥补淡水资源不足的一个重要途径。由于将污水灌溉看作是消除污染、解决农业淡水资源不足、促进农业增产的有力措施，进一步推动了污水灌溉的发展。

以色列处理后的污水利用率已达70%，居世界首位，其中1/3用于灌溉，约占总灌溉水量1/5。美国目前已建成3400余处污水再利用工程，全国50个州中有45个州采用了污水灌溉。20世纪80年代初，前苏联已有50%的污水，包括全部工业废水用于农田灌溉。印度自20世纪80年代开始，每年用于农田灌溉的污水都占城市污水总量的50%以上。沙特阿拉伯的大量灌溉用水，尤其是非粮食作物用水，均为处理过的废水。

以色列利用淡化咸水进行灌溉的面积达到45,000 公顷，西班牙、意大利分别为29,000公顷和15,000公顷。

1.2.2 输水节水技术

1）渠道防渗技术

渠道衬砌是减少输水损失、提高灌溉水利用率的主要措施。各国用于衬砌的材料包括刚性材料、土料和膜料三大类。目前刚性材料（尤其是砼衬砌）占主导地位，随着化学工业的发展和机械化施工技术的进步，以聚乙烯和聚氯乙烯薄膜为主的膜料衬砌的比重日益增大。膜料衬砌具有防渗效果好、耐久性强、造价低及便于施工等优点。在美国用做水工建筑材料的高分子聚合物种类日渐增多，应用范围也逐渐扩大。美国从开挖渠床、铺设塑料薄膜直到填土或浇筑砼保护层都由机械完成。前苏联的中亚地区和乌克兰地区也在中、小型渠道采用了整体浇筑砼和砼预制板衬砌下加铺0.2毫米厚防渗膜料的方法。印度旁遮普邦采用在预制硅砖下加铺廉价聚乙烯薄膜，渠道运行15年，状况良好，取得了显著的工程效益。

2）低压管道输水灌溉技术

低压管道输水不仅可以减少输配水损失，还具有节地、适应地形强、防冻胀等优点，且有利于管理，在国际上已成为田间输水技术的主要方向。美国1984年低压管道输水灌溉面积已占总灌溉面积的46.9%，加州圣华金河谷灌区支渠以下全部管道化，渠系水利用系数达到0.97。日本、以色列、前苏联、东欧各国以及加拿大、澳大利亚等国也发展很快。国外低压管道灌溉技术已趋成熟，包括地面和地埋两种类型。地面管材主要有柔性聚乙烯软管、薄壁镀锌管、铝合金管、尼龙涂橡胶管，地埋管材包括低压砼土管、涂塑薄壁钢管、轻型半硬质塑料管。今后的主要研究方向是开发性能更优、价格更低的新型管材和各种先进量水、放水设备，以及适宜多目标利用的系统型式或实现自动化管理。

1.2.3 田间灌溉节水技术

1）喷微灌技术

采用高效省水的灌溉技术是提高农业水利用率的一个重要途径，喷微灌技术是世界灌溉节水技术发展的主流。欧洲国家82%的灌溉面积利用先进的灌溉技术，仅有14%的灌溉面积利用地面重力灌溉。喷微灌技术在以色列、美国、前苏联和欧洲一些国家发展比较快，以色列、德国、奥地利三国的喷微灌溉面积占本国灌溉面积的100%。以色列水资源极度贫乏，十分重视选用最节水的灌溉技术，喷微灌中滴灌比例已达70%（表3-3）。

表3-3  各国采用先进灌溉技术情况