灌区**节水、面源污染防控和生态化建设是解决我国水**与水污染问题的重要途径之一。《生态节水型灌区建设理论技术及应用》针对**重大需求的面源污染治理和农业节水的关键理论技术瓶颈问题，选择灌区综合功能耦合协同的科技研究为突破点，创建了生态节水型灌区建设理论体系，提出灌区节水与面源污染防控协同新方法，研发了灌区节水减污、面源污染源头防控与资源化、耦合于排灌沟渠河道的带状与面状湿地净污系统构建与生态化、灌区智能化网络监控与优化决策系统等核心技术，形成完整的技术系统。《生态节水型灌区建设理论技术及应用》系统地将节水、减排、净污和生境改善等理论方法和关键技术措施耦合于灌区沟渠工程建设之中，形成整体的工程体系和运行调控平台，为确保我国粮食**保障、水资源**利用、水环境持续改善、生态系统健康的综合目标实现提供重要技术支撑。

第1章 生态节水型灌区建设意义及内涵
灌区一般是指有可靠水源和引、输、配水渠道系统和相应排水沟道系统的灌排区域，是人类农业经济活动的产物，随社会经济的发展而发展。灌区是一个自然和人工复合的生态系统，它是依靠自然环境提供的光、热、土壤资源，加上人为选择的作物和作物种植比例等人工调控手段而组成的一个具有很强社会属性的开放式生态系统。灌区生态系统由过去的人为灌溉排水和作物种植收割控制，发展到现代的人类全面控制和智慧管理，由传统的农业生产为主，发展到现代的农林牧副渔和工业、居住、旅游等全面经营。灌区生态系统格局发生深刻变化，出现了许多人与自然不和谐的问题，特别是灌区面源及点源污染物产生和输出给区域污染控制与治理带来了严峻考验。如何建设和管理灌区是生态文明建设的重大需求。本章在综合分析我国灌区建设发展历史沿革和现实状况的基础上，提出并界定生态节水型灌区的定义、内涵、建设内容和总体目标，建立生态节水型灌区建设指标体系和评价方法，为生态节水型灌区建设理论技术系统和运行管理机制的形成提供支撑。
1.1 我国灌区建设状况及对农业发展的意义
自从人类进入文明社会就一直重视农业发展，努力建设能够抵御旱、涝、虫等自然灾害的灌溉排水农田，确保粮食增产和人们食品**。灌区的建设主要解决农业生产望天收的局面，借助人工建设的灌溉系统确保农作物种植和生长需水要求，依托人工建设的排水系统保障农作物不受淹、涝、渍的危害。生态节水型灌区建设是人类改造自然、创造条件、适应新时代来发展农业生产，保障食品供给而实施灌区建设的重要历史新阶段。为了精准理解生态节水型灌区建设内涵，科学实施建设内容，我们需要了解灌区产生和发展的历史沿革，掌握灌区建设与人类文明发展的紧密关系，认清新时代灌区建设的**任务。
本节首先回顾我国灌区发展历史，表明灌溉农业对我国社会文明进步的推动作用；再介绍现代灌区建设概况，阐述灌区建设对农业发展的支撑作用，提高人们对灌区建设重要性的认识。
1.1.1 我国灌区发展历程
1.我国古代灌区产生历史
我国幅员辽阔，有丰富的国土资源和历史悠久的农业文明。以灌溉文明为特点的农耕文明，是华夏文明起源、发展和延续的重要基础。我国灌溉农业起源很早，经历了漫长的发展历程。根据不同历史时期的社会经济发展状况和技术水平，大体上可以将我国古代灌溉农业发展��程划分为四个阶段[1]。
1)灌溉农业的起源与开创：夏商周时期
据考证，早在7000多年以前，我国就开始了种植稻谷等农作物的实践，造就了举世闻名的河姆渡文化。在江苏省苏州市草鞋山和湖南省澧县城头山遗址也发现了距今6000多年的古稻田遗址，当时的播种方式是撒播，有了初步的稻田结构形态，并有与古稻田配套的水坑、水渠、水沟、水井或水塘等原始灌溉系统。在淮河流域各地及山东、河南、陕西等地区，也发现了同时或稍晚一些时间的水稻遗存[2]。灌溉系统因农业生产的需要而产生，伴随着农业生产的发展而发展。
商代农业灌溉开始有了更为明确的文字记载，水稻在黄河南北两岸均有种植，郑州白家庄商代遗址、安阳殷墟中都有稻谷遗存发现[1]。考古还发现了距今3600年前殷商都城附近的由干渠、支渠和毛渠组成的农田灌溉系统，纵横交错的渠道将农田分割为若干长方形，在渠与渠、地与地之间有明显的水位落差，说明当时对小规模的田间灌溉系统的规划已经达到一定科学水准。
不过，夏商周时期灌溉农业仍处于起步阶段，灌溉工程规模较小，主要是自流式地引水到农田，灌溉小范围水稻田，全国绝大多数农作物生长需水还是依赖于自然降水，灌溉农田粮食产量和收获保障明显好于望天收的农田。
2)灌溉农业的发展：春秋战国时期
春秋战国时期，各诸侯国普遍比较重视兴修水利，发展灌溉，减轻水旱灾害，提高粮食供应保障能力。随着生产力的发展，这一时期开始能够在一些水源条件较好地区修建具有一定规模的引水渠系工程。历史记载的我国*早的渠系引水灌溉工程是在楚庄王时期(前613～前591年)，引期思之水(今史灌河)灌溉今安徽省金寨县至河南省固始县一带的土地。这个灌溉工程经过历代不断发展成为现在**的淠史杭灌区的组成部分。后来，秦国为发展成都平原的灌溉农业，派李冰主持修建了无坝引水工程都江堰。工程利用岷江出山口的一段自然弯道，巧妙地修建了“鱼嘴”、“飞沙堰”和“宝瓶口”等建筑物。这三者配合紧密，组成了一个有机结合的整体。都江堰经过历代不断地维修和扩建，历经2000多年至今一直发挥着稳定的灌溉和防洪效益，成都平原成为“水旱从人，不知饥馑”的好地方。
到了汉代，除引用泾水灌溉以外，还修建了引用渭水、洛水的灌区，灌溉面积从几万亩到几十万亩不等，灌溉工程建设已经得到了一定程度的重视，促进了我国农业文明的发展。
3)灌溉区域的巨大扩展：三国至唐宋时期
三国割据、混战时期，出于战争需要，都开展了屯田活动，由此带动了区域灌溉工程建设。特别是北方较为强大的曹魏政权，在淮河流域结合屯田大兴水利，修建了大量陂塘，以发展水稻生产为主，取得了良好的效果。
唐代水利工程共有236处，其中灌溉排水工程有165处。南宋时期(1127～1279年)随着首都迁移到杭州，南方水利建设得到了**发展。农田水利工程形式多样，数量极多，几乎每个县都有，多兴起于南宋时期，持续到明清以后，许多至今仍在使用[1]。
4)灌溉发展和边远地区灌溉的兴起：元明清时期
元明清三代经济**主要在长江中下游的南方，灌溉农田主要集中在南方。为改善国都的粮食，在距离首都较近的海河流域修建灌溉工程，但由于气候变化，水量不稳定，战乱影响等种种原因，维持的时间都不长。
随着时代的发展，经济文化向边远地区辐射，灌溉工程建设也逐步向边疆地区推进，元代内蒙古河套灌区的灌溉在前代基础上有了进一步发展。至此，灌溉工程建设已经成为我国农业文明的重要组成部分，促进了文明古国的强大和发展。
2.我国现代灌区发展历史
新中国成立以来，我国灌区建设取得了举世瞩目的成就，灌区农业在为我国农业发展和保障粮食**方面发挥了巨大作用。
1)现代灌区建设的历史沿革
直到新中国成立初期，我国灌区的大部分农田灌溉主要沿袭着旱田大水漫灌、水田串畦淹灌的灌水方法，当时的全国人口规模、水资源总量和灌溉工程建设水平，决定了这些灌溉模式还是适用的。但是，随着社会经济的发展，水资源总量的限制，特别是长期大水漫灌，抬高了地下水位，土壤发生次盐碱化，严重影响了作物产量的提高。为此，**开展了灌溉制度和与之相配套的田间工程研究，提出了节水灌溉的灌区建设新模式，提高灌溉水的有效利用率，灌区除不断增加科学管理、合理配水、大搞平田整地、划小畦块外，同时还不断开展渠道防渗工作，使灌溉水的有效利用率得到了提高，促进了灌区建设的快速发展。
我国节水灌溉工作大体可以分为三个阶段[2]：
**阶段即1950～1970年，基本上是充分灌溉的节水灌溉发展阶段，这一阶段主要是开发新水源，建设新灌区和改建扩大旧灌区，主要采取渠道防渗，健全渠系建筑物，划小畦块，平田整地，按农作物需水量进行灌水，以及灌区加强管理，合理配水等节水措施。
第二阶段大致为20世纪60年代末70年代初，我国北方有些地区水资源量已经明显减少，不能满足灌区工程控制面积按农作物需水进行灌溉，稻田面积急剧缩小，许多灌区因灌溉水量的严重不足，不得不将按农作物需水量的灌溉制度，改为按实有水资源量如何能够获得灌区内**产量的灌溉制度。
第三阶段是局部灌溉发展阶段，这个节水灌溉阶段是从1974年滴灌设备以后开始，基本上是和非充分灌溉同步发展，随着水资源量的不断减少，各地结合当地实际情况，推广了许多行之有效的局部灌溉措施，如东北的坐水种、西北的膜上灌等都对农业发展起到了很大作用。如今随着人口的增长、城市的扩大、工农业用水量的增加，局部灌溉的节水灌溉一定会快速发展。
2)灌区沟渠及护坡形式的演变过程
灌溉渠道是灌区工程的主要组成部分，是把灌溉水输送调配到田间的不可缺少的工程设施。排水沟道同样是灌区工程的重要组成部分，它是将田间退水和降雨排出，保障农作物免除涝渍的重要工程设施。灌区沟渠线长，占地多，工程量大，生态功能要求高，管理维护任务重，在灌区新建和续建配套技术改造中占有十分重要的地位。
我国灌区沟渠护坡的发展大约经历了三个阶段[2]：20世纪50～60年代，用干砌块石、木排、竹排护坡；70～80年代，用浆砌石、塑料薄膜加块石、混凝土护坡；90年代以后土工布、钢筋混凝土护坡。随着技术经济的发展，护坡材料越来越工业化，护坡的结构越来越复杂化。
1.1.2 我国灌区建设概况
灌区从规模上分为大型灌区、中型灌区和小型灌区；从灌区类型上分为提水灌区和自流灌区，抽取地下水灌溉的灌区为井灌区。我国大部分灌区是在新中国成立后建成的。20世纪50～60年代以建设新灌区、改建和扩建旧灌区为主，1965年灌溉面积达到3000万hm2，以此解决新中国成立初期人民群众的温饱问题。20世纪70年代着重农田水利配套工程建设，全国有效灌溉面积大幅增加，粮食产量显著提高[3]。
根据我国水利行业的标准规定，控制面积在20000 hm2(30万亩)以上的灌区为大型灌区，控制面积在667～20000 hm2(1万～30万亩)之间的灌区为中型灌区，控制面积在667 hm2(1万亩)以下的为小型灌区。目前，全国共有大型灌区456处，中型灌区7316处，小型灌区205.82万处。虽然人均耕地面积只占世界人均水平的30%，但耕地灌溉率是世界平均水平的3倍，人均灌溉面积与世界人均水平基本持平。灌区平均产量超过7500 kg/hm2，是全国粮食平均产量的1.8倍，是旱田的2～4倍。在占全国耕地面积1/8的大型灌区有效灌溉面积上，生产了全国1/4左右的粮食，创造了全国1/3以上的农业生产总值。灌区为我国经济发展、粮食**和食品保障提供了不可替代的作用。
党**、国务院历来十分重视对全国灌区的建设工作，决定从“十五”期间开始，分3期用15年左右的时间加快推进大中型灌区建设，完成灌区续建配套与节水改造任务，加强粮食生产核心区和后备产区的新灌区建设，提高灌溉水利用率与利用效率，节约农业用水，提高粮食和各类作物产量。
1.1.3 灌区建设对现代农业发展和社会文明进步的作用
我国国土面积大，地域跨越北部寒温带到南部热带，气候差异大，降水分布极不均匀，农业发展水平差别很大。因此，灌区建设类型、方式和技术水平也是多样化和多元化。未来面对日益加大的人口、资源和生态环境压力，灌区尤其是大型灌区对现代农业发展和社会文明进步的地位和作用更加明显。
灌区建设对我国社会经济发展具有十分重要的作用。
**，灌区是粮食**的基础保障。我国农田灌溉生产的粮食产量占全国粮食总产的75%，经济作物占90%，其中大型灌区以占全国11%的耕地面积，生产了占全国总产量22%的粮食，创造了全国农业总产值的1/3，保障了2.1亿灌区农民的生存发展和增收致富，提供了占全国总量1/7的城镇工业和生活用水，是我国商品粮的重要生产基地，在农业生产和农村经济发展中占有举足轻重的地位[4]。
第二，灌区是现代农业发展的主要基地。灌区配套的渠、沟、水、田、林、路等基础设施，为农业发展提供了良好的生产环境，是农业结构调整的**区域，优质**农业和出口创汇农业发展的优势区域。随着农业集约化、信息化、现代化的发展，灌区必将成为我国农业参与国际竞争的重要基地。
第三，灌区是区域经济发展的重要支撑。灌区的水源、输配水和调节系统，构成了区域水资源配置的基本格局，在担负着农田灌溉任务的同时，多数还兼有向城乡生活和工矿业企业供水的功能。据统计，全国大型灌区每年向工业及城市供水量占全国供水总量的15%，直接供水的省会城市

目录 序 前言 第1章 生态节水型灌区建设意义及内涵 1 1.1 我国灌区建设状况及对农业发展的意义 1 1.1.1 我国灌区发展历程 1 1.1.2 我国灌区建设概况 4 1.1.3 灌区建设对现代农业发展和社会文明进步的作用 4 1.2 灌区建设的发展形势及进展状况 5 1.2.1 当前灌区建设形势与局限性 5 1.2.2 灌区建设的发展要求 8 1.3 生态节水型灌区的建设内涵和主要目标 11 1.3.1 生态节水型灌区定义 11 1.3.2 生态节水型灌区建设原则 12 1.3.3 生态节水型灌区建设内涵 13 1.3.4 生态节水型灌区的主要建设内容 14 1.3.5 生态节水型灌区建设总目标 15 1.3.6 生态节水型灌区建设的突破思路与关键技术 15 1.4 生态节水型灌区建设效果评估 18 1.4.1 灌区生态建设指标体系研究实践 18 1.4.2 生态节水型灌区建设指标体系构建原则 25 1.4.3 生态节水型灌区建设指标体系的构成 26 1.4.4 生态节水型灌区建设综合评价方法 32 参考文献 42 第2章 灌区水资源配置和灌排控污模式 44 2.1 灌区水资源总量模型及配置方法 44 2.1.1 灌区水源水量和水质分析 44 2.1.2 灌区“大气水-地表水-地下水”耦合模型 45 2.1.3 灌区多水源配置方法 50 2.2 灌区灌排水系及水质模型 56 2.2.1 灌溉水系 56 2.2.2 排水水系 62 2.2.3 灌区水质模型 67 2.3 灌溉水系干支斗农毛生态化建设模式 72 2.3.1 干支斗农毛渠系化模式 73 2.3.2 干支渠道化与斗农毛管道化模式 73 2.3.3 不同模式优缺点分析 76 2.4 灌区排水系统生态化建设模式 76 2.4.1 毛农沟+湿地+河流排水模式 77 2.4.2 毛农斗支沟+湿地+河流排水模式 78 2.4.3 排水与灌水合一河道模式 78 2.5 灌区排水循环利用模式 79 2.5.1 灌溉与排水系统水循环利用方式 79 2.5.2 斗农毛渠+毛农斗沟+湿地水循环模式 81 2.5.3 干渠+河流系统水循环利用模式 81 2.5.4 灌排水耦合的水循环利用模式 82 2.6 灌区综合节水减污模式 83 2.6.1 节水减污的总体指导思想 84 2.6.2 田间节水减排模式 84 2.6.3 区域水循环减排模式 87 2.7 灌区面源污染整体防控模式 91 2.7.1 灌区源头减污**道防线 91 2.7.2 灌区带状湿地截污第二道防线 91 2.7.3 灌区面状湿地净化第三道防线 92 2.7.4 灌区骨干沟道和河流滨水湿地净化第四道防线 92 参考文献 92 第3章 灌区农田污染物源头防控与资源化技术 94 3.1 农田污染物产出分析 94 3.1.1 农田化肥施用及产出影响分析 94 3.1.2 农田农药施用及产出危害分析 95 3.1.3 农田水土流失分析 96 3.1.4 农业废弃秸秆污染物分析 96 3.2 农田化肥精准施用技术 97 3.2.1 农田施肥技术分析 97 3.2.2 水肥一体化精准施用技术 98 3.3 农田农药施用技术 101 3.3.1 农田农药施用技术分析 101 3.3.2 农田灭虫技术分析 103 3.3.3 农田水肥药一体化精准施用技术 105 3.4 农田首级排水水质强化净化技术 107 3.4.1 旱地首级排水水质强化净化技术 107 3.4.2 水地首级排水水质强化净化技术 108 3.5 农作物秸秆废弃物处置技术 110 3.5.1 水稻秸秆处置技术 110 3.5.2 小麦秸秆处置技术 112 3.5.3 玉米秸秆处置技术 112 3.5.4 其他作物秸秆处置技术 113 3.5.5 菜地废弃物处置技术 113 3.6 农作物秸秆资源化利用技术 114 3.6.1 稻秆资源化利用技术 114 3.6.2 麦秆资源化利用技术 116 3.6.3 玉米秸秆资源化利用技术 117 3.6.4 秸秆废弃物堆肥资源化利用技术 119 参考文献 121 第4章 灌区农村居民和养殖污染源头防控技术 123 4.1 农村居民生活污水处理技术 123 4.1.1 农村生活污水传统处理方法和技术选择 123 4.1.2 农村生活污水处理生物膜法 124 4.1.3 农村生活污水湿地净化技术 126 4.1.4 “生物+生态”处理技术 128 4.1.5 农村生活污水一体化处理装置 132 4.1.6 典型实例 136 4.2 农村居民生活垃圾处理技术 144 4.2.1 常规垃圾处理技术分析 144 4.2.2 农村生活垃圾集中堆肥技术 147 4.2.3 农村生活垃圾综合处理装置 148 4.2.4 典型实例 150 4.3 农村畜禽养殖污水处理技术 152 4.3.1 常规畜禽养殖废水处理技术分析 152 4.3.2 畜禽养殖污水资源化利用技术 154 4.3.3 畜禽养殖污水新兴污染物去除技术 156 4.3.4 典型实例 157 4.4 农村畜禽养殖废弃物处置技术 159 4.4.1 常规处理技术分析 159 4.4.2 畜禽养殖废弃物农用技术 160 4.4.3 典型实例 161 4.5 农村水产养殖排水水质改善技术 162 4.5.1 水产养殖排水分析及排换水规律 163 4.5.2 水产养殖排水传统处理方法 164 4.5.3 水产养殖排水水质强化净化技术 165 4.5.4 典型实例 167 参考文献 167 第5章 灌区带状和面状湿地构建技术 169 5.1 排水沟带状湿地构建技术 169 5.1.1 毛沟带状湿地技术 170 5.1.2 农沟带状湿地技术 178 5.1.3 毛沟与农沟交接处的强化净污系统构建技术 185 5.1.4 斗沟带状湿地构建技术 187 5.1.5 农沟与斗沟交接处水质强化净化技术 190 5.1.6 排水河��净污容量提升与带状湿地构建技术 192 5.1.7 典型实例——江苏省宜兴市大浦林庄港生态型河道构建 216 5.2 灌区面状湿地构建技术 222 5.2.1 灌区面状湿地类型 223 5.2.2 适宜湿地面积估算方法 225 5.2.3 灌区面状湿地的植物浮床/浮岛技术 225 5.2.4 微生物强化净污技术 231 5.2.5 水质强化改善与资源回收利用的几种典型湿地系统 234 5.3 基于灌排模式创新的面源污染净化湿地构建技术 237 5.3.1 灌排耦合生态型灌区水循环利用的节水减污系统 237 5.3.2 自循环生态节水型灌溉排水体系构建技术 238 5.3.3 圩区灌排功能相结合的生态净污系统构建技术 239 参考文献 239 第6章 灌区智能化网络监控技术 241 6.1 灌区水量计量技术和装置 241 6.1.1 灌区量水技术与设备发展现状 241 6.1.2 灌区灌溉系统水量计量技术 242 6.2 灌区闸、泵、管自动调控技术 260 6.2.1 灌区水闸自动调控技术 260 6.2.2 泵站自动化控制技术 264 6.2.3 灌区管灌系统自动调控技术 268 6.3 灌区多目标优化决策平台 271 6.3.1 灌区多目标优化配水 271 6.3.2 灌区决策支持系统 273 6.3.3 灌区多目标优化决策软件系统实例——净污型生态多孔丁坝智能优选评价系统 273 6.4 灌区智能化软件系统 281 6.4.1 农田灌区水量监控及调配信息系统 282 6.4.2 农田灌区水量计量及远程控制系统 283 6.4.3 灌区农田肥力及土壤温湿度自动监控系统 287 6.4.4 农田灌区面源污染监控及预报系统 289 参考文献 291 第7章 生态节水型灌区综合管理 293 7.1 传统灌区管理模式和特点 293 7.1.1 我国传统灌区管理模式 293 7.1.2 传统灌区管理模式的特点 295 7.2 生态节水型灌区运行特点 297 7.2.1 生态节水型灌区的特点 297 7.2.2 灌区信息化管理 297 7.2.3 生态系统动态平衡 298 7.2.4 灌区污染物质实现自我净化 299 7.2.5 水资源开发和调配科学合理 299 7.2.6 农业生产力增强 299 7.2.7 景观价值优美 300 7.2.8 突发事件的及时响应 300 7.3 生态节水型灌区管理要求 300 7.3.1 建立完善的灌区管理制度，建立健全管理机构 301 7.3.2 制定合理的管理计划，建立有效的灌溉管理激励机制 302 7.3.3 生态节水型灌区管理必须保证资金，加大政府投入力度 302 7.3.4 用水户参与灌区管理，建立民主管理机制 303 7.3.5 制定合理的灌溉水价，建立健全水费计算与收缴机制 304 7.3.6 建立专业的灌区管理团队，增强灌区人才支撑能力 304 7.4 生态节水型灌区管理体制机制 305 7.4.1 生态节水型灌区管理 305 7.4.2 生态节水型灌区管理体制和运行机制 307 7.5 管理模式和方法 308 7.5.1 灌区水利与生态工程的产权 308 7.5.2 灌区的管理模式 309 7.6 管理效果评判 311 7.6.1 灌区管理评估 311 7.6.2 灌区管理与效益快速评估方法 312 7.6.3 灌区管理与效益评价在快速评估体系中的作用 313 7.6.4 快速评估指标体系 313 参考文献 314 第8章 生态节水型灌区建设规划应用实例—江西潦河灌区 315 8.1 综合说明 315 8.1.1 项目背景与意义 315 8.1.2 规划范围、目标和水平年 317 8.1.3 规划主要成果 317 8.1.4 规划投资匡算 321 8.2 灌区现状调查分析 321 8.2.1 灌区概况 321 8.2.2 灌区工程建设现状 325 8.2.3 灌区水土资源利用现状 329 8.2.4 灌区农业生态环境现状分析 331 8.2.5 灌区管理现状 336 8.2.6 规划建设必要性和可行性分析 340 8.3 灌区总体规划 343 8.3.1 规划指导思想和原则 343 8.3.2 规划范围和水平年 344 8.3.3 规划依据 345 8.3.4 规划目标和任务 345 8.3.5 潦河生态灌区规划指标体系构建 346 8.3.6 规划思路和技术路线 351 8.4 水土资源平衡分析及水资源配置 352 8.4.1 国民经济发展预测 352 8.4.2 水土资源供需平衡分析 354 8.4.3