張金萍 ，肖宏林

（1.鄭州大學(xué) 水利科學(xué)與工程學(xué)院，鄭州 450001； 2.鄭州大學(xué) 黃河生態(tài)保護(hù)與區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展研究院，鄭州450001）

0 引 言

【研究意義】黃河流域地處干旱半干旱區(qū)域，多年平均降雨量446 mm，由東南向西北遞減，水資源匱乏[1]。隨著黃河流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，以及近年來(lái)黃河天然徑流量減少，導(dǎo)致流域水資源問(wèn)題日益突出。自1998 年，黃河水利委員會(huì)對(duì)黃河水量進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和管理以來(lái)，盡管黃河實(shí)現(xiàn)了不斷流，但流域用水緊張情勢(shì)并未發(fā)生根本性扭轉(zhuǎn)[2]。灌溉農(nóng)業(yè)是黃河耗用水量大戶，2018 年黃河總?cè)∷繛?16.22億m3，其中農(nóng)田灌溉取水量為327.7 億m3，占總?cè)∷康?3.48%[3]。研究灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水，促進(jìn)農(nóng)業(yè)水資源的高效利用，維系流域水資源良性循環(huán)是促進(jìn)黃河流域健康發(fā)展的根本?！狙芯窟M(jìn)展】目前學(xué)者們對(duì)黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水做了大量的研究工作[4-6]，并取得了豐碩的研究成果，其對(duì)促進(jìn)灌區(qū)水資源的高效利用和農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展具有重要的作用。但仍然缺乏系統(tǒng)梳理和歸納總結(jié)?！厩腥朦c(diǎn)】黃河流域幅員遼闊，流域內(nèi)上游、中游和下游灌區(qū)自然地理?xiàng)l件和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展程度差異較大，雖均受黃河水資源量的剛性約束，但灌區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)用水各具特點(diǎn)，黃河流域上中下游灌區(qū)的發(fā)展均應(yīng)根據(jù)自身實(shí)際以及所在流域黃河水資源特點(diǎn)有序進(jìn)行[7-9]。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】在明晰黃河流域灌區(qū)上游、中游和下游農(nóng)業(yè)用水特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)梳理了灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究發(fā)展歷程，總結(jié)了黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水的主要研究?jī)?nèi)容和研究現(xiàn)狀，提出今后農(nóng)業(yè)用水研究方向，以期為后續(xù)黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)水資源的高效利用提供參考。

1 黃河流域灌區(qū)概況

1.1 黃河流域概況

黃河發(fā)源于中國(guó)青海省巴顏喀拉山脈，流經(jīng)青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南、山東九省區(qū)，于山東省東營(yíng)市墾利縣注入渤海，全長(zhǎng)5 464 km，流域面積79.5 萬(wàn)km2（包括內(nèi)流區(qū)4.2 萬(wàn)km2）。根據(jù)流域形成發(fā)育的地理、地質(zhì)條件及水文情況，將從源頭到內(nèi)蒙古自治區(qū)的河口鎮(zhèn)這一段稱為黃河上游，此間匯入的較大支流（流域面積1 000 km2以上）有43 條，徑流量占全河的60%[10]。由于該地區(qū)降水少、蒸發(fā)大，加上灌溉引水和河道滲漏損失，致使黃河水量沿程減少。河口鎮(zhèn)至河南鄭州桃花峪為黃河中游，是黃河洪水和泥沙的主要來(lái)源區(qū)。黃河干流自桃花峪到渤海入?？诜Q為黃河下游。

黃河以占全國(guó)2%的徑流量，向占全國(guó)15%的耕地和12%的人口供水。近年來(lái)黃河水資源量不斷減少，相關(guān)河段頻繁地出現(xiàn)季節(jié)性斷流，并且有愈演愈烈的態(tài)勢(shì)，僅在1997 年斷流時(shí)間就多達(dá)226 d。1998 年12 月黃河水利委員會(huì)開(kāi)始對(duì)黃河水量實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度，自此黃河再無(wú)斷流情況發(fā)生，但水量仍呈減少態(tài)勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，黃河上游代表水文站唐乃亥站年徑流下降速率為1.07 m3/(s·a)，黃河中游代表水文站潼關(guān)站和花園口站年徑流量下降速率分別為15.06 m3/(s·a)和15.39 m3/(s·a)，黃河下游代表水文站利津站年徑流下降速率高達(dá)21.04 m3/(s·a)[11]。因此，黃河流域供水量與需水量之間極不平衡，水資源供需矛盾日益突出。

1.2 黃河流域灌區(qū)基本情況

自新中國(guó)成立以來(lái)，黃河流域灌區(qū)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，從建國(guó)初期的80 萬(wàn)hm2發(fā)展到現(xiàn)在的733.33萬(wàn)hm2（流域外220 萬(wàn)hm2）。根據(jù)全國(guó)第一次水利普查成果[12]，截止2011 年，黃河流域萬(wàn)畝及以上灌區(qū)共798 處，有效灌溉面積642.4 萬(wàn)hm2。其中大型灌區(qū)83 處，有效灌溉面積511.93 萬(wàn)hm2；中型灌區(qū)715處（未包括流域外引黃灌區(qū)），有效灌溉面積130.4萬(wàn)hm2。黃河流域灌區(qū)主要分布在湟水兩岸、甘寧沿黃高原、寧蒙河套平原、汾渭盆地、黃河下游平原、河南伊洛沁河及山東大汶河河谷川地，其中黃河上游的寧蒙平原、中游的汾渭河盆地和伊洛沁河、黃河下游的大汶河等干支流的川、臺(tái)、盆地及平原地區(qū)，這些地區(qū)灌溉率一般在70%以上，有效灌溉面積占流域灌溉面積的80%左右[13]。其余較為集中的地區(qū)還有青海湟水地區(qū)、甘肅中部沿黃高揚(yáng)程提水地區(qū)。山區(qū)和丘陵地帶灌區(qū)分布較少，耕地灌溉率約為5%～15%。

寧蒙河套灌區(qū)是黃河上游大型代表性灌區(qū)，也是全國(guó)3 個(gè)特大型灌區(qū)之一。2019 年9 月，河套灌區(qū)成功入選第六批世界灌溉工程遺產(chǎn)。第一次全國(guó)水利普查成果顯示，河套灌區(qū)年均引黃水量約46 億m3左右，灌溉面積為73.37 萬(wàn)hm2。河套灌區(qū)長(zhǎng)期使用地面灌水方式，用水較粗放。河套灌區(qū)屬于典型的溫帶大陸性氣候，降雨量少，蒸發(fā)量大，蒸發(fā)量約為降水量的14 倍，氣候干旱，本不利于農(nóng)作物生長(zhǎng)，但因黃河流經(jīng)其間，水源充分，引水方便，卻又成為我國(guó)最大的首制自流引水灌區(qū)[14]。河套灌區(qū)主要作物有小麥、玉米、葵花等，自古就有黃河“唯富一套”之說(shuō)，河套平原也因此有了“八百里河套米糧川”的美譽(yù)。

黃河中游灌區(qū)主要指分布于汾河流域山西中部盆地和渭河流域陜西關(guān)中平原的汾渭灌區(qū)，有效灌溉面積達(dá)127.7 萬(wàn)hm2，年均引黃水量約為100 億m3。該地區(qū)土地平坦寬闊，氣候適宜，適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，灌區(qū)內(nèi)主要以小麥、高粱、玉米、谷子等作物為主。其中，山西汾河灌區(qū)總灌溉面積約為10 萬(wàn)hm2，耕地面積10.46 萬(wàn)hm2。通過(guò)修建引水閘壩，建成大中型灌區(qū)60 余處，灌溉面積47.67 萬(wàn)hm2，占汾河流域耕地面積的41.3%，集中分布在晉中盆地和臨汾盆地。陜西渭河灌區(qū)主要集中連片分布在渭河北岸，已建成萬(wàn)畝以上灌區(qū)112 處，有效灌溉面積達(dá)75.4 萬(wàn)hm2，其中2 萬(wàn)hm2以上的大型灌區(qū)有效灌溉面積50.01 萬(wàn)hm2，占陜西黃河流域灌溉面積47.4%[15]。新中國(guó)成立以來(lái)，灌區(qū)灌溉面積迅速擴(kuò)大，并相互連成一片，成為晉陜2 省的糧棉生產(chǎn)基地。

黃河下游引黃灌區(qū)橫跨黃淮海平原，屬黃河沖積及洪積帶平原，涉及豫、魯兩省80 多個(gè)縣級(jí)區(qū)劃行政單元，主要包括三門峽至花園口、花園口以下2 個(gè)流域二級(jí)分區(qū)。目前，豫魯兩省大型引黃灌區(qū)達(dá)48個(gè)，中型引黃灌區(qū)達(dá)144 個(gè)，設(shè)計(jì)灌溉面積357.9 萬(wàn)hm2，有效灌溉面積223.4 萬(wàn)hm2，受益人口5271 萬(wàn)人，引黃水量多年平均約為120 億m3，灌溉水量平均約7 000～8 000 m3/hm2。下游引黃灌區(qū)灌溉的主要方式為自流灌溉，有我國(guó)最大的連片自流灌區(qū)之稱[16]。冬小麥和夏玉米是灌區(qū)內(nèi)重要的糧食作物。

2 黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究發(fā)展歷程

根據(jù)黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)家及流域用水管理政策對(duì)灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水的推動(dòng)作用，將黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究發(fā)展歷程分為以下5 個(gè)階段：

1）建國(guó)初期―20 世紀(jì)70 年代，初步發(fā)展階段。這一階段，國(guó)家五年計(jì)劃中主要圍繞如何推進(jìn)灌溉面積的發(fā)展，切實(shí)保障農(nóng)業(yè)有效灌溉。在這期間，伴隨著一大批水利工程設(shè)施的建設(shè)，特別是黃河上游河套灌區(qū)三盛公水利樞紐工程和黃河下游人民勝利渠灌區(qū)的建成，標(biāo)志著黃河流域灌區(qū)得以快速發(fā)展。黃河流域灌區(qū)長(zhǎng)期使用地面灌水方式，用水較粗放，經(jīng)常大水漫灌，加之有些灌區(qū)排水不暢，鹽漬化面積不斷擴(kuò)大，嚴(yán)重影響了灌區(qū)糧食產(chǎn)量?？v觀黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水相關(guān)文獻(xiàn)，絕大多數(shù)集中在對(duì)灌溉與鹽漬化關(guān)系問(wèn)題的研究上[17]，并且多以試驗(yàn)觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析為主[18-19]，缺乏系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和先進(jìn)的計(jì)算方法。

2）20 世紀(jì)80―90 年代，快速發(fā)展階段。灌區(qū)建設(shè)進(jìn)入蓬勃發(fā)展時(shí)期，灌溉面積不斷增加。這一階段影響黃河流域灌區(qū)用水的代表性大事件有2 個(gè)，一是1987 年，國(guó)務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)了國(guó)家計(jì)委和水電部“關(guān)于黃河可供水量分配方案報(bào)告的通知”，即黃河“八七分水”方案。二是1998 年12 月，原國(guó)家計(jì)劃委員會(huì)、水利部聯(lián)合頒布實(shí)施《黃河水量調(diào)度管理辦法》，授權(quán)黃河水利委員會(huì)實(shí)現(xiàn)黃河水量調(diào)度。此時(shí)，黃河流域灌區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對(duì)水的需求量劇增，受限于黃河水量的剛性約束，灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究發(fā)展迅速。與20 世紀(jì)80 年代前相比，此時(shí)農(nóng)業(yè)用水研究呈數(shù)百倍增長(zhǎng)，且多集中于農(nóng)業(yè)節(jié)水研究[20]。圍繞不同灌溉節(jié)水技術(shù)下的農(nóng)業(yè)用水研究，定量計(jì)算農(nóng)業(yè)用水過(guò)程和節(jié)水潛力是這一時(shí)期主攻方向。同時(shí)對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水機(jī)理也有了初步的認(rèn)識(shí)，對(duì)節(jié)水情況下的灌區(qū)水鹽情況、灌區(qū)水沙配置以及地表水與地下水聯(lián)合利用等方面都有所涉及[21-22]。但系統(tǒng)性的農(nóng)業(yè)用水認(rèn)知尚未形成，現(xiàn)代信息技術(shù)也未能普遍應(yīng)用到灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究中。

3）2000―2010 年，創(chuàng)新發(fā)展階段。該階段的黃河流域灌區(qū)用水研究百花齊放，各種先進(jìn)的用水理念、計(jì)算方法、監(jiān)測(cè)手段和信息技術(shù)均得到大量的應(yīng)用[23-24]。2004 年完成的中國(guó)工程院重大咨詢項(xiàng)目《西北地區(qū)水資源配置生態(tài)環(huán)境建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究》、2010 年完成的《黃河流域水資源綜合規(guī)劃》等圍繞黃河流域節(jié)水潛力，節(jié)水量計(jì)算等開(kāi)展了大量的研究工作。期間創(chuàng)新成果較多，主要有：①對(duì)節(jié)水機(jī)理有了新認(rèn)知，以耗用水節(jié)水為代表的資源節(jié)水、真實(shí)節(jié)水的概念開(kāi)始被提出，并對(duì)其內(nèi)涵進(jìn)行解譯；②基于強(qiáng)人類干擾條件下的灌區(qū)水循環(huán)認(rèn)知機(jī)理的水文模型和水沙資源優(yōu)化配置模型開(kāi)始構(gòu)建，并在黃河流域灌區(qū)得以迅速開(kāi)展及應(yīng)用；③遙感遙測(cè)等水資源信息技術(shù)的全面推廣和應(yīng)用等。

4）2011―2018 年，系統(tǒng)深入發(fā)展階段。該階段的最大特征就是一大批與農(nóng)業(yè)用水相關(guān)的國(guó)家政策文件相繼出臺(tái)，特別是2011 年中央出臺(tái)了關(guān)于加快水利改革發(fā)展的一號(hào)文件，并召開(kāi)了最高規(guī)格的中央水利工作會(huì)議，強(qiáng)調(diào)了流域機(jī)構(gòu)對(duì)水資源管理的重要性。2012 年，國(guó)務(wù)院頒布了《國(guó)務(wù)院關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見(jiàn)》。2014 年初，水利部綜合事業(yè)局提出了“合同節(jié)水管理”這一新的節(jié)水理論。2015 年，實(shí)施黃河水權(quán)盟市間轉(zhuǎn)讓工程。這些前所未有的水資源管理制度和政策為黃河流域灌區(qū)系統(tǒng)深入的研究提供了良好的政策支持。黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究向著更為深入、細(xì)致的方向邁進(jìn)，加大提升用水效率，轉(zhuǎn)變用水機(jī)制，提升用水理念成為這一時(shí)期農(nóng)業(yè)用水研究的主題。黨的十八大將生態(tài)文明建設(shè)納入社會(huì)主義建設(shè)體系中，水生態(tài)文明建設(shè)和人水和諧理念更是貫徹到灌區(qū)用水研究和實(shí)踐中，該時(shí)期的研究文獻(xiàn)較以往更是呈幾何倍增長(zhǎng)，涉及的研究?jī)?nèi)容和研究范圍也更為細(xì)致和全面，但節(jié)水、水沙調(diào)控、水生態(tài)、水信息技術(shù)以及可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)仍是這一時(shí)期研究的重頭戲，且也涌現(xiàn)出了一大批的創(chuàng)新科研成果[25-26]。

5）2019 年至今，劃時(shí)代發(fā)展階段。2019 年9 月18 日，習(xí)近平總書(shū)記在鄭州提出“黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展”這一重大國(guó)家戰(zhàn)略[27]，這對(duì)黃河流域灌區(qū)而言，既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。機(jī)遇是在這一具有歷史意義的宏觀戰(zhàn)略指導(dǎo)思想下，黃河流域灌區(qū)必將迎來(lái)更廣闊的發(fā)展前景，挑戰(zhàn)是如何盡快緩解灌區(qū)的現(xiàn)實(shí)水問(wèn)題，以便盡快打造現(xiàn)代化集約農(nóng)業(yè)，更好地融入和服務(wù)與這一宏觀戰(zhàn)略中。目前，全國(guó)諸多科研院所和大專院校紛紛組建“黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展”研究院，集中優(yōu)勢(shì)科研資源，打有準(zhǔn)備科研攻堅(jiān)之戰(zhàn)。相信在這一國(guó)家宏觀戰(zhàn)略指導(dǎo)思想下，未來(lái)黃河流域灌區(qū)會(huì)有諸多里程碑式和劃時(shí)代意義的研究成果涌現(xiàn)。

3 黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究?jī)?nèi)容與現(xiàn)狀

3.1 主要研究?jī)?nèi)容框架

黃河灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究主要內(nèi)容如圖1 所示。如前所述，黃河流域灌區(qū)上中下游受自然地理、水資源條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制，農(nóng)業(yè)用水研究各具特點(diǎn)。上游河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究主要集中于農(nóng)業(yè)節(jié)水、灌溉與排鹽壓堿的關(guān)系以及引黃水量對(duì)生態(tài)的影響；下游引黃灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究主要分析灌區(qū)節(jié)水、井渠雙灌，灌區(qū)水沙聯(lián)合調(diào)控以及灌溉對(duì)鹽漬化和水生態(tài)的影響；灌區(qū)中游農(nóng)業(yè)用水研究涵蓋面廣，上游和下游的農(nóng)業(yè)用水研究?jī)?nèi)容都有所涉及。整體來(lái)看，黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究經(jīng)歷一個(gè)由局部到整體，由獨(dú)立到聯(lián)系的發(fā)展過(guò)程，即研究?jī)?nèi)容從初期的僅考慮提升農(nóng)業(yè)自身用水效率和促進(jìn)節(jié)水，逐步發(fā)展到考慮農(nóng)業(yè)節(jié)水對(duì)生態(tài)的影響，進(jìn)而再到對(duì)整個(gè)灌區(qū)乃至區(qū)域整體的用水影響。具體表現(xiàn)在：①農(nóng)業(yè)節(jié)水研究，節(jié)水是黃河灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究的重點(diǎn)。黃河灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水研究包括節(jié)水機(jī)理、灌溉水利用系數(shù)、節(jié)水量和節(jié)水潛力分析以及節(jié)水帶來(lái)的影響等。②灌溉用水與生態(tài)環(huán)境關(guān)系研究，主要研究農(nóng)業(yè)用水與地下水位、水鹽、水沙和水生態(tài)之間關(guān)系，探究適宜的節(jié)水閾值。③區(qū)域農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)利用研究，主要研究在宏觀區(qū)域水資源情勢(shì)下，農(nóng)業(yè)用水的水資源優(yōu)化配置和可持續(xù)利用。

3.2 農(nóng)業(yè)用水研究現(xiàn)狀

3.2.1 機(jī)理研究

農(nóng)業(yè)用水機(jī)理研究包括3 個(gè)方面：①水與作物作用機(jī)理研究，往往是根據(jù)試驗(yàn)觀測(cè)，從植物學(xué)角度出發(fā)，分析水在植物體的運(yùn)輸和吸收利用情況。該研究的目的主要是進(jìn)行作物生理節(jié)水和非充分灌溉，或用于作物抗旱品種選育等，或與肥料研究相結(jié)合，研究水肥耦合在作物生長(zhǎng)發(fā)育期間的傳送和吸收利用效率，以及研究維持作物正常生長(zhǎng)的灌區(qū)水鹽平衡，明晰水鹽運(yùn)移規(guī)律。②農(nóng)作物的耗用水機(jī)理研究，該研究的主要目的是基于農(nóng)田蒸散發(fā)機(jī)理，通過(guò)灌溉水量和作物需水量，探究農(nóng)業(yè)真正消耗的資源水量和可節(jié)約水量，并基于此提出了ET 管理的概念。最具代表性的研究是2004 年科技部西部開(kāi)發(fā)重大攻關(guān)項(xiàng)目《寧夏經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)水資源合理配置研究》。該項(xiàng)目最初設(shè)置的目的是解決寧夏灌區(qū)劇增的灌溉用水需求和黃河水利委員會(huì)對(duì)黃河水量的剛性約束之間的矛盾，隨著對(duì)寧夏引黃灌區(qū)農(nóng)業(yè)耗用水機(jī)理的深入認(rèn)識(shí)，首次提出了“耗水節(jié)水”的概念，認(rèn)為需要從耗水節(jié)水的機(jī)理出發(fā)，對(duì)灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水機(jī)理進(jìn)行再認(rèn)識(shí)，并在此基礎(chǔ)上評(píng)估了灌區(qū)節(jié)水潛力。③農(nóng)業(yè)水循環(huán)轉(zhuǎn)化研究。目前在農(nóng)業(yè)水循環(huán)轉(zhuǎn)化研究方面，一是農(nóng)田SPAC 系統(tǒng)，分析農(nóng)田的水分運(yùn)輸和能量轉(zhuǎn)化規(guī)律，將土壤、植物和大氣作為一個(gè)統(tǒng)一的連續(xù)體，結(jié)合地表水和地下水，研究農(nóng)田“五水”的轉(zhuǎn)化機(jī)制及其數(shù)學(xué)模擬，分析水分和能量流在該連續(xù)體中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)而提升農(nóng)業(yè)用水效率，但僅局限于田間水分循環(huán)系統(tǒng)[28]；二是變化環(huán)境下的灌區(qū)水循環(huán)模擬系統(tǒng)研究，針對(duì)變化環(huán)境下的水循環(huán)過(guò)程，細(xì)致刻畫和真實(shí)模擬不同農(nóng)業(yè)用水情境下，灌區(qū)水資源的孕育、發(fā)生和發(fā)展規(guī)律。不同農(nóng)業(yè)用水情境下的水循環(huán)模擬是對(duì)農(nóng)業(yè)用水機(jī)理研究的一次重現(xiàn)再認(rèn)識(shí)，可以優(yōu)化農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)和灌溉方式，相關(guān)研究在黃河上游寧蒙灌區(qū)中成果最為豐富[29]。

圖1 黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究主要內(nèi)容框架 Fig.1 Frame diagram of the main contents of agricultural water research of irrigation areas in the Yellow River Basin

3.2.2 方法研究

農(nóng)業(yè)用水方法研究可分為2 個(gè)層次，一是根據(jù)研究方法的空間范圍劃分，分為黃河上游灌區(qū)、黃河中游灌區(qū)、黃河下游灌區(qū)的不同流域空間分布特征的研究，以及根據(jù)灌區(qū)大小的相關(guān)空間尺度研究[30]；二是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的具體研究方法進(jìn)行詳細(xì)劃分，可分為試驗(yàn)觀測(cè)、不確定方法、3S 信息技術(shù)、水文模型等。

試驗(yàn)觀測(cè)主要是觀測(cè)水與作物、環(huán)境之間的關(guān)系試驗(yàn)；各種節(jié)水灌溉技術(shù)與措施試驗(yàn)，如不同管道的輸水滲漏試驗(yàn)，早在20 世紀(jì)60 年代中期，人民勝利渠灌區(qū)就開(kāi)始了渠道防滲前后及使用不同襯砌材料的輸水損失對(duì)比試驗(yàn)。在節(jié)水技術(shù)方面，主要是研究不同灌水處理、作物需水規(guī)律和種植方式等形式對(duì)作物生長(zhǎng)及節(jié)水情況的試驗(yàn)[31]；在水鹽調(diào)控技術(shù)方面，為達(dá)到控鹽和節(jié)水的雙重目標(biāo)，在黃河上游和下游灌區(qū)進(jìn)行鹽漬化土壤改良技術(shù)、水鹽運(yùn)移規(guī)律和井渠結(jié)合的試驗(yàn)研究[32]，以及中游和下游的水沙調(diào)控試驗(yàn)[33]等。

不確定分析方法主要借助統(tǒng)計(jì)分析以及現(xiàn)代不確定分析理論和方法研究灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水特性，如黃河上游灌溉與氣象要素的灌區(qū)、中游作物需水量與灌溉水量的聯(lián)系以及下游水沙關(guān)系[34]等。

3S 信息技術(shù)借助現(xiàn)代水文信息化手段，如遙感遙測(cè)等現(xiàn)代信息技術(shù)和手段，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水相關(guān)信息的收集、處理、傳輸和分析工作。主要用于引黃灌區(qū)作物蒸散發(fā)模擬，地下水及鹽漬化面積分布信息監(jiān)測(cè)，水質(zhì)污染運(yùn)移以及灌溉系統(tǒng)監(jiān)測(cè)管理和信息化建設(shè)等方面[35]。

水文模型方法主要借助現(xiàn)有成形的水文模型，或根據(jù)研究區(qū)實(shí)際編制新的水文模型，研究農(nóng)業(yè)用水方式對(duì)水資源的影響[36]；或分析水與生態(tài)、水鹽以及灌區(qū)水資源優(yōu)化配置和合理調(diào)配等方面的內(nèi)容[37]。水文模型方法由于其將灌區(qū)復(fù)雜的水力聯(lián)系和過(guò)程用數(shù)學(xué)模型表達(dá)出來(lái)，能有效地揭示和模擬農(nóng)業(yè)用水及其影響因素的作用機(jī)理和響應(yīng)關(guān)系，因而在黃河流域灌區(qū)應(yīng)用廣泛[38]。特別是在上游寧蒙河套灌區(qū)，中游的寶雞峽灌區(qū)、涇惠渠灌區(qū)以及下游人民勝利渠引黃灌區(qū)都有著較好的應(yīng)用[39]。

3.2.3 尺度研究

農(nóng)業(yè)用水尺度研究主要是指研究的空間尺度，可分為微觀尺度試驗(yàn)研究、中觀尺度的灌域研究和宏觀尺度的區(qū)域研究。

1）微觀試驗(yàn)

微觀尺度的試驗(yàn)研究主要是進(jìn)行作物與水、鹽、肥、熱、氣等二者或多者耦合狀態(tài)下的關(guān)系試驗(yàn)，分析作物與水及其相關(guān)伴生物之間的作用機(jī)制和吸收機(jī)理；研究不同水分灌溉條件、不同水肥條件、不同田間土壤水、熱、氣條件下，土壤水、肥、鹽等的運(yùn)移規(guī)律和對(duì)各類作物產(chǎn)量的影響[40]。分析節(jié)水灌溉方法、灌溉用水效率以及與水伴生的物質(zhì)運(yùn)移過(guò)程等，最終綜合確定針對(duì)作物而言相對(duì)較適宜的灌溉模式，達(dá)到提高灌溉效益、增產(chǎn)增收的目的[41]。這種微觀室內(nèi)試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)在于有針對(duì)性地進(jìn)行深入細(xì)致的觀測(cè)，數(shù)據(jù)可靠、機(jī)理明確，可為大田作物用水及宏觀灌區(qū)用水和不同條件下的適宜灌溉模式提供基礎(chǔ)性的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是受試驗(yàn)條件限制和精度要求，在由點(diǎn)及面的推廣應(yīng)用中，需要諸多假設(shè)和前提條件，降低了試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用的準(zhǔn)確性和普適性。

2）中觀灌域

中觀尺度的農(nóng)田灌域研究田間實(shí)際灌溉過(guò)程，研究作物與水的利用關(guān)系。往往集中于分析節(jié)水灌溉措施、作物種植結(jié)構(gòu)與作物生長(zhǎng)發(fā)育需求等的作用機(jī)理和反饋機(jī)制[42]；也可將作物對(duì)水資源利用與外部氣候條件結(jié)合起來(lái)，研究作物-水-氣-肥的傳輸、運(yùn)移和轉(zhuǎn)化機(jī)制，進(jìn)而提升作物的水分利用效率[43]?；蛘哐芯哭r(nóng)田水分的輸入輸出水均衡關(guān)系，用于解析灌域用水的“來(lái)龍去脈”[44]。與微觀試驗(yàn)相比，中觀尺度的農(nóng)田灌域研究與作物用水的真實(shí)情況保持著較高的一致性，因而試驗(yàn)反饋的信息也比較真實(shí)可靠，可以作為區(qū)域宏觀用水研究的基礎(chǔ)，并可對(duì)微觀試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。缺點(diǎn)在于農(nóng)田灌域試驗(yàn)研究受人為干擾因素較大，由于易受外界環(huán)境影響，需要投入一定的人力和物力。

3）宏觀區(qū)域

灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水是一個(gè)系統(tǒng)工程，是人類對(duì)區(qū)域水土資源的大規(guī)模改造活動(dòng)。灌區(qū)水資源利用的宏觀區(qū)域研究指的是對(duì)灌區(qū)用水的研究已不僅僅局限于農(nóng)田本身，而是著眼于區(qū)域整體水資源的可持續(xù)利用，將灌區(qū)用水與其他用水行業(yè)一并統(tǒng)籌，采用系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)灌區(qū)水-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-資源等進(jìn)行再思維。針對(duì)局部，放眼大局是灌區(qū)水資源利用宏觀區(qū)域研究的根本。因此這種研究從單純的農(nóng)田水分循環(huán)與水平衡研究轉(zhuǎn)向大區(qū)域，不僅能真實(shí)地反映灌區(qū)農(nóng)業(yè)水資源利用的實(shí)質(zhì)，而且更加重視人類活動(dòng)的影響，強(qiáng)調(diào)重視生態(tài)環(huán)境與水資源利用之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，研究方法更為客觀，也更符合實(shí)際。

4 黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究展望

1）農(nóng)業(yè)用水機(jī)理研究

①加強(qiáng)水與農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)性試驗(yàn)研究，圍繞農(nóng)業(yè)用水從水源到作物吸收利用的過(guò)程與環(huán)節(jié)，針對(duì)黃河流域灌區(qū)上中下游的用水特點(diǎn)，因地制宜地開(kāi)展作物與水、灌溉方式和節(jié)水技術(shù)，作物生長(zhǎng)與水肥氣外部條件等基礎(chǔ)性研究；②加強(qiáng)農(nóng)業(yè)水資源消耗機(jī)理研究，注重農(nóng)業(yè)用水的資源型水量消耗節(jié)約，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)理論研究和定量精細(xì)模擬分析。建立節(jié)水與農(nóng)業(yè)、區(qū)域的水資源演變與轉(zhuǎn)換機(jī)制，開(kāi)展對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水經(jīng)濟(jì)－生態(tài)－社會(huì)復(fù)合響應(yīng)機(jī)理及模型構(gòu)建的研究；③研究變化環(huán)境下的灌區(qū)水資源循環(huán)轉(zhuǎn)化機(jī)理，分析水資源在農(nóng)業(yè)用水過(guò)程中的運(yùn)移消耗規(guī)律，分析氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

2）農(nóng)業(yè)用水方法研究

①提高以3S 為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)用水中的科技地位，對(duì)灌區(qū)重要的農(nóng)業(yè)用水信息進(jìn)行全面細(xì)致的收集、處理和分析，加大灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水信息的收集、遙測(cè)、跟蹤和示警和后處理，將3S 技術(shù)貫穿到農(nóng)業(yè)用水前期準(zhǔn)備-中期監(jiān)測(cè)-后期評(píng)估的全過(guò)程中，切實(shí)提升灌區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和信息化實(shí)力；②構(gòu)建變化環(huán)境下的灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水“自然-人工”二元水循環(huán)模型，研發(fā)灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水“自然-人工”二元水循環(huán)精細(xì)模擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水的科學(xué)評(píng)判及后效性影響；③考慮復(fù)雜農(nóng)業(yè)用水及其伴生效應(yīng)，以促進(jìn)宏觀區(qū)域發(fā)展為導(dǎo)向，以系統(tǒng)學(xué)的思想考慮節(jié)水問(wèn)題，構(gòu)建農(nóng)業(yè)用水復(fù)雜系統(tǒng)綜合模型管理。

3）農(nóng)業(yè)用水應(yīng)用研究

基于灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水與水生態(tài)、農(nóng)業(yè)節(jié)水與治污、農(nóng)業(yè)耗水與水生態(tài)的關(guān)系認(rèn)識(shí)，將該意識(shí)形態(tài)融入水資源日常管理中，應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)用水問(wèn)題；科學(xué)制定農(nóng)業(yè)水資源開(kāi)發(fā)方案、農(nóng)業(yè)用水發(fā)展規(guī)劃等，將農(nóng)業(yè)用水問(wèn)題上升到區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略層次，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收；強(qiáng)化農(nóng)業(yè)用水在地區(qū)發(fā)展用水之間的平衡，研究農(nóng)業(yè)用水與地區(qū)資源、生態(tài)與環(huán)境的協(xié)同發(fā)展，農(nóng)業(yè)用水對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境以及人水和諧發(fā)展的促進(jìn)作用，將灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水納入?yún)^(qū)域水資源優(yōu)化配置、水資源高效利用和水資源統(tǒng)一管理中。

5 結(jié) 論

本文在文獻(xiàn)查閱、分析以及前期研究成果梳理的基礎(chǔ)上，對(duì)黃河流域灌區(qū)進(jìn)行科學(xué)劃分，分析了不同時(shí)期灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水發(fā)展歷程，總結(jié)了灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究現(xiàn)狀，目前農(nóng)業(yè)用水研究可概括為農(nóng)業(yè)用水機(jī)理研究、農(nóng)業(yè)用水方法研究和農(nóng)業(yè)用水尺度研究3 個(gè)方面。根據(jù)灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究特點(diǎn)，闡述了黃河灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究?jī)?nèi)容，上游河套灌區(qū)主要集中于節(jié)水灌溉、水鹽平衡以及水生態(tài)方面；下游引黃灌區(qū)主要集中于節(jié)水灌溉、井渠雙灌，水沙調(diào)控以及灌溉對(duì)鹽漬化和水生態(tài)的影響研究；而中游灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究?jī)?nèi)容涵蓋面廣，上游和下游的研究?jī)?nèi)容都有所涉及。整體來(lái)看，農(nóng)業(yè)用水研究的發(fā)展趨勢(shì)是從初期的僅考慮提升農(nóng)業(yè)自身用水效率和促進(jìn)節(jié)水，逐步發(fā)展到考慮農(nóng)業(yè)節(jié)水對(duì)生態(tài)的影響，進(jìn)而發(fā)展到對(duì)整個(gè)灌區(qū)乃至區(qū)域整體的用水影響，并且農(nóng)業(yè)節(jié)水一直是灌區(qū)研究的重點(diǎn)和主題。

黃河流域作為中華文明發(fā)源地，灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水始終是廣大水資源科研工作者凝心聚力、深入研究的重點(diǎn)。由于黃河流域灌區(qū)分布廣泛，灌區(qū)水資源利用各具特點(diǎn)，加之灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究?jī)?nèi)容廣泛，因此本文對(duì)灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究的總結(jié)和思考會(huì)有諸多不足之處，希望今后能多加完善，以便更好地為黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水服務(wù)。