农田水利工程学科创新前沿研究yjz 33页

农田水利工程学科现状、发展方向及创新前沿研究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，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，并在农业生产中加以组合应用，产生了明显的节水增产效益。n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、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n市生活的点源污染。20世纪70年代以来，发达国家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。n1农田水利工程学科发展要求、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。n（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（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，促进农业水利信息化；进行灌水、排水、量水和测量设备和器具的研制，开发低成本、高精度、长寿命、易使用的系列产品；深入开展农业水利领域的前沿性研究，为灌溉排水和农业水环境的应用研究奠定坚实的理论基础。n2农田水利工程学科国内外发展现状目前，国内外农田水利工程科学的研究已由实验统计性质向具有较严谨理论体系和定量方法的科学转变，农业生态系统中物质迁移理论及其调控机理是学科发展的基础，基于大尺度的水分和养分（盐分）运动理论向实用区域水分养分（盐分）转化的预测预报模型、区域多种作物组合的耗水计算模型、作物高效用水生理调控与非充分灌溉理论等方面的研究十分活跃。农业节水新技术与产品研发速度较快，一批低成本、高效率的新型农业节水设备与制剂正在走向市场和大面积应用。新型喷微灌和滴灌节水设备的研制，需要研究微型流道中的水流特征和相应的快速成型理论。由于水资源的紧缺，集雨节灌、城市雨洪利用、劣质水开发利用等越来越得到重视。农业水环境与水土保持研究日益受到关注。高新技术在农业水利现代化管理中的应用日益广泛，数字地球、数字流域、数字灌区、数字渠道概念的提出，进一步推动了农业水利工程领域的发展。农业水利工程标准与宏观战略研究促进了农业水利工程技术向着定量化、规范化、模式化、集成化方向发展。饮水安全得到越来越多的关注，饮水安全标准和相应的法律法规得以颁布，供水管道、农村安全饮水管理体制逐步完善。2.1农田生态系统中水分盐分迁移规律土壤水运动机理研究更加深入，如优先流、土壤水参数确定及空间变异性等。将地面水、地下水、土壤水、大气水和作物水之间的转换作为一个整体进行研究是目前水分转化与利用研究的热点。国内外学者对微域的土壤—植物—大气系统（SPAC）水分运移进行了大量研究，但如何应用微观尺度的SPAC水分传输理论解决流域尺度水转化过程的描述仍然需要作大量的研究工作，这涉及到如何考虑土壤与植被的空间变异性以及水文地质条件的影响，把点上（微观尺度上）得到的模型扩展到面上、区域上应用的问题。在水盐运动方面，由过去单纯研究灌溉条件下的水盐运动，逐步转向各种农业化学物质在作物—土壤—地下水系统中运移规律的研究，探讨化肥、农药、污染物、细菌、病毒在土壤中吸附、解吸、传输的过程和机理，区域地下水、土壤水和溶质运移的空间变异性和随机理论也是当前研究的热点。目前，在地面灌溉中的水肥淋失规律及数值模拟、污水灌溉对土壤污染等方面的研究已取得大量成果。2.2农业节水灌溉理论与技术近年来，国内外提出了许多新的概念和方法，如限水灌溉、非充分灌溉与调亏灌溉等，对由传统的丰水高产型灌溉转向节水优产型灌溉，提高水的利用效率起到了积极作用。国内n外学者研究并提出了非充分灌溉条件下主要作物的灌溉制度、调亏灌溉指标、调亏灌溉模式、作物调亏灌溉田间实施技术，建立了水分生产函数时空变异规律理论与方法，提出了节水灌溉条件下农作物的灌溉制度、种植比例、灌溉水量分配、地区间灌溉水量调配等。近年来，通过减小作物腾发量实现“真实节水”的理念得到广泛重视，根据这种理念，在我国华北平原区开展了大量实际观测和应用，对于实施农业节水提供了新的途径，这种理论的可操作性受到密切关注。地面灌溉技术研究方面，在土壤入渗过程中气阻影响研究的基础上，水平畦灌的研究不断深入，传统的畦灌、沟灌也由过去单纯研究灌水技术要素对灌水均匀性和水分深层渗漏的影响，转向综合研究灌水技术要素对土壤水肥运移和对水肥淋失的影响；同时，开发了膜上灌等新型灌水技术，并得到较大面积推广。波涌灌溉利用了致密层在发展中不断减小田面糙率与土壤入渗特性这一客观规律，逐次为以后各周期的灌溉水流创造了一个加速水流推进与提高减渗效果的新接口。浑水波涌灌溉则是利用含沙量较高的水进行波涌灌溉，能够起到更加明显的效果。在喷、微灌技术研究方面，国外一直非常重视喷灌水肥需求规律及水肥耦合高效利用方面的研究，施肥灌溉应用十分普遍。以色列、美国、荷兰等国家对不同作物的施肥灌溉制度和微灌施肥灌溉专用液体肥料进行了20-30年的研究，取得了丰富的成果，已经研制出了针对多种经济作物水肥高效利用的专家管理系统。我国从20世纪70年代起，针对微灌开始了研究和试验示范工作，开展了微灌条件下的土壤水分与溶质运移规律、日光温室和大田经济作物的灌溉制度、水肥耦合模式、滴灌施肥技术等研究工作。在喷微灌设备方面，对注肥设备的研制取得了可喜的进展。国外由于长期的技术积累，一些著名公司不断有新产品推出，开发出了系列化的内镶式、管上式灌水器件，新开发的产品抗堵性能提高，而使用寿命得以延长。国内一些企业也有新产品推出，但因缺乏技术支撑，产品性能尚不如国外，而且开发费用高，周期长。地下灌溉由于能显著减少作物无效蒸发(土壤表面蒸发)而特别省水的优点，发展也十分迅速。目前国外利用废旧橡胶、塑料发泡剂等研制成功了新型发汗渗灌管，并在果树、花卉等作物中开始应用，现正在开展其合理管道间距、埋深及其优化灌水模式、防生物堵塞技术等方面的研究。工程节水技术方面，高精度激光固化树脂快速成型技术得到进一步发展，在微小光斑聚焦以及精密扫描系统、微涂层实现方法方面取得了突破。根据我国国情，已成功研发出秸秆粉碎还田免耕施肥小麦播种机、注水量和注水频率可调的坐水种点灌机、抗旱用行走式轻型n喷灌设备、长流道新型薄壁微灌带、节能异形喷嘴、可调雾化程度及射程的多功能喷头、新型短流道喷头、轻小型喷灌机组、新型中远射程喷头、国产激光控制精细平地铲运设备等节水灌溉设备和系统，其中国产激光控制精细平地铲运设备、专用直流潜水电泵等设备形成定型生产或示范应用。在节水制剂与材料研发方面，国内学者初步解决了秸杆纤维的溶胀和交联技术，使研发的产品耐盐性超过现有市场产品和文献报导。成功研发了生物集雨营养调理剂、纳米混凝土改性剂、多功能生物型种衣剂、新型保水剂、新型防水保温材料、新型填缝止水材料、新型液膜材料、新型高效重金属离子净化剂等节水制剂和材料，其中已有多功能生物型种衣剂、新型高效重金属离子净化剂等产品形成定型生产或示范应用。2.3农田排水和水盐调控农田排水是通过排除农业土地上的过量水分和盐分，调控地下水位，达到改善土壤水分条件，防止涝渍灾害和土壤盐碱化，提高农作物产量和改造中低产田的一种有效措施。近20多年来，随着科学技术的进步，农田排水技术和理论发展迅速，主要表现为：（1）明沟向暗管排水过渡。荷兰暗排面积已占总排水面积的80%以上，埃及属干旱地区，约4000万亩耕地已全部实现灌溉，为防止灌溉土地盐碱化，实施暗管排水的面积已超过3000万亩；（2）广泛利用塑料管道及研究应用可预包排水管的新型合成过滤材料。荷兰、美国、德国、日本、埃及等国已全面推广应用波纹塑料排水管；世界上许多国家，如荷兰、法国、西班牙、加拿大等，近二十年来将土工织物用作农田排水暗管的外包过滤材料，开展了大量的研究和田间应用，以取代颗粒松散、重量大、施工难度大的砾石过滤材料。（3）研制开发新型排水施工设备。英、美、荷兰等发达国家已陆续研制应用了多种型式的开沟铺管机和无沟铺管机等，施工速度和质量都有了极大的提高；（4）农田排水技术研究的发展趋势由单一目标转向涝渍碱兼治等多目标综合治理，单一工程技术类型转向多种措施相结合的综合类型；单一的水量、水位控制调节到水质控制、溶质运移、污染防治和水环境保护等技术的研究；由单一的任务转向满足农业生产需求和减轻对水体危害的双重任务发展；（5）排水对水环境的影响日益受到普遍关注。近年来，国外研究学者对农田排水条件下减少氮污染的农业措施、管理措施、工程措施和预测评价软件方面做了大量的研究和实际工作。n在过去的年代里，我国的农田排水事业已取得显著成绩。“九五”期间，针对我国大多数受涝渍威胁地区涝渍相随相伴的特点，对涝渍兼治连续控制的动态排水指标、涝渍兼治的组合排水工程形式及其设计计算方法进行了研究，取得了实用的成果，丰富了农田排水理论和应用技术。近几年,宁夏农业综合开发办利用荷兰政府贷款,引进了荷兰先进的排水设备和技术，在宁夏银北灌区开展了大规模的排水工程建设，有效地调控了地下水位，改善了项目区耕作条件及生态环境，取得明显的社会效益，经济效益和生态效益。我国农田排水工程技术的发展，是从单一明沟排水发展到明沟、暗管、鼠道、竖井及泵站等多种类型的排水工程措施，目前对各种排水工程措施在改造中低产田中的作用及发展方向等方面的认识都比较明确，经验也较为成熟。明沟是当前我国运用最广泛的一种排水措施，各地因地制宜总结并制定了防御涝渍灾害的明沟排水系统技术方案。暗管排水技术较大规模发展于上世纪70年代末，它可控制地下水位，达到排水治渍排盐的作用。竖井排水主要兼具井灌井排作用，对干旱、涝渍、盐碱多灾种并存的华北平原等地区中低产田改造，起着重要作用。鼠道排水具有施工简便、造价低廉且对排除犁底层滞水和地面残留积水特别有效，在粘质土地区其治渍效果好，所以多用作辅助排水措施，对它的适用条件、结构形式、施工方法等方面已取得较多成果。泵站排水，已广泛用于解决不能自流排水的低洼地、平原圩区等地的排水出路。我国生产实践中，一般均根据各地不同灾害类型、不同自然条件、不同技术经济水平，因地制宜地分别应用上述各项排水措施进行涝渍盐碱灾害的治理。控制排水是一种新型的排水技术，在排水暗管或明沟出口加设控制设施，按照农作物种类的不同或生长季节的不同调控地下水位。控制排水已经在美国、荷兰、日本等国家得到广泛应用，控制排水可以提高水资源的利用效率，与湿地、水塘相结合，能有效地处理排水中的氮、磷污染物质。但由于受传统观念的约束，我国重灌轻排思想仍然突出，对农田排水的重要性缺乏足够的认识，有些领域的研究还刚刚起步，如农田排水工程的综合防御技术，新技术新材料的开发及推广应用，农田排水对水环境的影响研究，农田排水软件和硬件技术等都存在较大差距，迫切需要加大人力、物力、财力的投入。另据2001年统计数据，全世界排灌面积比为0.70，中国目前为0.37，远未达到世界平均水平。因而，为防治土壤涝渍和盐碱危害，发展和健全农田排水系统，加强排水理论和技术研究,，都值得我们给予极大的关注。2.4非常规水资源化及其高效安全利用技术研究在节水的同时，开发利用非传统水资源，是解决缺水的重要途径，其中污水资源和咸水、微咸水资源以及天然雨水资源的开发利用极为重要。开发利用非常规水资源已成为众多国家n和地区解决用水危机的新途径而受到普遍重视。在国外，无论是水资源十分紧缺的国家（如以色列），还是水资源相对丰富的国家（如美国）早已开展了污水资源化的开发利用工作。从地域范围看，污水灌溉的实践遍及世界上大多数地区。在经济发达的美国，目前全国50个州中有45个州开展了污水回用于农业的工作，全国城市污水再生回用总量约为8394×10m/a，其中60%用于灌溉；气候干旱的以色列，目前全国建有200多个污水回用工程，其污水利用率已达70%，其中约2/3用于灌溉，灌溉用污水水量占总灌溉水量的1/5；约旦大多数城市处理后的污水主要回用于农业，灌溉面积近10700公顷。此外，世界上其他一些国家如阿根廷、巴西、智利、希腊等国，在污水回用于农业方面也有丰富的实践。微咸水方面,以色列、美国、突尼斯、埃及、中亚、阿拉伯等国家都有较长的微咸水灌溉历史。雨水高效利用在以色列、日本、美国、德国等国家取得了许多成功经验。海水方面，意大利用海水浇灌白菜、甜菜等作物，长势良好，并且含糖量增加；加拿大的耐盐、耐寒的紫羊茅品系，美国的全海水浇灌的大麦品种等，都是利用现有的耐盐或盐土植物品种，经海水浇灌驯化，逐步淘汰选择，提高其抗盐性，最后选育出来的。我国的非常规水资源具有水量大、水量集中的特点。再生水方面，根据规划目标，201083全国污废水处理率将不低于50%，预计再生水总量将达到442.5×10m。微咸水方面，据统8383计中国地下微咸水资源约200×10m/a，可开发量为130×10m，主要分布在易发生干旱的83华北、西北地区，其中黄淮海平原地区2～5g/L的微咸水资源量达54×10m，西北地区(新疆、甘肃、宁夏、陕西、青海、内蒙古的部分地区)矿化度2～5g/L的地下微咸水资源达8388.6×10m。雨水方面，我国的降水总量丰富，但分布不均匀且差异悬殊，我国多年平均降123水量为6.19×10m，年降水量最大的地方超过6000mm，而约有1/3的面积降水量低于200mm，如果能够把雨季和丰水年的水蓄积起来，既可以防涝防洪，又可以解决旱季和枯2水年的缺水状况。海水方面，我国拥有18000km漫长海岸线和20779km沿海滩涂，且分布相对集中。因此我国非常规水资源开发利用潜力很大。我国在非常规水利用领域历史较为悠久，再生水方面，到1998年，全国污水灌溉面积已2达316.8万hm，约占全国灌溉总面积的7.3%，且污水灌溉面积仍在逐渐增大。微咸水方面，我国北方干旱、半干旱地区利用微咸水和咸水进行灌溉，最早可以追溯到80年以前，宁夏同心和海原县用矿化度3～7g/L的咸水灌溉韭菜、芹菜和甘蓝，山西汾河灌区利用浅层地下微咸水灌溉冬小麦、春玉米、棉花等，河北沧州地区自1976年开始利用矿化度小于5g/L的微咸水灌溉小麦等。在我国，近十几年来雨水集蓄利用在农业方面发展迅速，如我国甘肃省实施的“121雨水集流工程”，宁南山区实施的“窑窖农业”，内蒙古自治区进行的“112n集雨节水灌溉工程”都取得了许多经验和较大经济效益。海水方面海南大学生物科学技术研究所利用生物工程技术已获得了可用海水直接灌溉的耐盐豇豆、辣椒、茄子和番茄等。这些为非常规水资源的进一步开发利用提供了技术支撑条件。2.5大中型灌区的现代化管理从世界各国的情况来看，无论是发达国家还是发展中国家，大规模开发和建设灌排设施的时代已经过去，灌区管理成为各国关注的焦点。目前灌区管理方面的热点问题一是灌区管理制度改革，二是以信息化为核心的灌区现代化建设。目前发达国家的灌区管理正朝着信息化、自动化、高效化方向发展，在灌区管理中普遍采用了遥感遥测技术、网络技术、数据通信技术、计算机技术、系统工程、地理信息系统、自动控制技术等，实现了集信息采集－处理－决策－信息反馈－监控为一体的优化调度。美国从20世纪50年代开始就十分重视灌区管理系统的建设。如美国的帝王灌区（ImperialIrrigationDistrict）早在上世纪五十年代后期就兴建了基于电话线的遥控设施。80年代后期，帝王灌区又引入计算机技术对灌区的遥测遥控设施包括控制中心和野外的设施进行了更新改造，同时电话通讯设施也被无线电微波通讯网络所替代。通过这一改造，1988年，该灌区实现了从控制中心对所有干、支渠道闸门的直接监控。澳大利亚最大的河流墨漯河流域（MurrayBasin）是澳大利亚的主要灌溉农业区。从上世纪90年代初开始，维多利亚及新南威尔士州等先后进行了灌区体制改革。古尔本-墨漯灌区（Goulburn-MurrayWater）和墨漯灌区（MurrayIrrigationLimited）是其中的典型代表。两个灌区在体制上分别实行了民营化和私有化，与此同时，两个灌区分别对灌区管理设施进行了更新改造，实现了现代化。以色列的灌溉农田都采用了喷、滴灌等现代灌溉技术和自动控制技术，灌溉水平均利用率达90%。中等发达国家如韩国、马来西亚等在灌区管理的信息化和现代化建设方面发展的也比较快。而发展中国家如印度、埃及、墨西哥等也都在探索灌区信息化，特别是像遥感、地理信息系统已被广泛地应用于灌区管理的研究工作，如灌区作物蒸发量的分析、灌溉用水计划的制定等，但这些工作更多的是一些零星的研究，大规模的信息化建设还有待时日。我国灌区的大规模建设集中在上世纪50年代到70年代。受当时经济发展水平、科技水平及投资体系的制约，大多数灌区先天不足，一般都只有骨干工程，田间工程则大部分未配套。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，从而为灌区的现代化管理提供必要的前提条件。在管理体制方面，我国大中型灌区从80年代开始就一直在探索体制改革，提出了不少观点，进行了多方面的尝试，比如灌区的地位问题，80年代以前，灌区一般都附属于水行n政部门，80年代以后，有的灌区依旧沿袭过去的体制，而不少灌区则变成了独立的法人，有的成了供水公司，还有的成了股份公司，也有的成了用水户的自治组织，近年来，参与式灌溉管理又成了热门的话题；再比如，针对灌溉水价问题和水费征收方式问题也提出了多种途径。但到现在，仍然没有找到一种普遍适用的管理模式，大多数灌区仍然没有走上良性循环的道路。而且从我国目前的管理体制来看，大中型灌区一般是分级管理，灌区只管骨干工程，骨干工程以下的田间工程以及农作物的种植情况等一般由地方管理。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。因此，我国灌区管理体制和制度建设迫切需要进行全面系统的梳理，从而找到适合我国不同地区不同类型灌区并能实现良性发展的管理模式。在管理设施和手段方面，我国从70年代开始就曾在少数几个灌区开展过自动化方面的试验工作，如韶山灌区，但最终没有成功。进入80年代，计算机技术开始在灌区中应用。一些高校和科研单位开始了研究和试点，并取得了一批研究成果并在生产实践中应用。90年代后期，中国水利水电科学研究院等单位先后在甘肃省景泰川提水灌区、陕西泾惠渠灌区等开展了信息化建设工作，取得了一定的成效。但是，目前大多数灌区仍然主要靠人工进行用水的申请和登记，靠人工进行水位和雨量的观测，靠一些简陋的设施和粗放的方法量水或者根本就不量水，不少基层的灌区管理单位甚至还没有微机，用水管理依然主要凭经验。2002年以来，根据水利部农水司[2002]09号《关于开展大型灌区信息化建设试点工作的通知》精神，全国各省市自治区选定了少量灌区开展了信息化试点的规划设计工作。但从总体来讲，我国灌区的管理水平和信息化程度还很低，与发达国家有较大的差距。从上述现状来看，现阶段我国灌区现代化管理的主要内容包括两个方面：一是管理制度体系的建设，包括体制改革、水权水价体系的建设与健全、经营机制等；二是信息化建设，包括各种水雨情及工情等各种信息的采集、传输、存储、处理以及决策支持系统的开发等。前者属于制度层面，后者属于技术层面。灌区信息化建设是提高灌区现代化管理水平、提高管理效率、降低管理成本的重要手段，是灌区今后建设和发展的重要内容。部分灌区信息化建设的实践表明，信息化建设将有力促进灌区“两改一提高”工作，特别是在促进灌区水费制度改革、减轻农民负担、促进灌区职能转变等方面起到积极的推动作用，作为重要科技手段，必将为我国的节水型社会建设发挥重要的支撑作用。2.6农业水环境监测与治理技术水环境的污染从污染源发生的类型上可分为点源与面源两大类。点源污染主要指工业生产过程中与部分城市生活中产生的污染物，因此，这种污染形式具有排污点位集中、排污途n径明确等特征。相对而言，面源污染一般地理解为一种分散的污染源造成的水体污染，即降雨动能的冲击作用及地表径流冲刷而产生的土壤颗粒、土壤有机物、化肥、农药、有机肥料或城市街面堆积物等随地表径流流入受纳水体、引起水质污染的一种污染类型。它的主要特征可以概括为：发生区域的随机性、排放途径及排放污染物的不确定性及污染负荷空间分布的差异性。最主要同时又最易构成水体环境隐患的面源污染形式当属农业面源。三峡大坝库区1990年的统计资料表明，90%的悬浮物来自农田径流，N、P大部分来源于农田径流。从本质上讲，农业面源污染物来自于土壤中的农业化学物质，因此，它的产生、迁移与转化过程实质上是污染物从土壤圈向其它圈层特别是水圈扩散的过程。农业面源污染正在成为水体污染的主要原因，农业面源污染的控制已成为水污染治理的关键。发达国家在农业面源污染治理上主要通过源头控制，开发环境友好的农业生产技术，在各主要水域和水源保护区研究和制定限定性农业生产技术标准。通过技术层面与政策层面的结合，在全流域范围内广泛推行农田最佳养分管理，规范水源保护区农田作物类型、轮作方式、施肥用量、肥料品种和施肥方式，实行全流域氮、磷总量控制，削减农业面源污染排放量。通过这些措施，发达国家在治理农业面源污染方面取得了重大成就，据美国1990年的调查评估报告显示，美国面源污染约占总污染量的2/3，其中农业面源污染占面源污染总量的68%~83%，导致50%~70%的地面水体受污染或威胁影响。近10多年来，通过制定政策、法律和采用环境友好的农业生产技术等措施，美国的农业面源污染已大幅减少，据2006年统计，美国农业面源污染面积已比1990年减少了65%。在欧洲，20多年来，欧盟国家氮、磷化肥用量分别下降了大约30%和50%，曾经十分严重的地下水硝酸盐污染有所缓解，湖泊和近海域水体富营养化也得到一定程度改善。我国农业生产的长足发展固然离不开对农业的投入，但我国农业生产主要靠的是化学投入，表现在化肥、农药、除草剂等用量大幅度地增长。由于目前农业大量施用化肥和农药，特别是过量施用或不合理施用时，在水土流失的同时，大量氮磷元素及农药进入水体导致严重的污染。近20年来，我国化肥施用量超过世界平均水平的1倍多。按年鉴统计，化肥用量由1985年的1775.8万吨增加到了1997年的3980万吨，相应的每公顷耕地化肥施用量由183kg/ha增加到403kg/ha。而利用率只用30－40%，其余70－60%的化肥进入环境，污染水体和土壤。仅2000年，氮、磷肥进入水体的量已达到135万～211万t和10.0万～24.9万t，对生态环境构成较大压力和危害。农药和农膜用量的迅速增长，对农村造成了现实和潜在的环境危害。畜牧业的规模化发展，使其粪便产量远远超过了工业固体废弃物，其有机污染物直接进入水体，产生了严重的环境压力，造成了土壤板结、地力下降、生态环境破坏、n农产品质量下降,影响到农业可持续发展，直接威胁着人类的身体健康。国内有关农业面源污染的理论研究近年来取得了较为丰富的学术成果，学者对农业面源污染与农业的可持续发展关系、对生态环境和人类健康的严重影响已基本形成共识，有力地推进了人们对农业面源污染环境严重后果的认识。同时，我国学者结合我国的基本国情和现状，将节水灌溉与农业面源污染控制相结合，研究控制面源污染的节水灌溉技术和水肥综合管理技术，探讨化肥和农药在农田中的转化迁移规律和预测分析模型。在理论研究和预测分析模型方面，目前我国主要以消化和利用国外的成功模型、重点研究模型参数的取值和模型的适用性问题为主。但由于受研究角度的影响，学者对我国农业面源污染的形成机理多立足于宏观层面，从农业生产的一般组织方式来展开研究。在面源污染治理方面，目前多借鉴发达国家经验，我国农业面源污染治理的手段包括经济手段和行政手段，或者2种手段的综合。2.7农村饮水安全保障技术饮水安全已成为联合国等国际组织广泛使用的概念。据联合国2000年统计资料，全世界大约有17亿人饮用水不安全，其中中国约3.2亿人。国外对饮用水水质标准有明确规定。具有广泛影响的是世界卫生组织（WHO）提出的《饮用水水质准则》，并在1992年日内瓦会议上进行了讨论修改，提出了《饮用水水质指南第2版》（GuidelinesforDrinkingWaterQuality,2ndEd），已于1993年颁布实施。欧共体1980年颁布的饮用水指令（DrinkingWaterDirective）80/778/EC列出了66项水质参数，分成微生物、有毒物质、过量的有害物质、理化参数及感官参数和饮用软化水的最低浓度指标。该标准是欧洲各国制定本国国家标准的重要参考。1995年，欧共体对用水指令80/778/EEC又进行了修正，指标参数由66项减少至48项（瓶装水为50项），包括15项新增参数。新指令更加强调指标值的科学性，与WHO指导标准的一致性，增加了透明度，提出应以用户水龙头处的水样满足水质标准为准。美国联邦环境保护局（USEPA）于1986年颁布了《安全饮用水法案修正案》，规定了实施饮用水水质规则的计划，制定了《国家饮用水基本规则和二级饮用水规则》（NationalPrimaryandSecondaryDrinkingWaterRegulations）。该规则即为现行美国饮用水水质标准，对饮用水中的污染物规定了最大污染物浓度（MCL）和最大污染物浓度目标值（MCLG）。《国家饮用水基本规则》是强制性标准，公共供水系统必须要满足该标准的要求。《国家二级饮用水规则》是非强制性的指导标准，主要是会引起皮肤或感官问题的参数。农村饮水困难和乡镇供水设施缺乏是我国历史上遗留下来的社会问题之一，也是我国经济社会不发达的一个缩影。新中国成立以来，党和政府高度重视农村供水工作，从物力、财n力等各方面给予了大力支持，农村饮水解困和乡镇供水事业取得了较大的进展。1993年，国务院制订并实施《国家八七扶贫攻坚计划》，将解决农村饮水困难作为扶贫攻坚的一项重要内容列入其中，在加大投资力度的基础上，开展了水源（如雨水积蓄）、提水（如手动泵）、净水、特殊水处理（如苦咸水淡化、除砷、除氟）等方面的技术研究和设备开发，促进了农村饮水解困的进程。同时，乡镇供水事业也取得了长足进展，新建、改建、扩建乡镇供水工程15000多处，新增日供水能力3700万立方米，新增受益人口约1.2亿。据统计，到1999年底，我国农村总人口9.4亿人。其中，享有初级自来水的人口约2.2亿，占23.4%；享有简易自来水的人口约1.5亿，占16%；处于非困难水平的约5.2亿人，占55.6%；处于困难水平的5020万人，占5%。2000年初，水利部向国家计委提出了用3年或稍长一些时间，安排中央投资41亿元，解决《国家八七扶贫攻坚计划》遗留的2423万农村人口饮水困难的建议。2001年11月8日，国务院副总理温家宝在国务院召开的全国农田水利基本建设电视电话会上明确提出：“要下决心用3年时间基本解决农村饮水困难问题”。2000－2003年，共下达了85亿元国债资金，专向用于解决5020万农村人口饮水困难。在这期间，主要开展了农村供水政策、法规的研究，提出了中国农村供水2020年发展战略，在分析研究农村供水现状的基础上，针对区域的不同情况，提出今后20年全国5种类型地区农村供水发展的分阶段目标和不同饮水工程类型的管理方式；对投入机制、水价机制和运行机制提出了发展对策措施，为今后农村供水的健康发展提供科学依据。为确保农村供水工程能够长期发挥效益，依据有关法律和法规，编制了《农村供水工程管理指导意见》（讨论稿，简称《意见》）。《意见》明确了农村供水工程管理的宗旨和基本要求，对管理体制、运行机制、管理方式、用水管理、水质管理、水价改革、水费征收和管理以及水行政主管部门加强行业管理等提出指导意见。同时，开始编制《村镇供水技术规范》和《村镇供水技术手册》。3我国农田水利工程学科与国外发达国家研究的差距3.1农田节水灌溉理论与技术研究与国外发达国家的差距（1）全国性和区域性的农业节水试验与监测网络还未形成我国农业节水技术领域研究的基础条件还比较落后，全国性和区域性的试验研究网络还未形成，特别是试验仪器设备条件除了个别中央科研单位和高校的重点实验室可与国际水平n接轨外，大多数的科研单位和高校在该领域的试验条件还相当简陋，影响了试验数据的精度，而且由于仪器设备落后和投入不足，我国实验数据采集的自动化程度低、连续性差，试验大部分靠人工进行。同时，由于没有有效的农业用水状况监测体系，对不同地区、不同灌区的用水水平和节水状况不能有效监督和控制。还有，尚未建立起国家级农业节水技术综合研究中心，还没有建立起国家级和省、地、县、乡级层层分工协作、完善的农业节水试验台站与信息监测网络及农业节水技术研发和推广体系。（2）农业节水灌溉基础研究薄弱对农业节水发展起关键作用的应用基础研究还很欠缺，在灌溉排水条件下土壤水分、盐分、养分的转化运移和尺度效应等方面缺少突破性的研究成果；在农田尺度水分高效利用的应用基础、区域节水高效和对环境友好的农业用水优化模式等方面的研究深度还很不够，影响基础理论研究成果转化为节水效益。总体来说，我国农田水利基础研究薄弱，科技积累不足，整体研究条件较差，跟踪模仿性研究较多，原创性研究较少。（3）节水综合技术体系和应用模式研究不足农业节水技术是一项复杂的系统工程，需要水利、农艺、工程和管理技术的整体融合与合理配套。但目前的现状是在各单项技术之间缺乏有机的连接和集成，缺乏适宜于不同区域水土条件的农业节水技术集成体系和应用模式，导致多项技术的节水增收效果并不比单项技术显著的局面，农业节水技术体系的整体效益难以发挥。我国在农艺节水技术领域缺乏相应的技术产品、配套的应用设施和规范化的技术（产品）标准，实际应用操作复杂，难以掌握，且技术成本的增加使得其规模效益难以发挥。（4）节水设备与产品功能单一，材料与工艺研究水平的滞后我国节水灌溉设备生产中的大宗产品多仿制国外，其中的关键技术和工艺不过关，市场竞争力差。由于从事节水灌溉设备生产的厂家以中小企业和民营企业为主，设计、研制、开发能力有限，产品质量欠缺。又由于引进技术和国产设备在规格和制式上的差异，造成国产节水灌溉设备的通用性、兼容性、互换性、多功能性较差，导致节水灌溉工程的性能不完善、质量低下。（5）农业节水发展政策和制度研究方面的滞后从当前农业节水发展的实际情况看，许多节水技术措施在投入产出方面的表现都不是太n好，这样就很难调动最终用水者采用这些节水技术措施的积极性。由于经济效益不好，许多地方政府和水管理部门缺少了推动农业节水发展的主动性，形成了许多地区农业节水发展主要依靠国家投资和行政驱动的局面，这样就很难保证农业节水能够持续稳定发展。在我国，管理落后成为发展农业节水的重要障碍，如：灌溉用水计量和收费方式与节水的需求不相符合；节水活动投入主体和收益主体的严重错位；水权分配与交易机制尚不健全等，不解决这些问题，即使再有效的节水技术也很难得到长期推广应用。（6）作物抗旱种质资源发掘与利用不够我国抗旱种质资源利用效率低，种质创新工作亟需加强。与先进国家相比，我国农作物抗旱种质资源的发掘利用工作存在以下三方面的问题：（1）对种质资源的鉴定评价不足；（2）对优异基因的发掘利用起步晚、进展慢，由于研究经费、研究的技术手段和研究条件的限制，在优异新基因发掘利用方面我们才刚刚起步，远远落在发达国家的后面；（3）对国外种质资源的收集研究相对滞后。3.2农田排水研究与国外发达国家的差距（1）治理标准偏低我国很多地方对排水除涝缺乏足够的认识，特别是近年来北方地区持续干旱，水资源短缺的形势日益紧迫，在高度重视解决水资源紧缺的同时，放松了对涝渍灾害的警惕。排水工程投入严重不足，原有的排水河道被占用或淤积堵塞，丧失了排水能力，有些排水工程的排水能力还不到设计标准的一半；一些田间排水沟道被废除，涝渍碱治理的经验和措施得不到推广应用。多数地区排涝标准不足3—5年，与发达国家农村地区的排涝标准相差甚远。（2）施工机械落后暗管排水施工机械主要有无沟铺管机和开沟铺管机两种。过去由于用刚性管材，且系人工埋设，效率不高，质量难以保证。1979年我国引进荷兰S-90型开沟铺管机并在天津郊区使用；80年代初国内先后研制开发出三种型号开沟铺管机，配备12、35和75马力拖拉机作动力，开沟埋管深度达到1.0—2.5m。随后，宁夏和新疆分别引进美国和荷兰开沟铺管机，并得到一定规模的应用。随着技术的发展，开沟铺管设备也在不断的改进和完善，以往的开沟铺管机多存在动力不足，纵坡控制较差，在地下水位较高时施工速度慢或很困难，受技术、经济等多种条件的限制，目前我国各类型暗管排水面积不超过150万亩左右，机械化作业水n平远低于发达国家。（3）外包过滤材料研究刚刚起步随暗管排水发展而出现的一个突出的技术问题是，在轻质土内埋管如何才能有效地防止排水暗管被淤堵又能保持稳定的透水性。由于土工织物与传统的过滤排水材料(砂石料等)相比具有产品系列多、性能稳定、质轻、运输施工方便、劳动强度低、工效高、施工质量易保证等优点，世界上许多国家近二十年来又将土工织物用作农田排水暗管的外包过滤材料，开展了大量的研究和田间应用，取得了有益的经验。我国在这方面也开始进行一些研究，但系列较短水平较低，实用经验不多。（4）研究的基础条件和技术水平落后由于对除涝排水没有给予重视和投入严重不足，以往的排水试验站任务削弱、改变，并逐渐移到其它方面的试验研究。农田排水技术领域研究的基础条件设施和信息获取手段还很落后，大部分观测手段原始，依靠人工操作进行，尤其是排水流量和水位的观测，影响了试验数据的精度，而且没有较长系列完整的资料，特别是排水水质的观测数据，限制了农田排水对河流、湖泊等水体环境的影响评价与对策研究。近年来，在排水基础理论研究、排水条件下氮磷运移机理、计算机模拟技术、信息技术在排水领域的应用等研究都缺乏人力、物力和财力的投入，研究成果比较少甚至有些还属于空白。（5）排水对水环境的影响还未引起高度重视农田排水不仅是有害盐类，而且也是大量污染物质进入水体的主要传输途径。长期以来，化肥和农药的大量使用，对土壤和水体等环境产生了不良影响，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稳定的发展。大量研究表明，地下排水中硝态氮的损失是地表水和地下水水质恶化的主要污染源。据有关资料统计，我国的耕地仅占世界耕地的7%，但使用了世界化肥的25%，单位面积化肥使用量为世界之最。以化肥利用率20%～30%和农田排水占灌溉水量的20%～30%计，除了气态氮挥发损失、反硝化脱氮损失外，通过农田排水的氮损失对水体的污染是很可观的。以往研究中，通过地表径流的水土流失和污染物流失对水环境的影响研究一直是我国环境部门、乃至水环境保护研究的重点，而污染物通过地下排水进入地表水体的损失量、损失机理、控制途径一直没有得到高度的重视。一些河流、湖泊经过很多年的治理没有明显的好转，原因是多方面的，而农田排水对水体的影响是不可忽视的。n3.3非常规水的资源化研究与国外发达国家的差距（1）污水灌溉对农作物生长发育影响的机理研究有待加强许多试验大都停留在对比分析，如污水灌溉对植物生理性状的危害程度，未能指出是由于哪种污染元素的作用或哪几种元素的联合作用，同时对这些元素的毒害原理和作用机制也缺乏相关研究。对于不同污水水质灌溉下的不同农作物，可以有针对性地去除对作物生长危害严重的污染物质，设定合理的污水稀释比例，制定科学的污水灌溉制度和清、污轮灌制度，在实现污水灌溉利用价值最大化的同时达到食品安全和环境保护的要求。（2）污水处理的工程技术措施仍存在许多不足和问题用于污水处理的氧化塘和人工湿地一般占地面积较大，单位面积净化负荷水平较低，污水停留时间长。同时，污水中的有害物质对周围环境和地下水资源安全存在一定威胁，因此氧化塘和人工湿地的防渗及周围隔离带的设立工作必需加强。（3）非常规水灌溉污染风险及评价体系和评价指标有待确立劣质水灌溉对土壤—植物—地下水系统的危害程度缺乏定量化研究，其安全控制标准有待建立。区域性咸水利用和改造的研究方面，合理的咸水开采水平、开采条件下浅层咸水资源的评价方法、地面水（淡水）与地下水（咸水）联合运用与调度模式、长期利用咸水灌溉后的环境影响、安全控制指标体系、风险分析及其监控测报系统等尚待形成完整的技术体系。（4）雨水集蓄利用配套设施不健全在雨水集蓄利用方面，国际上已从过去经验的总结，向现代技术的应用和工业化技术产品生产方面转变（比如德国的塑料窖体生产等）。雨水利用也不仅仅只是为了解决生活用水和农业用水，而逐步开始对雨水资源化和水资源的保护与高效利用进行探索。在我国，与集蓄雨水高效利用相配套的免耕技术及机械化机具在一定程度上解决了半干旱地区的播种出苗和灌溉问题，但在一些关键技术上尚未突破。目前，我国雨水集蓄利用的方式、材料和技术发展落后，雨水利用新技术和新方法的研究十分薄弱，已难以适应集雨工程迅速发展的需求。3.4大中型灌区现代化管理研究与国外发达国家的差距总体来讲，我国灌区的管理水平和信息化程度还很低，与发达国家有较大的差距，主要n表现在以下几个方面：（1）灌区信息采集点少、手段落后2有关调查资料显示，大型灌区平均0.37万hm有一个水位、流量观测点，单位测点控制渠道长度94km，农业用水户单元小、数量多，造成事实上根本无法对用水户的用水量进行细致、实时的监控。同时，观测手段也相对落后，现在灌区大部分仍是采用简单的、经验的方法进行水量监测，测量精度较低，而且由于不能及时准确地获得水流和灌区灌溉管理所需的其他信息，大多数灌区不能动态制定用水计划，使得用水调度大多凭经验进行，不可避免地造成一些无效放水。（2）灌区信息传输手段比较单一、落后目前，大多数灌区的信息传输手段限于传统的电话网络或者人工报送，监测的水情、墒情和作物长势等信息只能人工通过电话或整编后的纸媒介进行传输，时效性差，难以满足实时调水的需求。（3）灌区信息化系统的综合集成能力差灌区信息化系统在设计和建设时，雨量采集、灌溉需水分析、水资源监控、供水调控、水费收缴、内部管理、决策咨询等系统各自独立，其结果使得硬件资源利用率低，维护费用增加，投入高，无法满足灌区日常管理工作的要求。在具体工作中又只重视硬件投入，不重视软件开发。这不但使得硬件不能充分发挥效力，系统的操作维护困难，而且资料的整理分析等后续工作还需要手工操作，没有真正减轻工作量。（4）灌区信息化建设没有真正形成产品多年来，我国在灌区信息化研究方面已做了不少工作，但一直处于研究和试验阶段，没有真正形成产品。例如关于灌区自动化研究，在技术上可能存在缺陷，稳定性、耐用性差，一旦出现问题，除当时参加研发的人员以外，其他技术人员较难解决。往往是研发人员在的时候，系统运行良好，当研发人员离去以后，技术力量较强的灌区尚可勉强维持，而技术力量较弱的灌区，则容易陷入停滞状态。（5）灌区信息化建设信息的共享性差由于灌区信息化建设长期以来没有一个统一的规划和标准，各灌区各自为政、各自封闭，使得灌区之间的信息难以共享，也难以与其他相关系统实现联网，共享信息。同时，各灌区n重复开发、重复建设现象严重，造成很大的浪费。（6）灌区管理人员信息化意识和技术水平亟需提高部分灌区也尝试进行信息化方面的建设，但由于灌区管理人员信息化技术水平比较低，使得建成的信息系统使用难、管理维护更难，无法充分发挥已建系统的作用，更兼新老系统共同运行，不仅没有减轻反而加重了灌区工作人员的负担。久而久之，新建系统逐渐老化、落后，人们也对信息化的效益产生了怀疑，系统无法进行更新改造，逐渐淘汰，灌区管理又恢复到从前。灌区要实现信息化，必须从提高灌区管理人员的信息化意识和技术水平入手，使之能够很好的使用信息化系统，对信息化系统能够进行必要的管理和维护。只有这样，才能推动信息化建设，也只有这样，才能使得信息化建设落在实处，对实际工作发挥其应有的作用。（7）进行水利信息化研究和开发的专业技术力量比较缺乏目前主要依靠一些不熟悉水利专业的IT行业人员和不熟悉IT行业的水利类的大专院校、科研院所进行研发。研发人员对灌区信息化的研究和开发尚在摸索当中，实际应用就更加困难。3.5农业面源污染研究与国外发达国家的差距学者对我国农业面源污染的形成机理多立足于宏观层面，从农业生产的一般组织方式来展开研究，这就造成几个方面的不足：（1）农业面源污染理论研究不够细致具体我国学者在面源污染的研究方面多立足宏观层面，忽视了微观层面上的农业生产主体行为与农业面源污染之间的关系，忽略了不同地区农业生产要素禀赋结构差异对农业面源污染的影响，甚至对农村面源污染与农业面源污染的基本概念和内涵都未作严格的区分。（2）农业面源污染立法不足我国没有对面源污染单行立法，有关预防和控制面源污染的条文散见于现行法律、法规和政策之中，而且这样的条文并不多见。虽然有些法律、法规在某些条文中提及了面源污染，但是，这些规定都过于原则，没有制定切实可行的预防和控制面源污染的措施。n（3）面源污染治理措施脱离国情学者提出的有关农业面源污染的治理措施多是在借鉴发达国家的经验基础上，忽略了我国农业发展水平与发达国家的差距，中国土地要素制度安排、农业生产组织方式以及在现有土地制度安排下，农户行为与发达国家的不同，影响了相关政策的可操作性。3.6在农村供水领域研究与国外发达国家的主要差距（1）水质检测标准不全面、检测手段落后我国饮用水水质标准和世界卫生组织及发达国家相比，项目少，部分项目标准值低。国外发达国家的饮用水水质标准中检测项数已达100多个项目，而我国目前执行的仍是国标GB5749-85《生活饮用水卫生标准》，检测项数只有35个，即使按照这35个项目检测，农村供水仍远远达不到要求，许多供水单位只能进行常规水质化验，地方卫生防疫部门不能做到适时检测。农村供水水质检测手段落后，观测设备配备不足，尚不能检测国家对水质标准规定的全部项目。（2）净水水质质量自动化控制能力差国外发达国家在水质的自动监测、遥测、遥讯、遥控方面较我国先进。在水厂内设备运行、药剂投加均可全部显示；水质超标，设备故障，可自动报警；生成数据可进行微机处理。投氯设备自动化水平较高，水厂的消毒工艺全部实现了自动化；逐步以其它消毒技术取代加氯消毒技术。（3）管网水量漏失指标不全面国外衡量漏耗的指标有：漏失率、供水无效率、管道单位长度平年漏失水量，综合应用能比较科学合理的确定水厂的漏耗情况；国内主要以漏失率为评价指标，统计数据与国外差不多，但管道单位长度平年漏失水量是发达国家的几倍。在发达国家，已经把漏损控制作为一个系统工程加以研究，国外的检漏方法和手段都比较先进，我国农村仍然采用“勤跑、勤看”比较传统而落后的方法。（4）特殊水处理工艺及设备研制不成熟国外对特殊水处理已有成熟的技术和设备，比国内设备先进，但其处理设备的价格和处理成本都远远高于国内的相应产品。n（5）农村供水工程运行管理体制刚刚起步我国农村供水工程运行管理体制的研究处于摸索探索阶段，而西方发达国家水厂经过长期的研究与实践，基本形成了比较成熟的模式，市场化程度高。4农田水利工程学科未来发展方向农业水利学科的发展将围绕提高农业用水效率、保护农业水环境和维持灌溉农业持续发展等主题，开展灌溉排水和农业水环境基础理论与应用技术的研究，主要包括以下几方面：4.1农田系统中水分、养分、盐分循环机理与区域水盐演化规律作物在土壤中吸收水分、养分并调节土壤中的盐分，通过蒸腾将大部分水分转化到大气中，将养分的一部分组成作物的机体，将盐分残留在土壤中。大气、作物、土壤和地下水中水分、养分和盐分的循环过程，决定了作物的生长状况，控制了作物对于养分的吸收和氮磷的流失，导致了土壤盐分的积累和演化。灌溉排水的目的是保证作物的正常生长，提高作物的质量和产量，并且不会导致农业生态系统的退化和非持续发展。因此，农田系统中与作物生长有关的物质循环规律和机理，是农业水利研究的基础理论问题。国内外学者对于水分、养分和盐分的运移开展了大量的研究，但研究多偏重于局部，或侧重于农田系统中水分的研究，而将这个系统中各种物质的相互耦合，且以农田生态环境作为控制性指标的研究较少。在农田系统中水分、养分、盐分循环规律研究方面，未来研究重点为：（1）农田系统中养分迁移转化规律和养分流失控制研究随着氮磷面源污染的加剧，需要研究区域尺度氮素迁移转化规律，分析氮磷在不同尺度下迁移转化的特征，建立区域尺度氮磷迁移转化预测模型，提出流域农业面源污染预测、控制的途径和灌溉排水条件下农业化肥高效利用模式。探讨农业生产中氮磷流失的各种影响因素和转化运移特征，根据不同地区的特点确定适宜的施肥标准，建立氮肥优化配置管理系统和合理的施肥制度，提高作物对肥料的吸收效率，减少氮磷的流失量和农业面源污染。定量研究氮磷在土壤水和地下水两种不同地球化学环境中迁移转化的耦合理论，研究简化和实用的氮素转化运移模式，特别是研究氮素挥发、反硝化、作物吸收和土壤本底氮素对于氮素平衡的影响，分析硝态氮在地下水中的运动形态和转化过程，为地下水污染治理和高n效用肥提供理论基础。（2）变化环境下土壤盐分演变趋势和土壤盐渍化控制研究变化环境包括人类活动及气候变化，其中人类活动的影响很大程度上也将通过影响气候的变化来影响作物的耗用水规律。研究环境变化对盐分循环与盐渍化演变产生的影响，判断各种人类活动强烈影响下土壤盐渍化的演变趋势；分析和预测变化条件下农田用水量和耗水量的变化规律，探讨长时间尺度非饱和土壤的水量平衡特征，建立水分平衡和盐分平衡的耦合机理；研究水分和盐分年内短时间、高强度频繁涨落和多年长时间尺度的土壤盐分缓慢积累的时间尺度耦合机理和模型；研究局部非饱和带活跃的水盐交替和区域大尺度范围盐分缓慢积累的土壤盐分演化的尺度耦合问题。结合经济发展、环境效应、水盐均衡，建立持续发展下的土壤盐分调控理论和模式，提出维持土壤持续利用的土壤水盐控制方法和途径。4.2节水灌溉理论和技术（1）作物耗水的空间尺度转换理论及方法目前对作物耗水的监测基本在小区及田间尺度，由于影响作物耗水相关要素的空间变异性，如何根据点上的作物耗水资料进行区域作物耗水的估算，解决由点到面的作物耗水的空间尺度提升；通过遥感遥测资料估算宏观的作物耗水基础信息，需要研究宏观作物耗水信息转化为区域作物耗水量理论和方法，为区域尺度灌溉用水配置提供基础信息。（2）定量区分气候变化与人类活动对作物耗水及灌溉用水的影响我国城镇化率不断提高，以城镇为中心的热岛效应明显增强，城镇与农田之间平流作用强烈，许多地区年际间气温呈逐年上升趋势、辐射则呈逐年下降趋势、而参考作物蒸发蒸腾量则有升有降，显著影响了区域耗水量及灌溉用水量。这些人类活动及气候变化影响田块尺度的作物耗水强度及灌溉用水，同时由于田间作物耗水的改变，进入大气的蒸发蒸腾量不同，又进一步影响农田小气候，下垫面条件的改变也影响农田光、热等能量平衡，进而影响农田小气候，农田小气候改变导致区域尺度的气候变化（降雨减少、气温升高等），这种变化又进一步影响作物耗水及灌溉用水。因此，应从更长的时间尺度、更大的空间尺度将人类活动与气候变化对作物耗水及灌溉用水的影响进行综合研究。实际上，由于人类活动很大程度上通过影响气候变化来对作物耗水产生影响，特别是在较长的时间尺度及较大的空间尺度，因此很难将人类活动与气候变化截然分开，但从研究变n化环境下作物耗水的调控机理及途径层面上，又必须将两者分开。如何在不同的时空尺度下探明两者对作物耗水影响规律、建立其定量关系是研究的基础，也是难点。（3）变化环境下的节水高效灌溉技术及其环境效应变化环境下由于作物耗水规律及灌溉用水量显著变化，主要研究不同尺度节水高效灌溉技术和管理模式，探讨不同节水灌溉技术对农业水循环过程、气候变化及水环境的影响。节水灌溉技术在我国推广面积迅速增加，在改变现有农业灌水模式节水的同时也势必对周围环境造成影响。如水稻改变传统淹灌模式，甚至采用无水层灌溉模式，从而显著改变原有稻田水循环过程，减少耗水量及灌溉用水量，改变稻田CH4的排放规律；作物品种的改良，特别是抗旱节水品种的采用显著影响作物的耗水及灌溉用水量。作物耗水及灌溉用水改变后，需要研究农田及灌区尺度排水的变化规律，同时研究排水中农业面源污染负荷变化规律和定量描述方法。（4）节水灌溉关键设备的研发和产品化研究“标准化，通用化、系列号”的节水管材管件，研究“高质量、标准化、系列号”的节水灌溉控制部件，研究规格多，内密封性好，容积大的化肥罐和大型过滤器装置。（5）农业节水信息化管理研究利用基于遥感监测或者单株作物检测的电信号与其他信号和作物水分信息关系的时空变异性，提高节水管理信息采集、传输的可靠性，研究依据土壤、作物、微气象数据和可用灌溉水量预报的农业节水优化模式的数字化设计软件，研究使用信息技术提高节水效益之间的新方法。（6）抗旱作物新品种的研究努力发掘作物抗旱种质资源，研究快速、高效的抗旱性鉴定评价方法与指标。4.3农业排水理论及涝渍治理（1）因地制宜研究各地的排水控制理论与技术主要研究节水灌溉条件下的排水控制理论及技术，长期灌溉条件下的区域土壤盐分平衡理论与预测分析方法，集约化农业和设施农业的排水问题，干旱半干旱地区（特别是膜下滴灌地区）的排水措施和盐分控制，湿润半湿润地区涝渍兼治的排涝防渍标准和排水技术、区n域排水指标与田间排水标准的衔接技术等问题。（2）研究渍害对作物的影响研究作物不同生长阶段对渍害的敏感程度差异；涝渍综合排水指标与作物产量的数学模型；把排水控制指标同作物产量与品质联系起来，研究作物对涝渍胁迫的敏感性；在单一涝渍过程对作物的影响研究的基础上，发展多个涝渍过程对作物的复合影响研究。（3）防洪与排涝的关系研究当前，我国农业生产基本上以户为承包单位，因而在排涝能力上也因户而异，缺少全局性的地区治涝防涝规划。而区域性的防洪工程多是由国家和地方政府投资，与除涝相比,水库、堤防等防洪工程标准相对较高。如何对流域的排涝系统进行统一规划，合理协调防洪与排涝的关系，解决蓄洪与垦殖的矛盾,提高低洼涝渍地区的除涝排水能力，仍是当前的迫切要求和值得解决的问题。（4）涝渍盐碱综合防御工程技术体系研究加强涝渍盐碱综合防御组合排水工程技术模式、组合排水设计技术、动态排水控制指标、组合排水工程运行管理的研究和推广应用，提高对涝渍盐碱灾害的防御能力；以排水标准作为治理的目标和依据，研究明沟、暗管、竖井及其优化组合的适用有效排水技术；研究适应不同地区的新型暗管排水外包料规格，在排水施工机械引进、消化的基础上,开发适应我国国情的高质高效排水施工设备，形成大规模实施农田暗管排水的机械化施工能力，为我国农业涝渍盐碱灾害防御提出一整套综合治理技术。（5）工程措施与非工程措施相结合探讨除涝工程管理运用操作规程和控制运用模式，进行防洪除涝系统优化调度研究，建立农村防洪除涝系统优化规划的数学模型、决策技术及优化方案等，最大限度发挥内河、水面蓄滞洪涝的功能，既减少农田洪涝灾害损失，又避免人为增大河道洪峰流量抬高洪峰水位的趋向。与此同时,研究适应种植、培育耐湿耐涝品种，提高作物抗涝能力，以减轻受灾损失程度。（6）基于信息技术的决策支持系统的建立建立基于GIS技术、满足涝渍防御管理需求的决策支持系统。系统中包括有关气象、水文、土壤、下垫面条件、防洪除涝工程及区域社会经济发展状况的数据库，具备各类信息n的空间显示、查询和分析功能；结合不同类型的应用软件，研究不同类型区地面水、土壤水、地下水及溶质的运移与工程治理程度(渠、沟、管、泵、闸的规格标准及优化布局形式等)的关系，对不同频率典型年洪涝的风险、洪涝灾害经济损失及其对农村生态环境的影响进行预测评价，以及对不同治理和调度方案下实际发生的洪涝情况进行风险预测及评价，实行沟、站、井、闸、涵统一调度，提高除涝能力。建立土壤水盐自动监测和数据采集系统，研究不同形式灌排措施特别是普遍实施节水灌溉条件下的土壤盐分控制指标，和不同类型气候、土壤、地下水条件下的主要作物耐盐、碱度指标；研究不同类型的土地利用情况和不同灌排措施条件下，防治土壤盐碱化的地下水动态调控指标；以水盐均衡理论为依据，采用计算机模拟技术，探求灌区土壤次生盐渍化的预测、预报方法，控制指标和适宜措施等,为防治工程的建设与运行提供依据。（7）农田排水水环境影响控制技术及示范管理选择面积大、有代表性的典型农田排水地区,建立水氮磷运移动态监测网,研究评价不同地域农业生产活动、农田排水措施等因素对水污染负荷的影响，典型区域农田化肥流失途径、分区污染特征、季节变化规律；研究不同农业管理措施(不同施肥水平、不同耕作、不同灌溉模式)条件下土壤中溶质运移转化内在机理及地表和地下氮磷损失规律；建立农田排水条件下肥料运移转化的准二维预测预报模型,实现不同水肥管理措施及不同地下水位条件下化肥对土壤、作物和水环境的影响评价及预测预报；评价控制排水对减小地下排水中的氮损失量的影响，提出适宜的农田控制排水措施及可操作方案；分析探讨排水系统设计规模与地下排水中硝态氮损失与作物相对产量的相互联系和制约机制，提出同时考虑作物产量、地下水环境和工程投资的排水工程优化设计方法；运用地理信息系统与非点源(化肥等)污染模型相结合，建立典型地区自然、社会经济空间特征信息数据库，结合空间分析技术，研究农田化肥等污染与主要控制保护措施(排水控制措施、农业管理措施)的响应关系，制定相应的工程和管理措施及对策。（8）农田排水工程技术的规范化和定型化研究研究制定能够充分反映现代科学技术水平,全国统一的和具有地方特色的农田排水工程技术规程、规范，使工程的规划、设计与实施等纳入规范化和定性化的轨道，对保证工程质量，提高运行效率和经济效益以及耐久性等，都具有重要的意义。n4.4非常规水资源化与灌溉利用（1）非常规水长期灌溉的生态安全研究研究再生水灌溉条件下，主要农作物生理生态特征对有害物质的响应；有害物质在作物不同部位的累积及其对农产品品质的影响；再生水灌溉对土壤渗透性的影响；有害物质（重金属、盐分等）在土壤中的运移、转化、吸附与累积的动态过程；再生水灌溉对土壤和地下水的潜在影响。研究咸水灌溉条件下土壤和地下水盐分动态的预测技术，分析和预测长期微咸水灌溉过程中盐分积累和富集规律，为维持微咸水灌溉的可持续发展提供理论支撑。（2）非常规水资源化技术研究在未来研究中，要加强对非常规水资源利用进行动态监测研究，尽快建立适合我国农业特点和基本国情的非常规水灌溉安全性评价指标体系,为非常规水资源的综合开发利用提供科学依据。研究再生水满足灌溉控制指标的净化技术；再生水安全的量化指标体系；开发适用于城镇生活污水资源化的新型高效、价廉的持续性处理技术（利用土壤过滤与吸附、土壤微生物作用与农作物的吸收等生物处理技术）；研究污灌下的不同灌水方式、污净水混灌或轮灌的应用技术、不同污灌方式下的作物灌溉制度；生活污水城镇绿化应用技术；研究雨水资源开发潜力与利用模式，建立雨水资源收集与高效利用途径和技术模式。根据作物不同生育期的耐盐要求和当地的水源状况，研究咸淡水轮灌的交替方式，咸淡水轮灌的分配方式、灌水时间和适宜水量，提出适合当地气候特点和土壤盐分动态分布的最优咸淡水轮灌方式和相应控制指标。通过对已有研究成果的分析和大田微咸水实验，研究制定不同的淡水、雨水和微咸水资源条件、不同灌溉技术条件、并能满足淋洗需水要求的主要作物的微咸水灌溉制度。研究保持微咸水灌区区域盐分均衡的排水控盐技术、旱排盐技术及其在干旱地区的适用性；排盐地区的设计及规划方法；研究微咸水灌区用于高浓度咸水排水的蒸发池排盐技术。4.5现代灌区信息化管理（1）灌区管理模式的研究通过比较分析国内外各种类型的灌区管理模式，从灌区性质、灌区水价体系和经营管理等方面提出适合我国不同地区不同类型的灌区管理模式。研究灌区水质水量统一管理的理论与方法；复杂灌排系统联合运用技术。关于农业水权的研究，包括农业用水水权、排水水权、n排污权的初始分配；农业水权的主体、取得以及内容表达的程序化与法律范式；农业水权的转让等。探讨高新技术在农业水利现代化管理中的应用，农田与灌区（渠系）水利管理问题研究，水资源农业利用的水土环境效应评估与水土环境整治技术，农村饮水安全的成套技术和设备研究等内容。（2）量水设施及设备研究研究水分损失小、价廉、精度高、抗干扰性强的渠系量水设备，研制具有量水和控制双重功能的取水口量水设施、新型管道量水仪表、适合高含沙渠道采用的量水装置等，开发经济实用的灌区自动化量水二次仪表及设备、井灌区计量与控制用水装置等。（3）数字灌区关键技术研究研究利用全球卫星定位系统（GPS）和地理信息系统（G1S）、遥感技术（RS）和计算机控制系统的精细准确调整灌水施肥的精准灌溉技术，开发利用自动化、GIS、GPS、RS的水情自动测报系统和区域水资源管理系统。开展数字灌域关键技术研究，建立和完善农业水利信息化综合体系，包括利用遥感影象资料获取灌区农作物分布、土壤墒情、塘堰调查等各类空间信息的技术；研发工程监测管理系统，即以GIS为平台，开发灌区工程设施的数据库系统和动态监测体系，观测、记录工程设施的运行状况，及时提出灌区工程维护与更新改造的方案，保证系统的正常运转。建立水土保持监测与管理信息系统，对流域及农村区域的水土流失现状进行动态监测，为退耕还林和淤地坝建设，为水土保持区域和小流域治理工程提供设计、咨询评价及管理和决策支持。（4）灌区工程设施加固、完善与改造技术研究我国大部分灌区建于上个世纪60－70年代，由于建设时的条件所限，且经过30－40年的运行，许多灌区的工程设施不但存在严重老化问题，还存在配套不完善的问题，迫切需要加固、完善和技术改造，这就需要开展相关的技术研究工作。4.6农业水环境农业面源污染问题具有特殊性，很难用城市污水处理系统的技术解决农业面源污染问题，需要与灌溉排水相结合，解决合理灌溉、合理施肥、合理排水，提高化肥的利用率，充分利用农田生态系统，消耗或降解农业的氮磷。对农业面源污染的研究，需要进一步研究和定量描述化肥、农药在大气、作物、土壤、灌水、淋滤、排水等水分转化和流动系统中的迁n移转化规律，在此基础上提出农业面源污染的控制措施。农田既是被污染对象，又是处理污水的土地系统，污染物既是农业的污染源，又是作物生长的重要养分，处理好这种相互矛盾和相互关联的问题，是本研究的特色。研究以保护和改善农村水环境的切入点，控制农业面污染源，利用农业生态系统，将污染源转化为资源，利用农田、沟道、洼地等，通过灌溉、排水等手段，调整好农业生态系统，维持系统的良性发展。主要研究内容为：（1）农业面源污染形成机理研究研究“灌溉—排水—湿地”系统主要污染物迁移、转化机理，水稻田的产流和水质过程耦合机理，节水灌溉条件下灌区环境、生态时空演变规律；研究不同灌溉模式、施肥措施、排水条件、用水管理条件下的氮磷运移、转化规律；建立田间尺度的土壤水分与氮磷运移转化的耦合模型，分析灌溉、施肥对地下水质量的影响和控制措施。（2）灌区生态系统的演化、健康评价及节水防污型生态灌溉模式研究农田土壤面源污染物的环境效应根据生态系统健康的理论进行评价。生态系统健康的理论在近二十年才逐步形成，农业作为与人类最密切相关的生态系统，其健康状况更应受到重视。虽然国内外已就农业生态系统健康的概念、评价方法和评价指标等方面作了一些探讨，但对生态系统健康的评价多是定性的判断；同时，生态系统的复杂性决定了其不能用一个或几个指标来准确概括。灌区是更为复杂的生态系统，灌溉和排水系统有机地联系了区内水分和物质的循环。如何通过微观与宏观相结合，在区域调查和田间实验的基础上，利用和改进现有的评价方法，将定性评价与定量分析有效结合，并考虑指标选择的整体性、可比性和可获得性以及系统的等级性、建立一套防止灌区生态系统健康评价指标，实施可持续发展环境评价，是需要进一步探讨的问题。相关的研究问题为：①分析典型灌区景观格局及其变化过程，变化环境下灌溉农田景观过程响应，对比分析农业水利活动对微观和宏观农业生态系统变化的影响；②建立提高灌区生态系统的碳汇能力、节水和防止面源污染的农业水利的最佳管理措施；③探讨灌区生态系统健康的评价方法，建立农田生态系统健康与环境友好的评价指标体系。（3）农业面源污染防治技术体系建设研究研究控制面源污染的法律法规，制订强有力的法规体系，拟定新的化肥和农药管理法律法规，鼓励能够减少面源污染的化肥和有机肥的生产和使用；建立我国有机废弃物排放的法规，有效控制城镇的污水排放和规模化养殖场牲畜粪尿的排放。n在农业面源污染高风险的地区建立监测站，开展污染高风险区的面源污染现状调查，为面源污染的研究提供全面可靠的信息。建设成熟的施肥和施药技术体系，确定不同区域主要作物的施肥区划；采用免耕和其他农田保护技术（缓冲带和生态沟渠），减少由于土壤侵蚀导致的磷酸盐和农药损失。开展面源污染控制最佳措施体系的研究和示范，研究生态沟渠、生态湿地、生态隔离带等技术，同时开发适合农村及农田污染物控制的生态技术，吸取国外先进国家发展有机农业、生态农业、绿色农业的经验，建立面源污染控制试点区。4.7农村安全饮用水建设4.8注重农田水利学科与其他学科的交叉研究现代农业水利是在传统的农田水利的基础上，根据学科发展和社会经济发展的需要，融入了生物、环境、计算机、信息、高分子材料等一系列学科，具有多学科相互交叉、各种学科和高技术互相渗透的明显特征。农田水利学科的发展必须注重与其他的学科的交叉研究。（1）与遥测、遥感学科的交叉在田间和小尺度开展农业水利基础性研究，已经取得大量的研究成果。从小区域的理论研究成果到大区域的实际应用，必须依赖现代的大区域监测和分析技术。3S技术的应用产生了数字渠道、数字灌区等概念。利用遥感影象资料获取灌区农作物分布、土壤墒情、土壤盐分、作物耗水、水源特征、塘堰分布等各类空间信息，综合各种预测技术、优化技术、灌溉用水计算机管理技术，使灌溉用水实现了由静态用水向动态用水的转变，形成节水灌溉综合决策支持系统，建立满足涝渍防御管理需求的决策支持系统。利用3S和计算机控制系统进行精细准确调整灌水施肥的精准灌溉技术，可最大限度地优化各项农业投入，充分挖掘田间水肥差异性所隐含的增产潜力。农业面源污染起源于分散、多样的地区，分布广、面积大，随机性强、潜伏周期长，地理边界和发生位置难以识别。农业面源污染空间分布的特点正是遥感遥测的监测优势，利用遥感的数据采集和地理信息系统对空间数据的处理，结合农业灌溉、排水、施肥、水量平衡，结合地表水量水质的区域监测，可研究不同的土地利用方式和农业水肥管理措施对流域水文n和水质的影响。（2）与生态、环境学科交叉生态农业为现代农业的一个重要方向，与传统农业相比，生态农业综合应用节水、节肥、节药等可持续农业技术，配套实施耕作制度的改革、施肥施药方法的革新、农业灌溉的新手段，以上研究也是农业面源污染从宏观上得以控制的关键。农业面源污染控制中涉及流域管理、河流生态系统保护、景观格局的维护均离不开生态农业的应用。传统的农业水利学科，多重视水分的循环，从力学和资源的观点研究灌溉与排水过程，环境和生态的研究相对薄弱。水资源的短缺和水环境危害日益突出，农业水利学科需要与生态、环境学科结合，研究农业节水和高强度农业种植条件下农业生态的响应和环境演化规律，为现代农业的持续发展提供理论支持。（3）与生物学科交叉现代农业节水的一个发展趋势是更加重视改良和利用作物的抗旱、耐旱性及水分高效利用性，通过认识作物抗旱、耐旱机理，筛选高水分利用效率作物品种，提高作物本身的节水潜力；将工程措施、农业措施与管理措施有机结合，形成综合节水技术，并向标准化和智能化方向迈进。农业水利工程的重要环节是通过灌溉排水，优化利用水资源，使作物稳产高产，作物对水分和肥料的反应是研究的重要内容，农业水利工程与生物学科结合，发挥两学科的优势，有可能在学科交叉点上取得前进和突破。5农田水利工程学科发展建议根据我国农田水利学科的发展现状和国民经济建设对学科发展的要求，对本学科的发展提出以下五点建议：5.1加强基础理论和实验研究，强化自主创新基础研究是科学研究的源动力，建议加强精细的田间试验研究，特别是加强对农田水利学科发展起关键作用的应用基础研究，包括水分高效利用的应用基础、区域节水高效和对环境友好的农业用水模式等，努力取得具有国际影响的创新成果。5.2理论研究与实际应用相结合，围绕国家需求研究开发实用技术农田水利学是一门应用型科学，最终要面对农民和农村，要坚持从实际需求出发，所得到的成果要以技术先进、操作方便、经济实用为目标。开发适合于不同地区采用的标准化、n规范化、模式化、定量化、集成化的综合技术体系和应用模式。5.3注重实验基地建设现有农业水利研究的基础设施条件已远远不能满足创新的需求，应强化平台建设战略，加大对信息监测与科学实验基地(包括国家重点实验室、工程技术中心、野外实验台站、服务推广体系)投入，通过建立农业水利基础研究示范工程、节水高效农业技术产业化工程，优选和建设一批节水农业技术创新基地和重点野外科学实验台（站），建立以农业水资源和节水农业技术为主要内容的信息共享与网络科研环境平台，培养和造就一批勇于创新、拼搏实干的高水平研究群体和队伍，为农业水利学科的创新能力建设提供必要的平台基础条件。5.4注重学术队伍建设，加强国内外交流和合作注重人才队伍建设，完善学术梯队，加强国际合作和交流。造就和形成一批学术思想活跃，具有创新意识，学术造诣较深，在国内甚至国际有一定影响的学科带头人和学术骨干是学科建设的关键。5.5注重基础数据的积累和整理，建立基础数据的共享平台我国农业节水技术领域研究的基础条件还比较落后，全国性和区域性的试验研究网络还未形成，试验仪器设备条件还相当简陋，实验数据采集的自动化程度低、连续性差。建议加快建立和完善农业用水和耗水监测体系，改进实验条件，增大设备投入，逐步实现基础数据的共享。