張金萍 ，肖宏林

（1.鄭州大學 水利科學與工程學院，鄭州 450001； 2.鄭州大學 黃河生態(tài)保護與區(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]。隨著黃河流域社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，以及近年來黃河天然徑流量減少，導致流域水資源問題日益突出。自1998 年，黃河水利委員會對黃河水量進行統(tǒng)一調(diào)度和管理以來，盡管黃河實現(xiàn)了不斷流，但流域用水緊張情勢并未發(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)是促進黃河流域健康發(fā)展的根本?！狙芯窟M展】目前學者們對黃河流域灌區(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，其對促進灌區(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】黃河流域幅員遼闊，流域內(nèi)上游、中游和下游灌區(qū)自然地理條件和經(jīng)濟社會發(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，黃河流域上中下游灌區(qū)的發(fā)展均應根據(jù)自身實際以及所在流域黃河水資源特點有序進行[7-9]?！緮M解決的關鍵問題】在明晰黃河流域灌區(qū)上游、中游和下游農(nóng)業(yè)用水特點的基礎上，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)用水的主要研究內(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)，于山東省東營市墾利縣注入渤海，全長5 464 km，流域面積79.5 萬km2（包括內(nèi)流區(qū)4.2 萬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2%的徑流量，向占全國15%的耕地和12%的人口供水。近年來黃河水資源量不斷減少，相關河段頻繁地出現(xiàn)季節(jié)性斷流，并且有愈演愈烈的態(tài)勢，僅在1997 年斷流時間就多達226 d。1998 年12 月黃河水利委員會開始對黃河水量實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度，自此黃河再無斷流情況發(fā)生，但水量仍呈減少態(tài)勢。據(jù)統(tǒng)計，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

自新中國成立以來，黃河流域灌區(qū)得到了長足的發(fā)展，從建國初期的80 萬hm2發(fā)展到現(xiàn)在的733.33萬hm2（流域外220 萬hm2）。根據(jù)全國第一次水利普查成果[12]，截止2011 年，黃河流域萬畝及以上灌區(qū)共798 處，有效灌溉面積642.4 萬hm2。其中大型灌區(qū)83 處，有效灌溉面積511.93 萬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、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3 個特大型灌區(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hm2。河套灌區(qū)長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，但因黃河流經(jīng)其間，水源充分，引水方便，卻又成為我國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，河套平原也因此有了“八百里河套米糧川”的美譽。

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中平原的汾渭灌區(qū)，有效灌溉面積達127.7 萬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hm2，耕地面積10.46 萬hm2。通過修建引水閘壩，建成大中型灌區(qū)60 余處，灌溉面積47.67 萬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，已建成萬畝以上灌區(qū)112 處，有效灌溉面積達75.4 萬hm2，其中2 萬hm2以上的大型灌區(qū)有效灌溉面積50.01 萬hm2，占陜西黃河流域灌溉面積47.4%[15]。新中國成立以來，灌區(qū)灌溉面積迅速擴大，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 多個縣級區(qū)劃行政單元，主要包括三門峽至花園口、花園口以下2 個流域二級分區(qū)。目前，豫魯兩省大型引黃灌區(qū)達48個，中型引黃灌區(qū)達144 個，設計灌溉面積357.9 萬hm2，有效灌溉面積223.4 萬hm2，受益人口5271 萬人，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，結(jié)合國家及流域用水管理政策對灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水的推動作用，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 個階段：

1）建國初期―20 世紀70 年代，初步發(fā)展階段。這一階段，國家五年計劃中主要圍繞如何推進灌溉面積的發(fā)展，切實保障農(nóng)業(yè)有效灌溉。在這期間，伴隨著一大批水利工程設施的建設，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，標志著黃河流域灌區(qū)得以快速發(fā)展。黃河流域灌區(qū)長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，鹽漬化面積不斷擴大，嚴重影響了灌區(qū)糧食產(chǎn)量?？v觀黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水相關文獻，絕大多數(shù)集中在對灌溉與鹽漬化關系問題的研究上[17]，并且多以試驗觀測和統(tǒng)計分析為主[18-19]，缺乏系統(tǒng)的基礎理論和先進的計算方法。

2）20 世紀80―90 年代，快速發(fā)展階段。灌區(qū)建設進入蓬勃發(fā)展時期，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，一是1987 年，國務院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)了國家計委和水電部“關于黃河可供水量分配方案報告的通知”，即黃河“八七分水”方案。二是1998 年12 月，原國家計劃委員會、水利部聯(lián)合頒布實施《黃河水量調(diào)度管理辦法》，授權(quán)黃河水利委員會實現(xiàn)黃河水量調(diào)度。此時，黃河流域灌區(qū)經(jīng)濟發(fā)展迅速，對水的需求量劇增，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80 年代前相比，此時農(nóng)業(yè)用水研究呈數(shù)百倍增長，且多集中于農(nóng)業(yè)節(jié)水研究[20]。圍繞不同灌溉節(jié)水技術下的農(nóng)業(yè)用水研究，定量計算農(nóng)業(yè)用水過程和節(jié)水潛力是這一時期主攻方向。同時對農(nóng)業(yè)節(jié)水機理也有了初步的認識，對節(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)用水認知尚未形成，現(xiàn)代信息技術也未能普遍應用到灌區(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，各種先進的用水理念、計算方法、監(jiān)測手段和信息技術均得到大量的應用[23-24]。2004 年完成的中國工程院重大咨詢項目《西北地區(qū)水資源配置生態(tài)環(huán)境建設和可持續(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)水量計算等開展了大量的研究工作。期間創(chuàng)新成果較多，主要有：①對節(jié)水機理有了新認知，以耗用水節(jié)水為代表的資源節(jié)水、真實節(jié)水的概念開始被提出，并對其內(nèi)涵進行解譯；②基于強人類干擾條件下的灌區(qū)水循環(huán)認知機理的水文模型和水沙資源優(yōu)化配置模型開始構(gòu)建，并在黃河流域灌區(qū)得以迅速開展及應用；③遙感遙測等水資源信息技術的全面推廣和應用等。

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)用水相關的國家政策文件相繼出臺，特別是2011 年中央出臺了關于加快水利改革發(fā)展的一號文件，并召開了最高規(guī)格的中央水利工作會議，強調(diào)了流域機構(gòu)對水資源管理的重要性。2012 年，國務院頒布了《國務院關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》。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、細致的方向邁進，加大提升用水效率，轉(zhuǎn)變用水機制，提升用水理念成為這一時期農(nóng)業(yè)用水研究的主題。黨的十八大將生態(tài)文明建設納入社會主義建設體系中，水生態(tài)文明建設和人水和諧理念更是貫徹到灌區(qū)用水研究和實踐中，該時期的研究文獻較以往更是呈幾何倍增長，涉及的研究內(nèi)容和研究范圍也更為細致和全面，但節(jié)水、水沙調(diào)控、水生態(tài)、水信息技術以及可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)仍是這一時期研究的重頭戲，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，劃時代發(fā)展階段。2019 年9 月18 日，習近平總書記在鄭州提出“黃河流域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展”這一重大國家戰(zhàn)略[27]，這對黃河流域灌區(qū)而言，既是機遇也是挑戰(zhàn)。機遇是在這一具有歷史意義的宏觀戰(zhàn)略指導思想下，黃河流域灌區(qū)必將迎來更廣闊的發(fā)展前景，挑戰(zhàn)是如何盡快緩解灌區(qū)的現(xiàn)實水問題，以便盡快打造現(xiàn)代化集約農(nóng)業(yè)，更好地融入和服務與這一宏觀戰(zhàn)略中。目前，全國諸多科研院所和大專院校紛紛組建“黃河流域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展”研究院，集中優(yōu)勢科研資源，打有準備科研攻堅之戰(zhàn)。相信在這一國家宏觀戰(zhàn)略指導思想下，未來黃河流域灌區(qū)會有諸多里程碑式和劃時代意義的研究成果涌現(xiàn)。

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

3.1 主要研究內(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)濟發(fā)展的限制，農(nóng)業(yè)用水研究各具特點。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系以及引黃水量對生態(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)用水研究內(nèi)容都有所涉及。整體來看，黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究經(jīng)歷一個由局部到整體，由獨立到聯(lián)系的發(fā)展過程，即研究內(nèi)容從初期的僅考慮提升農(nóng)業(yè)自身用水效率和促進節(jié)水，逐步發(fā)展到考慮農(nóng)業(yè)節(jié)水對生態(tài)的影響，進而再到對整個灌區(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。黃河灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水研究包括節(jié)水機理、灌溉水利用系數(shù)、節(jié)水量和節(jié)水潛力分析以及節(jié)水帶來的影響等。②灌溉用水與生態(tài)環(huán)境關系研究，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 機理研究

農(nóng)業(yè)用水機理研究包括3 個方面：①水與作物作用機理研究，往往是根據(jù)試驗觀測，從植物學角度出發(fā)，分析水在植物體的運輸和吸收利用情況。該研究的目的主要是進行作物生理節(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的灌區(qū)水鹽平衡，明晰水鹽運移規(guī)律。②農(nóng)作物的耗用水機理研究，該研究的主要目的是基于農(nóng)田蒸散發(fā)機理，通過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 年科技部西部開發(fā)重大攻關項目《寧夏經(jīng)濟生態(tài)系統(tǒng)水資源合理配置研究》。該項目最初設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對黃河水量的剛性約束之間的矛盾，隨著對寧夏引黃灌區(qū)農(nóng)業(yè)耗用水機理的深入認識，首次提出了“耗水節(jié)水”的概念，認為需要從耗水節(jié)水的機理出發(fā)，對灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水機理進行再認識，并在此基礎上評估了灌區(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)田的水分運輸和能量轉(zhuǎn)化規(guī)律，將土壤、植物和大氣作為一個統(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)化機制及其數(shù)學模擬，分析水分和能量流在該連續(xù)體中的運動規(guī)律，進而提升農(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，針對變化環(huán)境下的水循環(huán)過程，細致刻畫和真實模擬不同農(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)模擬是對農(nóng)業(yè)用水機理研究的一次重現(xiàn)再認識，可以優(yōu)化農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)和灌溉方式，相關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)大小的相關空間尺度研究[30]；二是根據(jù)實際應用的具體研究方法進行詳細劃分，可分為試驗觀測、不確定方法、3S 信息技術、水文模型等。

試驗觀測主要是觀測水與作物、環(huán)境之間的關系試驗；各種節(jié)水灌溉技術與措施試驗，如不同管道的輸水滲漏試驗，早在20 世紀60 年代中期，人民勝利渠灌區(qū)就開始了渠道防滲前后及使用不同襯砌材料的輸水損失對比試驗。在節(jié)水技術方面，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作物生長及節(jié)水情況的試驗[31]；在水鹽調(diào)控技術方面，為達到控鹽和節(jié)水的雙重目標，在黃河上游和下游灌區(qū)進行鹽漬化土壤改良技術、水鹽運移規(guī)律和井渠結(jié)合的試驗研究[32]，以及中游和下游的水沙調(diào)控試驗[33]等。

不確定分析方法主要借助統(tǒng)計分析以及現(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)系以及下游水沙關系[34]等。

3S 信息技術借助現(xiàn)代水文信息化手段，如遙感遙測等現(xiàn)代信息技術和手段，實現(xiàn)灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水相關信息的收集、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，水質(zhì)污染運移以及灌溉系統(tǒng)監(jiān)測管理和信息化建設等方面[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)實際編制新的水文模型，研究農(nóng)業(yè)用水方式對水資源的影響[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)復雜的水力聯(lián)系和過程用數(shù)學模型表達出來，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理和響應關系，因而在黃河流域灌區(qū)應用廣泛[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

微觀尺度的試驗研究主要是進行作物與水、鹽、肥、熱、氣等二者或多者耦合狀態(tài)下的關系試驗，分析作物與水及其相關伴生物之間的作用機制和吸收機理；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、鹽等的運移規(guī)律和對各類作物產(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)運移過程等，最終綜合確定針對作物而言相對較適宜的灌溉模式，達到提高灌溉效益、增產(chǎn)增收的目的[41]。這種微觀室內(nèi)試驗的優(yōu)點在于有針對性地進行深入細致的觀測，數(shù)據(jù)可靠、機理明確，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性的試驗數(shù)據(jù)和參數(shù)標準。缺點是受試驗條件限制和精度要求，在由點及面的推廣應用中，需要諸多假設和前提條件，降低了試驗數(shù)據(jù)應用的準確性和普適性。

2）中觀灌域

中觀尺度的農(nóng)田灌域研究田間實際灌溉過程，研究作物與水的利用關系。往往集中于分析節(jié)水灌溉措施、作物種植結(jié)構(gòu)與作物生長發(fā)育需求等的作用機理和反饋機制[42]；也可將作物對水資源利用與外部氣候條件結(jié)合起來，研究作物-水-氣-肥的傳輸、運移和轉(zhuǎn)化機制，進而提升作物的水分利用效率[43]。或者研究農(nóng)田水分的輸入輸出水均衡關系，用于解析灌域用水的“來龍去脈”[44]。與微觀試驗相比，中觀尺度的農(nóng)田灌域研究與作物用水的真實情況保持著較高的一致性，因而試驗反饋的信息也比較真實可靠，可以作為區(qū)域宏觀用水研究的基礎，并可對微觀試驗結(jié)果進行驗證。缺點在于農(nóng)田灌域試驗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)用水是一個系統(tǒng)工程，是人類對區(qū)域水土資源的大規(guī)模改造活動。灌區(qū)水資源利用的宏觀區(qū)域研究指的是對灌區(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)的觀點對灌區(qū)水-經(jīng)濟-生態(tài)-資源等進行再思維。針對局部，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，不僅能真實地反映灌區(qū)農(nóng)業(yè)水資源利用的實質(zhì)，而且更加重視人類活動的影響，強調(diào)重視生態(tài)環(huán)境與水資源利用之間的協(xié)調(diào)關系，研究方法更為客觀，也更符合實際。

4 黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究展望

1）農(nóng)業(yè)用水機理研究

①加強水與農(nóng)業(yè)的基礎性試驗研究，圍繞農(nóng)業(yè)用水從水源到作物吸收利用的過程與環(huán)節(jié)，針對黃河流域灌區(qū)上中下游的用水特點，因地制宜地開展作物與水、灌溉方式和節(jié)水技術，作物生長與水肥氣外部條件等基礎性研究；②加強農(nóng)業(yè)水資源消耗機理研究，注重農(nóng)業(yè)用水的資源型水量消耗節(jié)約，對其進行相關理論研究和定量精細模擬分析。建立節(jié)水與農(nóng)業(yè)、區(qū)域的水資源演變與轉(zhuǎn)換機制，開展對農(nóng)業(yè)節(jié)水經(jīng)濟－生態(tài)－社會復合響應機理及模型構(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)化機理，分析水資源在農(nóng)業(yè)用水過程中的運移消耗規(guī)律，分析氣候變化和人類活動對灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水的驅(qū)動機制。

2）農(nóng)業(yè)用水方法研究

①提高以3S 為代表的現(xiàn)代信息技術在農(nóng)業(yè)用水中的科技地位，對灌區(qū)重要的農(nóng)業(yè)用水信息進行全面細致的收集、處理和分析，加大灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水信息的收集、遙測、跟蹤和示警和后處理，將3S 技術貫穿到農(nóng)業(yè)用水前期準備-中期監(jiān)測-后期評估的全過程中，切實提升灌區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和信息化實力；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)精細模擬技術，實現(xiàn)對灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水的科學評判及后效性影響；③考慮復雜農(nóng)業(yè)用水及其伴生效應，以促進宏觀區(qū)域發(fā)展為導向，以系統(tǒng)學的思想考慮節(jié)水問題，構(gòu)建農(nóng)業(yè)用水復雜系統(tǒng)綜合模型管理。

3）農(nóng)業(yè)用水應用研究

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)的關系認識，將該意識形態(tài)融入水資源日常管理中，應對農(nóng)業(yè)用水問題；科學制定農(nóng)業(yè)水資源開發(fā)方案、農(nóng)業(yè)用水發(fā)展規(guī)劃等，將農(nóng)業(yè)用水問題上升到區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略層次，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收；強化農(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)用水對地區(qū)經(jīng)濟社會、生態(tài)環(huán)境以及人水和諧發(fā)展的促進作用，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

本文在文獻查閱、分析以及前期研究成果梳理的基礎上，對黃河流域灌區(qū)進行科學劃分，分析了不同時期灌區(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 個方面。根據(jù)灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究特點，闡述了黃河灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究內(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)用水研究內(nèi)容涵蓋面廣，上游和下游的研究內(nèi)容都有所涉及。整體來看，農(nóng)業(yè)用水研究的發(fā)展趨勢是從初期的僅考慮提升農(nóng)業(yè)自身用水效率和促進節(jié)水，逐步發(fā)展到考慮農(nóng)業(yè)節(jié)水對生態(tài)的影響，進而發(fā)展到對整個灌區(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。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，加之灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究內(nèi)容廣泛，因此本文對灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水研究的總結(jié)和思考會有諸多不足之處，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。