灌區地下水開發利用關鍵技術研究與應用（簡體書）

農業是我國的用水大戶，年用水總量4000億m3，占全國總用水量的70％，，其中農田灌溉用水量3600億一3800億m3，占農業用水量的90％一95％。農業用水中，地下水約占20％，北方地區仍以地下水作為主要的灌溉供水水源。我國地下水年開采量中用于農田灌溉的約占54％。據統計，截至2003年底，我國機井數達470萬眼，井灌面積為1651．26萬hm2，占全國有效灌溉面積的29．5％。井灌區是我國重要的糧食和經濟作物高產、穩產區，對我國糧食的貢獻超過全國總量的25％，其經濟作物和蔬菜產量超過全國總量的50％，為社會經濟的發展作出了巨大的貢獻。另外，機井的灌排雙重功能，也對降低地下水位、防止土壤次生鹽堿化起到了重要的調控作用。
地下水資源作為水資源的重要組成部分，是灌區社會經濟發展的基礎資源之一。但是，隨著我國社會經濟的不斷發展，地下水資源開采量曰益增加，在灌區地下水開發宏觀管理方面，由于缺乏科學合理的開采布局和調蓄，缺乏操作性強的地下水動態信息采集的監測手段，各地開采程度不均衡，有些地區嚴重超采，甚至引發了嚴重的生態環境問題。而有些地區則尚未合理開發，使得有限的地下水資源無法得到充分有效的開發利用。在灌區地下水開發利用的微觀技術方面，近些年對機井的井型結構和成井技術的研究重視不夠，原有技術已顯得落后，不能滿足井灌建設發展的需求，特別是我國井灌區每年需要修復的機井大約占到當年機井保有量的3．35％（約15萬眼），但至今還沒有形成一整套行之有效的受損機井診斷與改造修復技術及方法。大多數灌區都面臨著水資源短缺、水的利用率和利用效率較低、管理水平不高、環境惡化等問題，特別是許多灌區，由于對地下水不合理或無計劃的開采，地下水位大幅度下降，提水成本成倍增長，更嚴重的是，使地下水環境產生了一系列的問題，已經造成了地下水公害，如地面沉降、水質污染、咸水入侵等，而對生態環境造成的潛在危害，一旦出現就很難挽回。因此，如何合理開發利用地下水資源，井渠結合灌區地表水與地下水如何調度，應該采取哪些技術，如何實現地下水資源的采補平衡就顯得尤為重要與迫切。
為此，2006年科技部設立了“十一五”國家科技支撐計劃“大型農業灌區節水改造工程關鍵支撐技術研究”項目，由水利部組織實施。該項目中的“灌區地下水開發利用關鍵技術研究”課題由中國農業科學院農田灌溉研究所主持，西北農林科技大學、中國農業大學、中國水利水電科學研究院和華北水利水電大學參加共同完成。在課題組負責人的組織帶領下，全體人員共同努力和不懈工作，在大量查閱國內外有關灌區水資源利用情況、機井布局結構、成井技術、地下水與地表水聯合調度和優化管理模式及整體對生態環境的影響等文獻的基礎上，根據灌區存在的實際情況，結合灌區地下水開發利用過程中存在的井型結構和成井技術落后、缺乏地下水動態信息監測、地下水資源開采程度不均衡，并引發嚴重生態環境等實際問題，在整合現有的地下水開發利用技術的基礎上，依據灌區地下水開發利用情況、水資源時空分布狀況和不同類型灌區地下水資源的特點進行科學分類，制訂科學合理的研究措施、手段和試驗方案，將科研機構的技術研究優勢和生產單位進行有機結合、相互支撐、相互促進，采取產、學、研相結合的模式，分別從灌區水資源及環境承載力評價量化標準、指標體系和評價方法，不同類型灌區的地下水開采模式和機井合理布局；灌區地下水資源合理開發利用的最優管理模式，基于“3S”技術的地下水動態觀測可視化乎臺；水資源可持續利用的地下水與地表水聯合利用技術，相關的優化管理運行模式；受損機井診斷與改造修復技術及方法，不同成井條件下的適宜井型結構和成井工藝這四個方面展開相關的技術研究。通過對灌區的實地調查、田間具體試驗和相關設備的短期應用考核，有針對性地進行機井合理布局、修復與井型結構及成井技術的改進，提出灌區水資源及環境承載力評價量化指標體系、不同成井條件的井型結構標準、新型成井技術規程和機井診斷與改造修復技術規程、地下水與地表水優化調度及地下水保護等與之適應的地下水開發利用關鍵技術和技術體系，形成適用于不同類型灌區的井群布局技術，并研究地下水與地表水聯合應用的時空調度和監控技術，開發和制定出地下水動態監測數據自動觀測、記錄、采集、傳輸的系統軟件和工具等各項技術成果。
課題實施后，形成的各項技術先進，針對性強，應用考核過程中，可明顯降低大型灌區機井報廢率，提高井灌效益；穩定或增加井灌面積，節約灌溉用水，促進灌區地下水開發利用步人良性循環，具有廣闊的市場應用前景和巨大的社會、經濟、生態環境效益。從而突破了制約灌區地下水合理開發利用的關鍵技術，構建出灌區尺度地下水可持續利用技術體系和長效利用機制，為灌區地下水資源的合理、高效開發和可持續利用提供技術支撐。
本書是一本關于農業節水灌溉學科中灌區地下水和地表水資源合理開發利用的理論研究和關鍵技術、設備研制的科技學術著作，由黃修橋、徐建新、劉俊民、馮俊杰等編著。全書主要內容共分八章，其中：第一章、第五章和第八章由中國農業科學院農田灌溉研究所主筆撰寫，主要是課題任務的研究現狀和發展趨勢、灌區各關鍵技術的應用考核和推廣前景，以及灌區地下水和地表水聯合利用技術部分；第二章、第三章由華北水利水電大學主筆撰寫，主要是灌區地下水資源承載力理論及評價方法、指標體系等部分；第四章、第七章由西北農林科技大學主筆撰寫，主要是灌區地下水開采模式和機井布局、受損井診斷與修復技術部分；第六章由中國水利水電科學研究院主筆撰寫，主要是灌區機井的成井方法和工藝等技術部分。
在本書編寫過程中，許多專家、學者給予了大力支持和指導。在此，對各位的熱情幫助，我們謹致以深切的謝意！
鑒于本書編著時間倉促，加上作者水平有限，書中還存在許多欠妥、錯誤之處，懇請廣大讀者批評指正，并不吝賜教。
作者
2013年6月