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从全局角度寻求到水的新的治理之道是人类的最大创新

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  • 2017-11-06 09:29:33

从全局角度寻求到水的新的治理之道是人类最大的创新

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我国大约有40%的国土面积,属于干旱半干旱地区。近几十年我国干旱化的发展非常迅速。干旱化越来越剧烈,尤其是实施西部大开发战略以来,北方地区的干旱化及未来的发展情况,就成为我国迫切需要解决的一个战略性问题。

· 上世纪90年代后,干旱每年对我国造成的经济损失都超过1000个亿,所以国家最关心的设法找到有可能缓解越来越剧烈的干旱化。 开发利用好沤域内的水资源


化水害为水利,针对黄河频繁断流,上世纪末曾提出“按供定需” 治理战略,这看似合乎事物发展规律治理之策,却是沿袭传统的经典治水思路战略策略和设施,面对水危机和水难题的无奈举措。面对水危机和水难题能否实现“按需定供”?跳出经典治水思路、战略、策略去研究水、治水、节水、节约用水,“按需定供” 则极易实现,把水、治水、节水、节约用水这个涉及到多学科多行业多领域多部门的极其复杂的宏观与微观的动态变量的巨系统工程简单化。快速、持久性将治水引上用地域内的水治理地域内缺水时的水危机;用地域内的治水设施,治理地域内、外多水时的水难题治理之道。

我国最严峻的生态环境问题,是人们的生存环境和生物生态的干旱化和水患频发灾难,解决这个难题是正确认识水与水的治理问题

 

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· 自然降水的补充无规律可循是造成地域内缺水根源之一

· 1)自然降水量偏少且逐年锐减:我国地域年自然降水量仅有600mm左右。本来就偏少了,当今又受地球变暖等多种因素影响,导致我国北方广大地域内的年自然降水量锐减,例如北京地域多年平均降水量625mm,如今年平均才有350mm左右。降水量锐减导致径流水资源总量减少。

· 自然降水水受太阳能源辐射及太阳活动规律、地球公转、地球自转规律、地理纬度、海陆距离、地形地貌、海拔高度、大气环流、天气系统,厄尔尼诺现象及拉尼娜现象等等多种自然因素影响、制约。造成自然降水量的空间分布、降水强度、地域分布,降水总量差异等等,在地域内变幻巨大,形成平水年、欠水年、丰水年以及平水年有干旱、有水患;欠水年有干旱也有水患甚至还会有“风调雨顺”;丰水年有水患还会有干旱,形成千差万别的自然水源存在现状。自然降水受以上诸多因素影响,存在着降水时空不定,一般分为雨季、旱季。雨季大多集中于7-9月,占年自然降水总量的80%左右。其余为旱季。


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·           降水强度不等,与土壤入渗率不同步,

· 多数呈无效降雨而被蒸发流失。大雨、暴雨等强降水态势分布,致使形成降水强度,大大于土壤入渗率而形成径流,径流水大部分难以在当地被土壤入渗,造成径流迭加而形成洪流流失。

  降水地域不均:年降水量变幻硕大。据多年观测,年自然降水量为625mm地域,丰水年可达900mm,欠水年则在300mm左右。地域的地理地貌因素,使自然的强降水,难以把形成的洪流、径流大多数水量,贮存、蓄滞而被河流湖泊大量送入海中,造成有水留不住的自然格局。能被植被直接利用的水量则很少,被人类生活、社会生产直接利用的量则更少。这是形成水荒的主要根源之


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· 自然降水的流失量太大是造成地域内缺水根源。

· 自然降水的存在,与植被和人类生存直接需求相错位。自然降水存在着时空不均,地域不匀,强度不等,总量变幻硕大,年际、季际、月际、日际、次际的数量,等等无规律可循。各次、各类降水量脉冲性函数,不能被植被和人类生存,社会活动直接利用。降水量只有通过地表和地下水量再分配系统后,才能转变成连续性函数为植被生长、人类生存,社会活动直接利用。同时,各次、各类降水量都存在着被太阳能蒸发,大地渗漏,地面径流,土壤贮存,植被直接利用和人类生存,社会活动直接利用所分流,呈动态的变幻。

各次、各类降水量被植被直接利用和人类生存、社会活动对水资源的直接利用时段、数量、地域、强度等等,呈由少到多或与日递增的有规律可循的连续性函数,降水补充与生物、生态直接需求,两者相差甚远……。自然存在与实际需求不同步是形成水荒根源。


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· 自然降水的自然流向

自然降水自然流向有五,是被太阳能蒸发;二是被大地渗漏-补充地下水源的水量;三是提供径流流水为河道径流,向低海拔地域供水、参与水的自然大循环;四是被土壤贮存;为植被直接利用提供水量、供水时机。五是被植被直接吸收利用。


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· 自然降水的自然流失量:自然降水被蒸发、渗漏、径流等不能被植被直接吸收利用的近视无效的流失量,约占年自然降水总量的65-75%左右。在年降水量600mm地域内经多年测算,地面年平均蒸发量约为240mm蒸发量是年自然降水总量的近300%;径流量约占40-60%;渗漏量约占15-25%;土壤贮存量约占15-25%;植被直接吸收利用的量约占5-15%;人类生活直接利用的自然降水量,可视之为忽略不计之量。

自然降水无规律可循,与植被生长需水规律在时段、强度等不相趋一致,才导致植被生长在一定时空、一定地域内得不到相趋一致的补充供给。才造成缺水。地域内的自然降水量被大量自然的流失到地域外了。自然的流失量太大是造成地域内缺水根源之


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·             人类生存与植被需求的水量甚少:人类生活用水量,依时间累计,逐日近等量相加。植被直接利用水量,也依时间累计逐日增量叠加,均有规律可循。经实测验证:667m2地域面积中有51-133m3水量的连续供水量,就可满足种植含水量高的作物生长需要。

· 300mm年自然降水之地域中,每667m2地域内年降水量达200m3,大于需求量。全国平均年自然降水量300mm。各地域内的自然降水总量,就足以能满足植被生长和入类生存的直接需求总量——地域内有水可治水荒。


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· 人类生存与植被需求的水量甚少的规律——连续性:

· 干旱问题是一个非常复杂的科学问题,涉及到水、土、气、生物和人类各个方面的复杂因素,我们现在的理解还很不够。因为我们用的几万年前的资料都是地质的,必须用现代观测记录进行验证,另外,现在我国北方的观测站网年代都比较短,也非常稀疏,所以整个观测记录和观测资料都非常缺乏。

· 从上世纪80年代开始就搞“攀登计划”,可是最大的问题是交叉不起来,一到课题就各干各的,因为交叉需要科学家有共同语言,而共同语言的建立是不容易的。所以要真正建立起学科交叉的科学研究队伍,是一件比较艰难的事情。

· 科学界预测:未来50年间,如果我们对干旱化不进行干预的话,10到20年内,干旱还要继续下去,后一段时间,自然过程的变化会使干旱缓解。但是如果人类继续破坏下去,干旱化的趋势是不可缓解的。最近有人针对未来的干旱变化情况,对我国黄河流域水资源状况、小麦和玉米产量的影响也作了一个评估,并且对截止到2030年从华北平原到东北南部地区,缺多少水都有一个初步的估计,这个评估我想对国家是无多少用处的。  


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·       干旱化实际上也是一个全球性的问题,与全球气候变化的环境背景有密切的关系。研究我国北方干旱的问题,要与全球性的环境问题联系在一起,把我国北方干旱作为研究全球干旱问题的一个例子来进行。从科学的角度讲,涉及到全球和区域的关系、区域对全球环境变化的响应问题、区域对全球环境变化的影响问题等,这些都是目前国际上很前沿的研究课题。

现在的问题是怎样才能快速、持久性为农民改造"靠天收"的耕地水环境条件,让每滴水能生产出更多的粮食(食物、商品......)来抬升农业的生产力!作为农业国,要象土地革命那样投入资金,技术,为农民改造"靠天收"的耕地水环境条件,让每寸耕地上的每滴水能使每棵植物生产出更多的粮食(食物、商品......)来抬升农业的生产力;从抬升农业生产力的技术、制度、技术和制度的结合上增加农民的收入;从增农民的收入上来改变农村的落后现状,使三农难题得以快速持续性根治......。


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·        人为因素和自然因素造成水问题更严重

·          古人治水,以治水患为主,采用以堵为主的被动的治水之思路与设施,"兵来将挡,水来土淹",堵,即为对抗,不塞不流。以堵来对抗自然水源存在规律,结果是屡治屡冲,屡治屡败。到大禹时治水方略才改为以疏为主、堵疏结合。疏即为顺应"水往低处流"的自然规律,结果是由败为胜,屡治屡顺,遂名扬千古,在治水史上树起来突破性的里程碑。改堵为疏,只一字之差,便从治水思路上走上了消除了水患之路。

·         今人治水,不但要治水患,又要治干旱,还要利用其能源。水资源的治理利用发生了变化,但水资源存在自然规律从远古至今却没有变,水量变化率也没变。若治水患采用先人的堵疏结合,以疏为主即可;治干旱则要采用以堵为主才行;利用其能源也得主要采用以堵为主才是上策,方能使水能蓄积利用治理干旱,防治水患,利用能源,三者可以相结合。于是,当今在源头大搞小流域治理工程设施,试图把径流水和洪水堵在源头;在中游河道上,修建挡河大坝,把径流水和洪水堵在河道之中蓄积,延长水量在一定地域中存留时间供其抗干旱,防水患,又发电利用其能源,一举数得;在下游修建堤坝于河床之外,逼径流水与洪流之水入海……。抗干旱防水患用能源的目标是实现了,但水资源总量没能增加,结果是在上、中游超量引用径流水导致下游河道径流水量锐减,甚至断流。近年来引发的黄河的频繁断流就是证明。这样做各水系流域的上游、中游的自然环境质量是提高了,而人类繁衍的集中地则是在河流中下游,中下游的生态环境却被人为的治水而遭破坏了,结果是费大力治理而得不偿失。这就是用陈旧的传统治水思路、微观的定量工程设施,来对抗变量硕大的自然水源在地表的循环规律和经济发展规律,其结果显然是行之不通的。首先,人类不可能把治水工程设施做得相当大,足够多,做到能够容纳下变幻量硕大的自然降水来源的量的变化,供其自由利用。五十年代的小水窖,鱼鳞坑,小水库。六、七十年代的大水库,跨流域调水设施等等在治水史上发挥了巨大作用,但仍是微小的,并且也有板桥水库,石漫滩水库垮坝引发更大洪水的败北。……。将所能治理而得来的水量又被不能被直接利用而大量的被蒸发、渗漏等从宏观上流失掉了。同时治水环节狭窄,治水界面单一,治水设施占地多,建设周期长,资金回收慢甚至无望等。其     兴建工程设施受多种因素制约。地形、地貌、水源来源、流向、资金、周期、交通、社会文明程度等等,限制了设施的建设数量、建设速度、经济效益。其四,治水设施几乎全部都是搞应急治理工程,旱时抗旱,洪时防洪,不是积极、主动治理,而是穷于应付。没有能够建立起永久治理机制……。

·          自然降水量的锐减和科学技术的迅猛发展,导致用水大户的农业用水量急骤上升,使之形成来水总量大减而直接用水量急增的恶性循环.加上自五十年代以来人口增加了n,供给人类生活的直接用水量相应也增加n倍以上。同时,工业生产发展使工业用水量也相应增加。另外,从宏观上看,自然降水量的锐减导致蒸发分流量大增,使自然水资源本来就相应减少的自然水源分流量大增,不仅不能根治水荒,还更加剧了水资源存在与需求之间的矛盾。按世界上人均占有水资源量测算,当今的所有治水思路、设施、措施,均无力改变这一宏观缺水之现状。几乎是形成无法治理的空前水荒!现今,      从宏观上看跨流域调水,一不能增加自然水源总量;二不能改变水源存在与植被生长不相趋一致矛盾;三不能治理那些不能采用修建常规水利设施之地域内缺水之难题;四不能不占用耕地;五不能不被蒸发、渗漏而将有限的可资利用的水资源在引流利用过程中加大二次蒸发、渗漏所流失掉相当大部分。因此,要根治水荒、要快速根治水荒,必须另辟蹊径。



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·                   治水陷入困境

· 为了快速治理干旱与水土流失的水环境制约农业生产,突破农民增收难点,改变农村贫困面貌,加快农村全面建设小康社会的速度,实现"三农"难题的跨越,十五届三中全会提出:大力发展节水灌溉,把推广节水灌溉作为革命性措施来抓"。 国家在北京水科院、西北农林科技大学相继成立了"国家节水灌溉工程技术北京研究中心、杨陵研究中心" ;《全国生态环境建设规划》也指出:"大力发展雨水集流,节水灌溉技术研究和旱作农业"。退耕还林、植树种草政策就属此列。中科院、中国农科院、中国农业大学、武汉大学等高等院校相继成立了《水问题联合研究中心》、《节水农业问题研究中心》、《农业用水问题研究中心》、《水问题研究中心》、《农业高效用水协同研究中心》……。
   
2002年科技部对现代节水农业重大关键技术专项攻关项目实施了可行性论证。并投入2亿元 ,实施"现代节水农业技术体系及新产品研究与开发" 重大专项攻关。(见科技部2002 年7月23日网上发布的公告和《人民日报》的权威发布)。在抗旱节水植物新品种筛选与利用方面, 选择100项技术、材料;在节水农业关健设备与重大产品研制及产业化开发方面,选择20家研究、生产节水灌溉设备的企业。在节水农业技术集成与示范方面,选择9个类型, 设立10一15个示范区……。但从论证结果和公开公告的实施重大关键技术攻关项目看,我国节水农业重大关键技术攻关研究,仍然是停留在沿用传统的用"地域外的治水"的思路、技术与设施,"按供定需" 的 搞扩大外延型研究,对水治理内函无实质性创新,也解决不了节水农业的难题。
   
  在国际上,联合国设立的世界粮食计划署等多家机构,也是在解决世界的"三农"问题。也未能解决"三农" 和饥饿问题。媒体2002年10月16日在世界粮食日前夕称,联合国世界粮食计划署原定2015年实现解决世界粮食短缺的计划落空!又据2002年12月3日联合国世界粮食计划署执行干事詹姆斯o莫里斯在联合国安理会会议上说,目前无论是非洲拉美,还是亚洲的阿富汗,都有许多家庭因自然灾害或武装冲突,面临日趋严重的粮食短缺问题。莫里斯说,由于旱灾影响,非洲之角以及南部非洲地区至少有3800万人正面临越来越严重的缺粮问题……。
   
  国际农业研究咨询联盟(CGlAR,由58个成员机构组成),2002年发起了"挑战计划"(CP),提出在环境可持续发展、社会可接受原则下,有效提高农业和生活用水的利用效益。先期投入7500万美元,在世界七大典型流域(包括黄河流域),从五个主题(1提高农作物水利用效率,2流域上游水的多种利用,3水生态系统和渔业,4流域水综合管理,5全球和国家的粮食一一水系统)上,确立总体、中期、近期挑战目标。试图对域外水管理利用和地域内作物水效率提高,从多层次综合治理上找到良方。可是,这五个研究主题并未涉及水的"域内治理" 为主,也属于沿用域外治理思路、技术与设施的滞后治理,也解决不了各地域内耕地的水难题。
   
  无论是国内的农业用水、现代节水农业的攻关研究,还是国际上的挑战计划(cp);都还没有在治理耕地水环境现状与作物全生育期的根系直接需水规律极不同步方面有实质性突破。不管是以地域内降水为补充水源水量,从选择植物适水特性适应耕地的自然水环境(甚至是用转基因工程)提高耕地水的作物利用效率;还是以拦堵、引流、提升地域外客流水(地下水)为水源水量,用补充灌溉方式改变地域内水环境条件适应植物需水特性提高作物的水利用效率,或是在引流灌溉、利用过程中节约用水(如滴灌等)等等,经多年多地域治水实践证明,都极难改变300mm以上年降水地域内耕地中水的存留,与植被全生育期的直接需求极不同步的现状。都极难消除200㎜以下日降水量在耕地表面的水流失、水带土流失和减小地域内、外的洪灾水患发生概率、降低洪灾水患的幅度。难在治理干旱时缺少补充水源、补充水量、补充时机、补充时段、补充面、补充速度;缺少供水设施,设施的建设速度缓慢、设施利用周期短、设施适用地域受限等等;在治理水流失时,缺少存留水的容器、贮存水的容器容积小小于水的变幅变量。修建治水设施时受多种自然、人文因素制约,无法达到作物直接需水规律与水在耕地作物根系直接吸收水分地层间的存留规律相趋一致;治理水流失和水带土流失的段面少; 修建拦堵水流失的工程设施容积容量,远远小于水的变幅变量等等。还没有在中尺度、中层次上找到根治良策,更没有在大尺度、大层次上找到治理良方。因此,各流域耕地的这些诸多水难题治理,使治水陷入了困境。



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治水要走 “按需定供”,要先保证使用效果  

对于根治干旱应该从客观存在与实际需求两者相差甚远当中寻找新的治理点。

治水要走 “按需定供”,要先保证使用效果  。要改变以往那种“按供定需”的听天由命的、被动的治理思路  。一要设法把治水段面从单一的拦堵、引流、提升等常规的仅在地表段面治理,拓展到开发空中气态水段面和  利用地下土壤水库段面,既大搞人工降雨增水开源,使年降水在300mm  地域内,能有450-900mm降水量。又利用土壤做贮水仓库、增大水在地域内的存留量、延长水在地域内的存留量时段  。二要设法把自然环境对地域内自然水源的蒸发、渗漏、径流等宏观流失损失量减少以提高水的利用率  。三要设法把增降水和自然降水治理后,贮存在  地域内植物根系直接用水率最高的地层范围内,大搞地下土壤水库的高效贮存,同时延缓土壤中的重力水流失时段并加加以利用,减少自然水源的宏观流失数量,达到改变水源存在,与植被直接需求不相同步的目地  。四要把治水段面的拓展和提高直接利用效率与土壤水库贮存等多项治理思路、措施及设施综合起来  利用  。五要把治理旱地缺水与现代农业科学技术应用和市场经济需求规律结合起来,使治水走上高投入、高产出,快速见到高效益的经济治理轨道,变应急治理为持久性治理  。这就是对地域内水源实施的综合治理之思路和设施创新,治理  地域内干旱,防治域内、外水患  。


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水的《区域内治理为主、区域外治理为辅》模式,是治水领域的大革命!也是一项农业和治水结合的技术发明,更是农业领域的大革命!是一项不亚于几次工业革命给人类社会带来进步的技术发明。


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治水:用多层面(空中、地表、地下)的综合性的治水思路(在区域内建设宏观开源体系,开发空中气态水,抑制区域内水的蒸发流失量:增加区域内次际、年际降水总量和存留量;在区域内建设宏观节流体系,节约各次降水的蒸发、径流、流失量;贮存土壤水、补充地下水量;延缓降水渗漏流失到作物根区外的数量、调节降水在作物根区的含水率。通过在区域内“多贮存”各次降水量,非灌溉化解决农业耕种缺水。把农业灌溉用水从分流径流水、地下水中节省下来,让河流在区域水缺吋能有水径流;在区域内“多贮存”各次強降水量、特降水量,把耕地、土地作为改变各次降水強度和变幅、变量的调节设施,就地减小降水的径流流失并转化为抗干旱的水源延吋利用。同时,减小区域外发生洪灾水患的幅度、降低区域外发生洪灾水患的概率);当所有的耕地、土地都实现了以上三个体系了,就会实现“河流不断流,堤防不决口、河床不抬高、污染不超标”的洽水梦想。


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  用立体型的静态工程体系,动态的改变各种、各类(气、液态、固态)水,在区域内的自然存留规律,减少流失量、增大存留量、延长存留时段,收集、调节、用好区域内的气态水和每次降水中的每一滴雨水;让每个农民在每寸耕地上,有抵御气候变化造成影响的措施,确保每棵作物全生育期内,既充足又有适量的水环境,有获得高产的生产条件,为社会创造出物质财富。


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   制度、技术;制度和技术同市场经济结合上,用区域内的“多贮存”,改变区域内水的补充、存留,与人类生存、生态环境需求错位程度;快速、持久性使治水走上用地域内的水治理地域内缺水时的水危机;用地域内的治水设施,治理地域内、外多水时的水难题。实现让每个农民,用好每次降水中的每滴水,使每寸耕地土地上的每棵植物,能获得最高产量和创造出最太的经济效益推广水的《区域内治理为主、区域外治理为辅》模式,对快速、持久性实现“绿水青山就是金山银山”,


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水、治水畅想与实践


自然水源苍天落,     时空强度谁奈何?
平年丰年欠水年,     总量变幻撼山河。

蒸发升腾量最多,     径流迭汇盈江河,
渗漏入地润沃土,     植被利用剩几多?

诸君熟睹水源缺,     寄望苍天把水落,
改地换域易时空,     奢望更天变山河。

江河横溢降灾难,     十亿耕地九亿旱,
城市缺水愈多半,     径流人为被污染。

筑坝引水挖井灌,     黄河断流地沉陷,
兴修水利虽有用,     根治"两灾"望天叹!

干旱水患心腹患,     制约经济快发展,
强国富民遇挑战,     常规水利难胜天。

干旱水患何须愁,     域内治理抑水流,
强迫增雨劈源路。    "东水西调"天际流。

千亿洪水贮旱地,     万亿增水泽神州。
消洪抗旱综合治,     抗蒸防渗聚径流。

数十亿亩蓄洪池,     改地换天造气候,
开源节流同步走,     笑看苍天还昂头!

十亿农民乐沃土,     谁还盲目城中流!
一业牵动百业兴,     下岗待业哪还有?

综合治水显神威,     功在当代利千秋,
实施方案此处有,     论证勿须旷日久。

启动资金千亿元,     万亿当年尽悉收。
投入基金即日干,     山川秀美绿神州。

1996.10.1

河南省洛宁县国家税务局  雷新周  (退休


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治水的战略创新

1由水的异地搬家”的调水为主,转到就地“多贮存”为主;

2、用地内的水,治理地域内缺水时的水危机;用地域内的治水设施,治理地域内、外多水时的水难题。

3、由国家注重投资对江;大河的水灾水患治理为主,转向国家注重投资对耕种用水环境治理为主......;


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治水既是项涉及到多学科、多行业、多领域、多部门的系统工程,也是一项用极其简单的拦堵、引流、提升就能解决了的小问题,却也是项古今中外治水专家、学者们无人能解决了的大难题。农业高效用水更是难能解决的大问题。

水的问题是地域内的水多和水少的问题。水多会发生洪灾水患;水少则发生干旱。地域内的水多和水少,主要是降水问题。降水因时空分布不均、地域分布不匀、度分布不定,与土壤入渗不同步,和作物需水规律极不一致,故形成不是缺水干旱就是多水的洪灾水患。人类为改这些自然现象,就人为的加以治理。


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运用马克思主义哲学原理和钱学森的系统论,从水客观自然存在于空中、地表、地下三个层面,和水的自然运动规律,在区域内的多个层面(空中、地表、地下),建设立体型、综合性的静态治水工程体系,动态的改变区域内气态水、液态水、固态水在区域内的地表和各地层的自然存留规律。从减少水在区域内的空中、地表、地下各地层间的自然流失量上、增大水在作物根区的存留量,延缓水渗漏到作物根区外的流动、存留时段,调节降水和增降之水在作物根区的含水率,解决降水补充的脉冲性函数,与作物根区需水的连续性性函数错位太大的问题。


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