世界农业 | 以色列如何将水管理做到世界领先？

以色列沙漠绿洲

缺水一直是中东大部分干旱地区农业的主要因素，其人口依赖稀少和不稳定的季节性降雨或河流供水。例如，在埃及，尼罗河是沙漠景观中唯一稳定的水源。在古代，持续农业仅限于河流两侧的狭长地带。即使在今天，埃及的农业仍主要局限于尼罗河沿岸。

今天以色列的气候受到南部和东部沙漠附近的强烈影响。以色列的大部分领土被划分为干旱（60%）或半干旱地区。雨只在冬天下，主要在十一月到三月之间。该国北部和西部的年平均降雨量在400至800毫米，向南部和东部急剧下降。大约从四月初到十月底，旱季几乎没有降雨。

中东大多数地区年平均降雨量在10英寸以下（约250mm）

直到20世纪初，以色列的农业几乎完全靠雨水灌溉，因此仅限于该国北部和沿海地区。在北方一些有泉水的地方，农田得到了灌溉。水通过土渠引流到田地，每个农民只能每隔几天或几周取一次水，仅持续几个小时。然而，由于水源分布不均，土渠运输浪费严重，距离水源最远的农民几乎没有水。

沿海地区，地下水是在驴子或牛驱动的“norias”（水桶式水车）的帮助下从浅井中提取出来的。水被收集在一个水池中，并通过重力从那里输送到邻近的种植园（主要种橘子）。这种井是人工挖的，能打的水十分有限。

以色列贝尔舍瓦的亚伯拉罕水井

农业需要可靠供水的观念直到19世纪末和20世纪初才开始深入人心。这种革命性的态度转变主要是由犹太定居者引入该地区。部分具有专业技能，经过专业培训的移民拥有先进的技术和丰富的经验，能够从坚硬岩层中钻孔和从深井中抽取大量的水。

传统农业中灌溉的使用受到以下几个制约因素的阻碍：

1. 水源，特别是在干旱和半干旱条件下，通常数量非常有限，而且不易获得。

2. 水通过重力被输送到运河中的田地，这意味着地面需要平整。因此，丘陵地带和斜坡不能用这种方法灌溉。

3. 建造土渠的传统做法由于水渗入土壤而导致大量的水损失。沟渠越长，损失就越大。

4. 供水量沿着分配线下降，导致有限的资源分配不均。

5. 传统灌溉的另一个缺点是水源分布随机，导致无法满足作物的需求，从而导致产量下降。

中东地区传统的农业灌溉系统

鉴于20世纪之交该地区的普遍情况，特别是旱地农业占主导地位，几乎完全依赖季节性降雨，将新概念引入农业不仅涉及技术变革，还涉及对农业进步战略和规模的深刻修改。

农业用水从传统向现代转变的两个主要因素是：人为因素以及新引进的技术。

第一次世界大战结束后，英国建立了委任制，许多犹太移民来到巴勒斯坦，主要来自欧洲。他们中的许多人积极性很高，热衷于建立新的农业定居点。他们倾向于研究和应用新的农业技术，他们理解基于科学研究的现代技术的重要性，他们渴望听取科学家和专业人士的建议。但也许他们成功的关键因素是他们能够联合起来建立组织，以筹集资金、制定政策和制定物理发展计划。所有这些努力在20世纪20年代和30年代达到顶峰，建立了大量新的农业定居点。

早期阿利亚移民潮中开垦农田的以色列人

作为定居运动的一部分，由L.Picard教授（1924年从德国移民）领导的地质学家被招募来寻找地下水。从欧洲引进能够在坚硬岩层中进行大深度钻探的现代钻探设备、高效的抽水机以及新的材料，如水泥和金属管，都被用来帮助开发可靠的供水系统。然而，除了这些技术努力之外，应对这一挑战的方法是从根本上建立充足供水的概念。

如前所述，以色列的降雨量仅限于冬季，并从北向南和从西向东下降。此外，年总降雨量波动很大，干旱年份频繁。规划和建设可靠的供水系统必须考虑到这些制约因素；也就是说，它必须确保季节（冬季和夏季）、地区（北部和南部）和年份（降水充足和不足）之间的衔接。

因此，在早期阶段，定居点在当地基础上联合起来，投资寻找地下水，并成功地提供了或多或少不间断的供水。

1987年以色列5谢克尔纸币

（正面印刷以色列总理Levi Eshkol肖像）

他协助建立了第一个犹太人定居点

后来，人们对供水问题采取了更广泛的看法。建造一个大型项目的第一次协同努力是在1935年。该项目的领导者是后来的以色列总理Levi Eshkol和在该国所有主要水利项目的设计和开发中崭露头角的工程师Simcha Blass。

1987年以色列5谢克尔纸币

（背面印刷农田与金属运水管道的图案）

该项目由新成立的公共供水公司Mekorot在1935年至1938年间设计和实施。这些水来自在耶斯列山谷西侧钻的三口井。该项目的主要特点是：

1. 在高压下通过金属管道输送水，实现长距离不间断供水。高压使得用洒水器灌溉农田成为可能，取代了传统的洪水灌溉。

2. 建立两个混凝土水箱和两个开放式蓄水池，提供恒定的供水。

3. 在电力成本相对较低的夜间，水被泵入水库；此后，水被不间断地引导到灌溉系统中。

加列列山及耶斯列谷地区地形

提升水资源的利用率和不断发展先进系统以提供充足供应的问题不仅仅是一个学术或技术问题。这也有政治影响。事实上，国家对土地主权的需求是犹太和阿拉伯社区之间冲突的核心。英国政府的政策是限制犹太人购买土地、建立新的定居点以及移民到巴勒斯坦，理由是物质条件阻碍了现有人口的进一步增长。犹太社区领导层为对抗英国的政策而采取的措施是证明如果得到适当的开发，土地可以维持更多的人口。因此，在构思和设计水利项目方面投入了大量精力。

Mekorot建于加列列的"Eshkol"中央水过滤中心

20世纪30年代末，该领域的领军人物接受了以下原则应指导未来的水利项目：

任何为供水而开发的系统都应在有水的地区和缺水的地区之间以及雨季和旱季之间架起桥梁。因此，来自河流、洪水和泉水的水应储存在水库、地下蓄水层和水箱中，以便根据需要最终通过供水线路输送。此外，雨季的多余水量应储存起来，以便在干旱年份使用。

水应该在管道中加压输送。虽然需要大量的财政投入，但这种方法避开了地形限制，最大限度地减少了水损失，从而促进了长期节水。它还保证最终用户之间的均衡和公平分配。

规划应该是全面的。也就是说，水利项目必须将水输送到全国各地，以满足不断增长的人口和广泛的农业发展的需求，特别是在该国南部地区内盖夫（降雨量稀少使内盖夫地区成为干旱地区）。

以色列北部"Eshkol"中央水净化工厂的地下输水管道

从1939年起，主要由Simcha Blass制定了几项向内盖夫供水的计划。Mekorot于1944年编写了一份题为“以色列土地上的水资源：灌溉和水电开发前景”的综合研究报告，大约在同一时间，美国的水土保持专家参与了水项目的研究和提出方案。著名的美国土壤保护和水文专家W.K.Lowdermilk 也于1944年出版了一本关于在巴勒斯坦开发水利项目的可能性的书（《巴勒斯坦-希望之地》）。同年，美国水坝和水资源保护专家J.B.Hays访问了该国，考察了规划水利项目的前景。几年后，他的书《约旦田纳西河谷管理局》出版了。海斯在以色列国成立（1948年）后继续他的研究，并提出了灌溉和水力发电发展总体规划的几个版本。后来，他的同事J.S.Cotton也加入了他的行列。Cotton于1955年提交了一份总体规划，最终被政府采纳，并成为国家运水车规划和建设的蓝图。

以色列国家水利基础设施网络（2006年）

内盖夫位于以色列干旱的南部，作为早期的定居点，1943年建立了三个实验性定居点。其目的是探索该地区的土壤条件、水的可用性（包括年降水量数据），以及在普遍条件下可以种植什么作物。1946年在内盖夫又建立了11个定居点，1947年又建立了5个定居点，这些定居点的设备和资金都与以前一样由犹太国家机构提供。

从一开始，很明显，从农业的角度来看，内盖夫的主要限制因素是缺水。人们意识到，成功的现代农业取决于灌溉，而灌溉需要可靠的供水，因此启动了一系列探索性研究。其中包括气象、地质和水文调查。曾试图在定居点附近打井和抽取地下水；然而，获得的数量很少，而且水的盐度通常太高，不适合农业使用。由于洪水的数量和强度逐年大幅波动，以及技术困难，修建大坝和水库以收集季节性洪水的尝试失败了。最终，得出的结论是，确保可靠和足够大的供水量的唯一方法是通过管道从北方水源输送淡水。

早期定居者内盖夫沙漠中种植土豆（1946年）

第一条“内盖夫管道”于1947年投入使用，确保了内盖夫的大多数定居点（尽管有几个定居点仍然需要依靠当地的水井）获得可靠但有限的供水。这条规模不大的管道从内盖夫西北部的水井输送水，该地区地下水相对丰富。第一阶段由190公里长的6分直径管道组成，每年供应100万立方米。后来，这条线路被改造为20分直径管道，每年供应3000万立方米。这条管道的意义在于，从更远的北方输送水来维持该国南部干旱地区的概念现在已经牢固确立。

1947年建造的第一条“内盖夫管道”

在这一开创性的努力之后，又有两个向内盖夫供水的大型项目。第一条是在国家成立后不久建造的“Yarkon内盖夫管道”。这条直径66分的管道每年从雅尔孔河向内盖夫输送1亿立方米的水，输送距离为130公里。

尽管就当时可用的技术手段来说，这是一个雄心勃勃的项目，但很快以色列就明白，有必要建立一个更大、更全面的水务系统。这种看法最终形成了第二个大型项目，即雄心勃勃的“国家输水管网”。管网的主要功能是将水从北部的加利利海（希伯来语、Yam Kinneret、Lake Kinneret）输送到该国南部地区。

最初的计划是在约旦河入湖之前从约旦河取水。第一阶段的基础工作始于1953年。然而，由于叙利亚的强烈反对和联合国的一项决议，以色列被迫暂停工作并修改最初的设计。最终计划于1956年获得批准，国家运水车于1964年完工并投入使用。管网由地下管道、明渠、临时水库和隧道组成，每年供应约4亿立方米。湖水位于海平面以下约220米处，被泵送到海平面以上约152米的高度。从这个高度，水通过重力流到沿海地区，从那里被泵送到内盖夫。

国家输水管网一角

除加利利海外，两个大型含水层，即山地含水层和海岸含水层，每年分别为承运人贡献约3.5亿立方米和2.5亿立方米。国家输水管道不仅是供水的主要来源，而且在冬季和早春也是北方多余水的出口，也是沿海地区地下蓄水层的补给源。大多数区域供水系统都被纳入国家输水系统，以形成一个平衡良好的网络，在这个网络中，水可以根据条件和需求从一条线路转移到另一条线路。

以色列的淡水资源平均每年约2000亿立方米，已经被开采到了极限。然而，该国的人口在不断增长，对水的需求也在不断增长。必须采取紧急措施提供额外的水量。一个重要的潜在来源是边际水，这一类别包括废水、盐水和海水。适当地处理——污水的净化和盐水和海水的脱盐——可以提供急需的处理水。

越来越多的污水进入环境，危及地下水和其他淡水来源。寻找替代水源的迫切需要，加上环境的危急状况，导致水务委员会建立了沙夫丹(shafdan) 工厂，这是一个处理污水以生产高纯度水的大型项目。项目带来了两个主要好处：含水层作为补给水的地下蓄水池，防止蒸发造成的损失，并在需要时（主要是在夏天）抽水；水通过土层的渗透提供了额外的净化过程。

每年约有1.1亿立方米的净化水通过一条名为“Third 内盖夫管道”的单独管道输送到内盖夫西部，用于灌溉。由于处理过的水具有高度的净化作用，它可以用于所有作物，而不会对健康造成风险。

以色列沙夫丹(shafdan)水处理工厂

其他污水净化厂已经在建设中或正在规划中。预计分配给农业的大部分水最终将由净化废水组成，因此优质淡水最终可以从农业用途转移到家庭用途。

全国各地的小型工厂都提供经过处理的污水，用于灌溉距离污水来源不远的农田。在许多情况下，处理是最低限度的，并且处理过的水的使用仅限于夏季的棉花等作物。然而，据报道，这类小型项目具有很高的成本效益

有两类水可用于海水淡化，盐水（微咸水）和海水。海水脱盐由于盐分浓度高，成本高。因此，开发一种更便宜的工艺的努力目前正集中在盐水上。然而，从长远来看，海水也必须被用作饮用水的来源。

自20世纪60年代初以来，以色列对盐水脱盐的几种方法进行了研究。其中，反渗透已被证明是有效且相对便宜的；然而，如今通过反渗透生产饮用水的成本比净化污水的成本高出约25%。

先进的海水淡化项目位于以色列南端红海城市埃拉特附近，埃拉特是该国最干旱的地区，降水量可以忽略不计。埃拉特的人口约为40000人，每年约有500000名游客涌入。直到1997年，所有供应给埃拉特的饮用水都是通过地下微咸水脱盐获得的。脱盐水由两个工厂通过反渗透生产，总产量约为36000立方米/天（每年约1300万立方米）。由于对可靠饮用水供应的需求不断增加，在现有装置的基础上增加了第三个海水淡化装置（水是从红海抽取的）。目前，该装置的年产量约为350万立方米。

全球最大海水淡化工厂——以色列阿什凯隆海水淡化厂

盐水淡化比海水淡化更可取，因为从盐水生产可饮用水所需的能量为每立方米0.8至1.0千瓦时，并且回收了73%的水输入，而海水淡化所需的能源约为每立方米3.85千瓦时，仅回收了50%的水输入。然而，地下盐水分布在相对较大的地区，埃拉特附近的地下水供应有限。另一方面，海水的供应是无限的。因此，未来的脱盐水生产将主要依靠海水。

除了确保有一个重要的额外饮用水源外，开发一种有效的海水淡化方法将有助于扭转目前淡水含水层，包括重要的沿海含水层盐碱化的危险趋势。

以色列海水淡化设施

在一定程度上，未经处理的盐水已经被用于作物灌溉。为了研究盐水是否可以用来灌溉作物，已经进行了许多研究。研究发现，某些作物，如棉花、番茄和甜瓜，很容易耐受盐水（电导率高达7-8dS/m，相当于0.41-0.47%NaCl的盐度）。然而为了最大限度地减少植物根部周围的盐分积累，并促进那些积累的盐分散失，使用滴灌系统输送盐水和在无土介质或轻质土壤（沙质或壤土）中培养植物是一种有效的手段。在种植耐受性作物的情况下，使用盐水可以节省大量淡水。

在以色列，农业部门是主要的用水部门。因此，为了减少总用水量，分配给农业的水量受到了一些限制，特别是自20世纪90年代初以来。从1997年2008百万立方米的总消费量来看，农业用水为1264百万立方米（63%），而1985年的情况是，农业用水在1920百万立方米（72%）中为1389百万立方米。毫无疑问，高效利用灌溉用水是当务之急。

最重要的农业技术创新之一可能是Simcha Blass和他的儿子Yeshayahu在以色列发明的滴灌（父亲构思了这个想法，儿子开发了滴水器）。1965年，Simcha与基布兹Hatzerim 成立了 Netafim 灌溉公司。

Simcha Blass（右）与 Eric Johnston（左）

与其他灌溉方法相比，滴灌有许多优点：

1. 安装在横向管道上的每个滴水器都能均匀地排水。即使在坡度适中的地形上也是如此。此外，补偿式滴头的开发能够在更陡的斜坡上实现均匀灌溉，并能够用滴头将支管延伸更远的距离。

2. 通过滴水器，肥料可以与水一起供应给植物（“施肥”）。水和肥料直接输送到根系，而不是输送到田地的总面积，从而节约了水和肥料。

3. 输送的水量可以进行优化，以适应不同的土壤类型，避免水渗透到根区以外。此外，不能通过犁沟或洪水灌溉的沙质土壤可以用滴水器有效灌溉。

4. 有效减少了杂草的生长。在种植的行间，干燥的地面便于工人和机器在整个季节舒适地进入田地。

5. 可以开采劣质水（盐水或废水），因为：与喷灌不同，滴灌可以利用盐水。这是因为避免了水和树叶之间的直接接触，从而避免了烧伤。

6. 滴灌可使盐分不断地从根系中冲走，避免盐分在根系附近积聚。这在灌溉盐渍土壤或用盐水灌溉时很重要。

7. 滴灌允许使用经过最低限度处理的污水，因为水直接输送到地面，从而将健康风险降至最低。

8. 具有给定排水量（约为每小时几升）的滴水器可以安装在任何间距，以满足任何作物的需求。

以色列滴灌设备

就节水而言，滴灌是最有效的灌溉方法。由于滴水器将水直接排放到根系附近的土壤中，从而立即吸收水分，因此蒸发量最小。在干旱地区普遍存在的条件下，这一特征尤其重要。在洒水器或地面灌溉中，风会增强蒸发，而在滴灌中，风的影响最小。如果维护得当，高质量的滴灌设备可以使用十五到二十年。

水利用效率（WUE）是指植物吸收的水量与施用的总水量之间的比率。研究表明，滴灌的WUE约为95%，而地表灌溉为45%，喷灌为75%。综上所述，可以得出结论，滴灌比其他灌溉方法有很多优点，在节水方面也优于地表灌溉和喷灌，尤其是在供水有限的情况下。

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