試論小河西水庫灌區(qū)節(jié)水改造的技術問題

1、試論小河西水庫灌區(qū)節(jié)水改造的技術問題【摘 要】小河西水庫灌區(qū)水毀重建規(guī)劃工作已經(jīng)圓滿完成，部分渠段已開始實施，但從規(guī)劃中還存在著節(jié)水改造有關的問題，由于干渠所在的地質(zhì)條件比較復雜，滲水比較嚴重，所以必須進行節(jié)水改造。節(jié)水以干渠防滲為重點，結(jié)合農(nóng)藝措施、田間措施、非充分灌溉技術、井渠結(jié)合的方法，并針對不同的作物采用不同的灌溉標準，達到節(jié)水和擴大灌溉面積的目的。 【關鍵詞】小河西水庫灌區(qū)；節(jié)水改造；技術 1.前言 小河西水庫灌區(qū)水毀恢復工程與節(jié)水改造規(guī)劃工作已經(jīng)完成，并且已經(jīng)開始建設。小河西水庫灌區(qū)興建于1958年，以小河西水庫為灌溉地表水源，小河西水庫灌區(qū)位于通遼市扎魯特旗中西部，距旗政府所在地

2、魯北鎮(zhèn)25km，地理坐標是東經(jīng)12036-12043，北緯4423-4437，灌區(qū)全長74km（其中：香山灌域54km，工農(nóng)灌域20km），平均寬2km，總面積148km2（合22.2萬畝），所轄服務范圍香山鎮(zhèn)六個村，魯北鎮(zhèn)四個村及香山農(nóng)場兩個村，灌區(qū)總耕地面積11萬畝，播種面積8.4萬畝。灌區(qū)原設計灌溉面積5.0萬畝，歷史最高年度灌溉3.2萬畝，最少年份1.1萬畝，多年平均灌溉1.6萬畝。 2.小河西水庫灌區(qū)節(jié)水改造任務艱巨 根據(jù)通遼市水利勘察設計院完成的小河西水庫水毀恢復工程設計報告，規(guī)劃灌溉面積2.3萬畝，其中工農(nóng)灌域2.0萬畝，全部為旱田；香山灌域0.3萬畝，全部為水田。水田灌溉保證率

3、為75%，旱田灌溉保證率為50%。年可供水量為1160萬立方米。小河西灌區(qū)興建于1958年，以小河西水庫為灌溉地表水源，該灌區(qū)經(jīng)過40余年的運行，渠系建筑物出現(xiàn)了嚴重的破損現(xiàn)象。1998年8月8日的特大洪水使小河西水庫的主壩決口，水庫溢洪道、工農(nóng)涵洞及香山涵洞被沖毀，水毀以后，水庫原有的灌溉能力全部喪失，99年至2003年春旱，灌區(qū)人民群眾用柴油機水泵從河道抽水解決春種灌溉用水問題。 小河西水庫除險加固工程的實施，相繼重建了水庫香山涵洞及工農(nóng)涵洞，恢復水庫向灌區(qū)輸水灌溉的功能。小河西灌區(qū)工農(nóng)干渠下游的主要渠系建筑物建設年代久遠，多為砌石及草木結(jié)構(gòu)，經(jīng)多年運行，都相繼出現(xiàn)了不同程度的破損現(xiàn)象，并

4、且在98洪水中也遭到了不同程度的破壞，均損毀廢棄，因此，小河西水庫除險加固的成功實施后，為了能盡快發(fā)揮其原有的灌溉效益，解決下游灌區(qū)人民群眾農(nóng)田無法灌溉的難題，急需對小河西灌區(qū)水毀建筑物進行恢復重建。由于水源有限，為了擴大灌溉面積，必須對灌區(qū)進行節(jié)水改造。 小河西灌區(qū)面臨干渠工程不夠配套、建設標準偏低、老化失修、管理落后等一系列問題，還面臨灌溉水量不足的嚴峻問題。通過節(jié)水改造，不但要解決現(xiàn)狀缺水，而且在不增加灌溉用水總量的前提下，還要在灌區(qū)控制范圍內(nèi)擴大灌溉面積。灌區(qū)節(jié)水改造建設周期長，綜合性強，投入巨大，技術方案和技術路線既要立足于生產(chǎn)上已經(jīng)得到驗證的成套技術，同時應有必要的前瞻性，制定科學

5、、合理的改造標準，積極、慎重地采用新技術、新材料、新工藝，以增加灌區(qū)改造的科技含量、提升灌區(qū)功能，保證工程質(zhì)量，降低建設費用和運行成本，提高灌區(qū)經(jīng)濟效益。 3.小河西灌區(qū)節(jié)水改造的技術問題 根據(jù)小河西灌區(qū)所處氣候條件有顯著差異，節(jié)水改造技術決策可歸納為下述幾個主要方面： 3.1以可供水資源總量確定灌區(qū)規(guī)模 我國農(nóng)業(yè)面臨的水資源嚴峻形勢不僅表現(xiàn)為水資源的人均占有量和畝均占有量低，而且更突出地表現(xiàn)為水土資源配置失衡。小河西水庫灌區(qū)墾殖率僅為50%左右，即灌區(qū)控制范圍有近一半的面積為各類荒地。充足的光熱資源和豐富的土地資源引起人們以擴大灌溉面積發(fā)展農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的愿望，但往往忽視了水資源承載能力的限制，

6、造成上游開荒、下游棄耕，湖泊干涸，河道斷流，綠州萎縮，自然生態(tài)惡化的嚴重后果。因此灌區(qū)改造必須正確把握水資源的承載能力，確立以水資源承載能力決定灌區(qū)發(fā)展規(guī)模的技術原則。 水資源承載能力主要取決于水資源條件，一般而言，水資源豐富地區(qū)的水資源承載能力大，而水資源匱乏地區(qū)的水資源承載能力小。但是，水資源的承載能力又表現(xiàn)出明顯的可變性，廣義上講開源、節(jié)流都是為了提高水資源的承載能力，當然這種提高是有限制的。水資源開發(fā)程度超出安全限度意味著水資源的承載風險加大；超出技術、經(jīng)濟合理性的節(jié)流，也必然帶來運行、管理上的風險。水資源承載能力還表現(xiàn)為相當大的彈性，例如超采淺層地下水的短期合理性與長期危害性是并存的

7、。正確利用水資源承載能力的彈性可以大大提高水利工程的經(jīng)濟合理性，超出限度則最終會影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。 在考慮水資源承載能力時，還必須考慮對生態(tài)環(huán)境的影響。水資源短缺的北方地區(qū)，在當前技術水平下，提高水資源對經(jīng)濟發(fā)展的承載能力，不能不影響到生態(tài)環(huán)境用水，因此本地區(qū)應首先保證必要的生態(tài)環(huán)境用水，也要同時從長遠上考慮生態(tài)環(huán)境的承受能力。 3.2 確定不同的灌溉標準 灌區(qū)通常采用單一灌溉設計保證率，例如有關規(guī)范規(guī)定的影響因素中，作物影響是以“作物組成”的形式出現(xiàn)的，并未明確同一灌區(qū)的不同作物可采用不同的灌溉設計保證率。這種狀況與我國農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)上強調(diào)糧食生產(chǎn)有關，也與規(guī)劃設計的粗放有關。灌區(qū)節(jié)水改造中如何正確選

8、擇灌溉設計保證率是一個有爭議的問題，一方面該區(qū)域水資源短缺，不可能選擇過高的灌溉標準，另一方面灌區(qū)節(jié)水改造的效果又應該體現(xiàn)在灌溉保證率的提高上。 小河西灌區(qū)建于5070年代，灌溉設計保證率是根據(jù)當時的水文氣象、水土資源、作物組成、灌區(qū)規(guī)模等因素確定的。80年代以來氣候呈現(xiàn)逐年干旱的態(tài)勢，河流年徑流量明顯減少，灌區(qū)的灌溉實際保證率并未達到設計保證率。例如工農(nóng)灌域有65%的灌溉面積每年只能灌水1次，且遠低于設計灌溉定額。因此，灌區(qū)節(jié)水改造的效果首先不是體現(xiàn)為提高灌溉設計保證率，而應該體現(xiàn)在恢復灌溉保證率上。 現(xiàn)在農(nóng)業(yè)種植面臨重大結(jié)構(gòu)調(diào)整，即由目前以糧為主的“糧、經(jīng)”二元結(jié)構(gòu)變?yōu)椤凹Z、經(jīng)、飼”均衡發(fā)

9、展的三元結(jié)構(gòu)，農(nóng)業(yè)用水形態(tài)呈多樣化趨勢。優(yōu)質(zhì)、專用糧食作物和大多數(shù)經(jīng)濟作物因產(chǎn)值高、適用水肥條件好等原因，要求較高的灌溉保證率，而耐旱牧草和一般糧食作物則不要求較高的灌溉保證率，因此同一灌區(qū)應該針對作物要求確定不同的灌溉設計保證率，這是適應農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，發(fā)展灌區(qū)經(jīng)濟的必然選擇。 采用多種灌溉設計保證率給灌區(qū)規(guī)劃設計和運行管理帶來技術上的難度，解決的辦法應依水源條件不同而異。在單一水源條件下，可通過調(diào)整作物種植布局和實行作物區(qū)域種植、規(guī)模經(jīng)營的方法解決，在多水源特別是開發(fā)利用地下水的條件下，應在供水保證率高的水源受益地區(qū)種植要求灌溉保證率高的作物。渠道也可以采用既適合大流量輸水，也適合較小流

10、量輸水的形式。 3.3 合理開發(fā)和運用水資源，建設井渠結(jié)合灌區(qū) 灌區(qū)以小河西水庫為主水源，但并未對區(qū)內(nèi)全部水資源實行有效的統(tǒng)一管理。降雨形成的土壤水是水資源的重要賦存形式，有效利用降水是提高農(nóng)田水份生產(chǎn)效率，解決水資源短缺的重要技術方向。本地區(qū)多年平均降水量為399.5mm，降水年內(nèi)分配不均，主要分布在69月份，站全年降水量的80%。屬補充灌溉農(nóng)業(yè)，對降水有較大的依賴性。據(jù)有關研究表明，本地區(qū)土壤水的資源量占降水資源量的60%70%，玉米生育期土壤水可達其全部耗水量的1/3，但土壤水并未得到充分利用。開始在有效利用降水上做文章。但是降水集中在7、8、9三個月，春季少雨，為此在有條件的地區(qū)建設蓄

11、水工程，集蓄雨水，降水不足時則少量利用渠水補足蓄水，形成了“渠引庫蓄”的用水模式。這種用水模式大大減少了灌溉用水量，對該類灌區(qū)節(jié)水改造方向影響深遠。 地下水是該灌區(qū)的重要水資源，在井渠結(jié)合方面取得了不少經(jīng)驗，特別是水庫沖毀之后，農(nóng)民自發(fā)地打了部分機電井，為利用地下水打下了基礎，地下水開發(fā)利用對灌區(qū)的意義并不僅僅是增加可供水量，而且能控制耕地鹽漬化，為種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供便利的水利條件。西因為該地區(qū)降水少，淺層地下水主要靠灌溉補給；淺層地下水往往礦化度較高，且在垂直方向和水平方向呈不均勻分布；灌區(qū)墾殖率低，灌區(qū)內(nèi)各類荒地大量分布，潛水蒸發(fā)損失大，這些因素都給小河西灌區(qū)的地下水開發(fā)利用帶來多方面的特殊

12、性。實行井渠結(jié)合是小河西灌區(qū)節(jié)水改造的重要內(nèi)容。 3.4以干渠防滲為重點 小河西水庫灌區(qū)渠系復雜，渠線較長、渠道的工程地質(zhì)條件為部分強風化巖層和含礫砂壤土層，輸水損失大，以渠道防滲作為節(jié)水改造主要措施是符合實際情況的。但是渠道防滲耗資巨大，而且還存在凍漲破壞的威脅，如何正確選擇渠道防滲措施是灌區(qū)節(jié)水改造面臨的技術決策。干渠與田間渠道比較有以下特點：干渠一般按續(xù)灌方式運行，行水時間長；田間渠道一般按輪灌方式運行，行水時間短。各級渠道的合計設計流量，田間渠道一般為骨干渠道的幾倍至十幾倍，即一級田間渠道的合計斷面遠大于一級干渠的合計斷面。比較單條渠道長度，干渠較田間渠道要大得多，但比較單位灌溉面積的

13、渠道長度，結(jié)果正好相反。由此可以看出，干渠輸水損失水量一般大于田間渠道輸水損失水量，干渠防滲畝均費用一般小于田間渠道防滲畝均費用。因此，從投入的有效性考慮，灌區(qū)的渠道防滲應以干渠為重點。 渠道的功能主要是輸水、配水，同時還要求不沖、不淤，盡可能減少洇滲對周圍農(nóng)田的影響，縮短行水時間，保證行水安全等。從這些要求上看，干渠防滲也應優(yōu)先于田間渠道防滲。井渠結(jié)合灌區(qū)，渠道通常都有引水補源的作用，因此田間渠道除確有必要的渠段外，一般不宜采取防滲措施。根據(jù)以上的特點，小河西灌區(qū)干渠采取鋼筋混凝土防滲是比較經(jīng)濟合理的。 3.5 農(nóng)藝措施是充分發(fā)揮節(jié)水改造效益的關鍵 提高降水利用率和生產(chǎn)效率的農(nóng)藝措施主要是：

14、以平整土地為中心的坡地整治措施，以秸稈和地膜覆蓋為重點的覆蓋保墑措施，以少耕、免耕為主的耕作保墑措施，以平衡施肥和施用抗旱劑為重點的化學調(diào)控措施，以選用抗旱品種為重點的生物節(jié)水措施，以優(yōu)化農(nóng)業(yè)資源配置為主的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展措施等等。灌區(qū)節(jié)水改造的目的是為了提高水利用率和水分生產(chǎn)效率，應在技術方案和技術路線中明確農(nóng)藝措施的重要作用，也應對農(nóng)藝措施的篩選和配套提出指導性要求。 4.小河西水庫灌區(qū)節(jié)水改造的幾項關鍵技術和措施 根據(jù)小河西灌區(qū)的具體條件，面臨的問題有其特殊性，對節(jié)水改造技術有如下幾點需求： 4.1 灌區(qū)水循環(huán)的模擬和評價技術 灌區(qū)引水量的減少以及渠道防滲等節(jié)水措施的廣泛采用將影響灌區(qū)水循環(huán)，

15、特別是地下水的補給和消耗將發(fā)生顯著變化，并進一步影響到土壤鹽分運動以及自然植被、人工植被的生態(tài)耗水。如何依據(jù)節(jié)水改造實施前后條件的變化比較準確地推演未來的狀況和變化趨勢，是對這項技術的基本要求。 4.2 渠道防凍漲措施 由于冬季氣候寒冷，防滲渠道破壞的主要原因是凍漲問題，特別是干渠沿線的地下水位有時甚至高于渠底，致使凍漲量過大。國內(nèi)外渠道防凍漲研究成果和成功經(jīng)驗不少，技術上沒有大的障礙，問題在于防凍漲措施的有效性往往和建設費用、運行費用成正比，對于我們這樣經(jīng)濟落后地區(qū)尚難以承受。灌區(qū)渠道防凍漲問題不宜單純依靠防凍漲措施解決，應提倡針對渠段實際情況采用綜合措施解決。例如，干渠兩側(cè)地下水補給條件好

16、，水質(zhì)也較好，可以沿渠布設機井（或埋設水平排水管），將地下水提入渠中，一方面增加了可供水量，另一方面也可有效降低骨干渠道兩側(cè)的地下水位，減輕凍漲威脅，比單純排水的經(jīng)濟性好。 4.3 高標準平整土地技術 高標準平整土地是提高灌區(qū)田間水利用率的基礎性工作，現(xiàn)在主要用人工和推土機結(jié)合進行土地平整，但是精度不高，耕地大平小不平，致使灌水仍不夠均勻，灌水定額過大。目前提高田間水利用率的有效措施是劃小畦塊，縮短溝長，但不利于農(nóng)機作業(yè)。國外采用激光平地，保證灌溉效率。但是由于技術和經(jīng)濟原因近期我們還不可能采用激光技術平整土地，可以在繼續(xù)采用人工和推土機的同時，瞄準先進的激光技術，一旦實際成熟則立刻采用。也可

17、以向有關科研部門提供實驗基地，與科研部門進行合作，實驗成功馬上申請大面積推廣。 4.4 非充分灌溉技術 非充分灌溉缺水灌區(qū)節(jié)水技術改造的必然選擇，但如前所述，由于農(nóng)藝節(jié)水技術的進步和廣泛應用，充分灌溉和非充分灌溉界限已發(fā)生明顯變化。故這里所講的非充分灌溉，應該是在較好農(nóng)藝節(jié)水措施條件下進行的灌溉。普遍采用非充分灌溉的關鍵在于需要對灌溉系統(tǒng)功能重新定位，對灌區(qū)運行調(diào)度也提出嚴格要求，否則如果按照目前的工程條件和調(diào)度能力，作物水分的“短期虧缺”很可能成為“永久虧缺”。給農(nóng)民帶來無法挽回的經(jīng)濟損失 。 4.5 灌排結(jié)合，控制耕地鹽漬化 小河西灌區(qū)因降水稀少，蒸發(fā)強烈，以及排水工程不配套等原因，開灌后

18、不同程度存在鹽漬化問題，因此必要的排水配套措施應該是這次灌區(qū)節(jié)水改造的重要內(nèi)容之一。在干旱、半干旱地區(qū)，要解決巖漬化問題，目前最好的辦法就是灌排結(jié)合，井渠結(jié)合，放棄原有的重灌輕排思想，在加強灌溉管理的同時，也要加強排水措施。從田間排水開始，合理布設排水溝渠，使排水通暢。還要注意觀察，隨時發(fā)現(xiàn)和解決排水中的問題，嚴格控制耕地的巖漬化問題。 4.6 灌區(qū)分析評價技術 灌區(qū)分析評價包括二方面的目的：一是對現(xiàn)狀灌排設施進行調(diào)查，總結(jié)經(jīng)驗，找準問題；二是根據(jù)水資源條件、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)等變化趨勢，提出灌區(qū)節(jié)水改造的目標、標準、技術方案、技術路線、經(jīng)濟技術指標、管理體制等等。灌區(qū)分析評價是灌區(qū)節(jié)水改造規(guī)劃工作的基礎，也是一項重要的前期性研究工作，但目前這項工作非常薄弱，仍停留在常規(guī)現(xiàn)場調(diào)查的水平上。 5. 結(jié)束語 小河西水