彭陽(yáng)縣姬陽(yáng)洼小流域雨水資源高效利用實(shí)踐

劉學(xué)軍，張煜明，劉 平，翟汝偉

(寧夏水利科學(xué)研究所，寧夏 銀川 750021)

寧夏南部山區(qū)總面積3.88萬(wàn)km2，干旱缺水，生態(tài)環(huán)境脆弱，耕地面積 95.8萬(wàn)hm2，其中 90%以上為旱作農(nóng)田。區(qū)域多年平均降水量327mm，由于受到地貌及地理?xiàng)l件的限制，引用客水的可能性較小。根據(jù)資料分析，近年來(lái)全區(qū)年平均降水量減少了 4.7%，地表水資源量減少了 5.6%，水資源匱乏已成為制約該區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。為了充分利用有限的雨水資源，實(shí)現(xiàn)區(qū)域雨水資源的高效利用，在寧夏彭陽(yáng)縣姬陽(yáng)洼小流域，充分利用已建水土保持工程攔蓄降水的功能，開(kāi)展了雨水資源高效利用技術(shù)研究與示范，旨在尋求解決寧南干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)缺水的途徑。

1 示范區(qū)基本情況

示范區(qū)地處彭陽(yáng)縣中北部半干旱區(qū)的王洼鄉(xiāng)姬陽(yáng)洼小流域，地理位置為東經(jīng)106°33′15″、北緯36°09′36″，面積1.42km2，屬黃土丘陵溝壑區(qū)，土層厚度 50～150m，有農(nóng)戶30戶。示范區(qū)年平均日照時(shí)數(shù) 2518 h，多年平均氣溫 6.8℃，平均無(wú)霜期145 d，最大凍土深度1.4m;多年平均降水量 413.94mm，年水面蒸發(fā)量1360mm;地下水主要來(lái)源于天然降水，經(jīng)土壤入滲轉(zhuǎn)化為地下水，常見(jiàn)于梁間洼地;主溝道內(nèi)地下水埋深一般小于 25m，單井涌水量在1m3/d左右，礦化度小于1 g/L;多年平均風(fēng)速在 2.3 m/s左右，主害風(fēng)為西北風(fēng)。示范區(qū)建設(shè)前有梯田3.33hm2、坡耕地116.7hm2、荒坡 草地16.7hm2，居民點(diǎn)用地 5.3hm2。據(jù) 22年降水資料分析，春旱15年，占68.18%，其中大旱 4年，占18.18%;夏旱16年，占72.73%，其中大旱 5年，占22.73%。示范區(qū)內(nèi)以水力侵蝕為主，年土壤侵蝕模數(shù)為7000t/km2，林草覆蓋率達(dá)到33.4%。主要農(nóng)作物有冬小麥、馬鈴薯、油料、玉米、蕎麥，種植方式粗放，廣種薄收，糧食單產(chǎn)較低，經(jīng)濟(jì)效益差。

2 庫(kù)、池、窖水資源聯(lián)合調(diào)度研究

2.1 降水資源的就地?cái)r蓄

在示范區(qū)開(kāi)展大規(guī)模的機(jī)修水平梯田建設(shè)和坡耕地改造，最大限度地就地?cái)r蓄降雨徑流。機(jī)修水平梯田寬度控制在30～50m，按照坡面的形狀順坡建設(shè)。坡耕地改造控制坡長(zhǎng)在10～15m、坡度小于10°，下部建設(shè)集雨水平溝，水平溝采用“88542”模式，在水平溝內(nèi)種植山杏、山桃，在部分背風(fēng)坡面的水平溝種植曹杏、大接杏，以充分利用坡面降雨徑流資源，實(shí)現(xiàn)徑流資源的就地?cái)r蓄利用。

2.2 道路徑流的攔蓄

整修示范區(qū)內(nèi)道路，在道路一側(cè)修建攔引徑流的襯砌渠道，匯集路面產(chǎn)生的徑流，并將徑流導(dǎo)引至沿道路建設(shè)的水窖中。

2.3 庭院徑流攔蓄利用

利用居民的屋面、場(chǎng)院作為集流面，配套屋檐接水設(shè)施，匯集降雨徑流，并將集蓄的雨水儲(chǔ)存在庭院水窖中。

2.4 小流域綜合攔蓄

在小流域徑流易于匯集的出口，集中建設(shè)澇池，攔蓄降雨徑流。經(jīng)澇池沉淀后，及時(shí)將澇池中集蓄的降雨導(dǎo)引、儲(chǔ)存到澇池周邊的水窖中。

2.5 地下水利用

在示范區(qū)壕掌地，存在有少量的地下水，屬降雨入滲轉(zhuǎn)化而成的地下水，埋深在10～30m。建設(shè)土圓井開(kāi)采利用地下水，主要用于人畜飲水、設(shè)施農(nóng)業(yè)用水和裸地蔬菜的補(bǔ)充灌溉。土圓井涌水量較小，可采用小型潛水泵階段性提水，利用管道輸送到周邊水窖供灌溉時(shí)集中利用。

2.6 小流域庫(kù)、池、窖水資源的聯(lián)合調(diào)度

由于示范區(qū)面積較小，坡面進(jìn)行了高度治理，徑流主要產(chǎn)生在居民場(chǎng)院、道路和少量的荒坡上，因此徑流資源較少，無(wú)法滿足設(shè)施農(nóng)業(yè)、蔬菜等作物的集中用水。而在距姬陽(yáng)洼小流域2km處，有斬蛟頭小型水庫(kù)，水庫(kù)水源主要用于羅洼人畜飲水和水庫(kù)周邊溝臺(tái)地的補(bǔ)水灌溉，每年還有一定的余水。建設(shè)水資源聯(lián)合調(diào)度工程，將斬蛟頭水庫(kù)的水源，通過(guò)羅洼人畜飲水工程配置的揚(yáng)水站加壓，用管道輸送到姬陽(yáng)洼小流域建設(shè)的澇池中，并將澇池調(diào)蓄的水資源及時(shí)儲(chǔ)存在澇池周邊的水窖中，可實(shí)現(xiàn)庫(kù)、池、窖水資源的聯(lián)合調(diào)度和高效利用[1-2]。

3 庫(kù)、池、窖水資源聯(lián)合調(diào)度示范區(qū)建設(shè)

3.1 工程建設(shè)情況

在姬陽(yáng)洼流域建設(shè)徑流調(diào)蓄澇池 4座(其中 2座容積 600m3、2座容積1000m3)，改造修整道路 2.8km，建設(shè)道路匯流襯砌渠道 2054 m、水窖39眼、土圓井 25眼、節(jié)能日光溫室15座(50m×8 m)，新修水平梯田 43.3hm2，改造坡耕地 86.7hm2。利用斬蛟頭人畜飲水工程的泵站，建設(shè)輸水管道 2.65km，應(yīng)用庫(kù)、池、窖水資源聯(lián)合調(diào)度技術(shù)為姬陽(yáng)洼示范區(qū)進(jìn)行跨區(qū)域調(diào)水，彌補(bǔ)示范區(qū)溫室和裸地蔬菜種植水源的不足。為溫室種植農(nóng)戶提供了辣椒、黃瓜、番茄、芹菜、油菜、甘藍(lán)、小蔥、蘿卜、菠菜、韭菜、香菜等優(yōu)良蔬菜種子，種植蔬菜、地膜玉米、新品種馬鈴薯13.3hm2。

3.2 節(jié)水灌溉設(shè)備配套

為保證示范區(qū)作物灌溉和蔬菜溫棚種植，將斬蛟頭水庫(kù)攔蓄的雨水通過(guò)羅洼供水管線輸送至流域澇池及水窖中，鋪設(shè)進(jìn)窖配水管道1644m、澇池出水管道 280m;為蔬菜溫棚架設(shè) 220V供電線路1200m，配電表箱15套、柴配泵 2臺(tái)、兩相電潛水泵15臺(tái)、Φ32mm的 P E輸水管道1500m、微噴設(shè)備 8套、滴灌設(shè)備 4套;為大田蔬菜、玉米種植配置輸水管道 500m、微噴設(shè)備 2套、滴灌設(shè)備 2套。

3.3 種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整

結(jié)合整個(gè)示范區(qū)工程建設(shè)，大力調(diào)整種植結(jié)構(gòu)。改造的86.7hm2坡耕地，全部退耕種植紫花苜蓿;新建的 43.3hm2水平梯田，在澇池周?chē)ㄔO(shè)15座日光溫室種植反季節(jié)蔬菜，在溫室周?chē)N植裸地蔬菜 2hm2，在距離水窖較近的區(qū)域種植全覆膜玉米3.3hm2、馬鈴薯 6.7hm2，其他水平梯田種植胡麻、冬小麥、食用葵、小雜糧等作物。

3.4 庫(kù)、池、窖水資源的聯(lián)合調(diào)度與利用管理

姬陽(yáng)洼流域集雨補(bǔ)灌主要種植設(shè)施蔬菜、裸地蔬菜、地膜玉米、馬鈴薯等經(jīng)濟(jì)作物，受益主體為30戶農(nóng)戶。建立聯(lián)戶雨水集蓄利用管理模式，用水農(nóng)戶自主選舉示范區(qū)用水管理員，負(fù)責(zé)調(diào)水、水費(fèi)收繳、水量分配等工作，保證了水庫(kù)水、澇池水、水窖水的合理利用[3]。示范區(qū)降雨集蓄的徑流匯集到澇池，農(nóng)戶自行利用管道及時(shí)將水放入水窖儲(chǔ)存;在水量不足時(shí)，由各農(nóng)戶提出供水要求，每眼水窖農(nóng)戶上交 200元供水預(yù)備金后，管理人員與水庫(kù)管理部門(mén)聯(lián)系，為各農(nóng)戶水窖供水，預(yù)備金的剩余部分作為下次的供水預(yù)備金。公用工程的維修費(fèi)用由各農(nóng)戶按照年用水量在年底分?jǐn)偅瑥念A(yù)備金中扣除，年底公布收入和支出賬目，接受用水合作組織的監(jiān)督。

4 庫(kù)、池、窖水資源的高效利用

示范區(qū)庫(kù)、池、窖水資源主要用于設(shè)施農(nóng)業(yè)的灌溉、庭院經(jīng)濟(jì)的利用、大田蔬菜灌溉、玉米補(bǔ)充灌溉和馬鈴薯的補(bǔ)充灌溉。大田作物的補(bǔ)充灌溉集中在 4—7月。

4.1 設(shè)施農(nóng)業(yè)利用

示范區(qū)建設(shè)日光溫室15座，分屬15戶農(nóng)戶。由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平較低，溫室內(nèi)以辣椒、芹菜、油菜、菠菜、韭菜、香菜、小白菜、白菜、菜豆種植為主，年種植 2～3茬。設(shè)施農(nóng)業(yè)用水主要是利用水窖蓄存的降雨徑流、土圓井水，采用膜下滴灌、微噴、小畦灌溉方式進(jìn)行灌溉。水窖蓄存的降雨徑流不能滿足灌溉時(shí)，啟動(dòng)庫(kù)、池、窖水資源聯(lián)合調(diào)度工程，從斬蛟頭水庫(kù)調(diào)水，滿足設(shè)施農(nóng)業(yè)種植用水。

4.2 庭院經(jīng)濟(jì)利用

示范區(qū)現(xiàn)有農(nóng)戶30戶，居民點(diǎn)占地 5.3hm2，各戶都有較大的場(chǎng)院、屋面，可利用場(chǎng)院、屋面并配套屋檐接水設(shè)施，收集屋面、場(chǎng)院的降雨徑流，儲(chǔ)存在場(chǎng)院的水窖中，發(fā)展庭院經(jīng)濟(jì)補(bǔ)灌和養(yǎng)殖業(yè)。根據(jù)示范區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)查，示范區(qū)建設(shè)庭院果樹(shù)1.3hm2、養(yǎng)殖肉牛 60頭，年均出欄肉牛 42頭。庭院集雨滿足了庭院經(jīng)濟(jì)、養(yǎng)殖業(yè)用水，有效地提高了降雨徑流的利用效率。

4.3 大田蔬菜高效利用

示范區(qū)大田蔬菜主要分布在設(shè)施農(nóng)業(yè)的周?chē)?，種植的作物有番茄、辣椒、茄子、甘藍(lán)、大蔥、白菜、菜豆等。大田蔬菜的用水主要來(lái)源于澇池蓄集的降雨徑流和土圓井水，在水源不足時(shí)，啟動(dòng)庫(kù)、池、窖水資源聯(lián)合調(diào)度工程，從斬蛟頭水庫(kù)調(diào)水，滿足大田蔬菜種植用水。大田蔬菜灌溉采用膜下滴灌、微噴灌、小畦灌溉，年灌水 5～6次，主要集中在 5—8月。

4.4 大田玉米高效利用

在示范區(qū)的建設(shè)過(guò)程中，大力推廣雨水利用效率較高的地膜玉米，并采取全覆膜種植方式，提高降水資源的利用效率[4]。示范區(qū)地膜玉米種植穩(wěn)定在3.3hm2以上，生育期補(bǔ)灌 2次，分別在播種和大喇叭口期各灌溉1次，次補(bǔ)充灌水定額為45m3/hm2，灌溉方式采用坐水灌和穴灌，灌溉水源主要來(lái)源于澇池集蓄、儲(chǔ)存在水窖中的降雨徑流。

4.5 馬鈴薯高效利用

由于區(qū)域降雨特點(diǎn)，馬鈴薯是當(dāng)?shù)乜购?、高效利用雨水資源的主要秋作物。在一般年份，示范區(qū)種植馬鈴薯不灌溉;在干旱年份，馬鈴薯生育期補(bǔ)水灌溉1次，補(bǔ)水量 45m3/hm2，其他季節(jié)主要依靠降雨滿足生長(zhǎng)用水。

5 水資源利用效果監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)

5.1 降水資源的利用

示范區(qū)新修高標(biāo)準(zhǔn)水平梯田 43.3hm2，改造坡耕地 86.7hm2。 2007—2009年，示范區(qū) 4—9月份降水量分別為244.2、230.2、236.2mm，水平梯田、改造后的坡耕地均無(wú)產(chǎn)流，水資源被就地?cái)r蓄利用。2006—2009年，示范區(qū)啟動(dòng)庫(kù)、池、窖水資源聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)，每年向示范區(qū)調(diào)水 500～800m3，結(jié)合示范區(qū)徑流攔蓄工程攔蓄的降水，基本滿足了示范區(qū)的灌溉用水要求。示范區(qū)建設(shè) 4年來(lái)，未發(fā)生降雨徑流出溝現(xiàn)象，雨水資源被全部攔蓄在小流域內(nèi)利用。

5.2 水資源的高效利用

示范區(qū)年灌溉用水3150～4350m3，灌溉面積近 6hm2，其中日光溫室0.6hm2、大田蔬菜 2hm2、玉米補(bǔ)灌3.3hm2。由于水資源短缺，種植的 6.7hm2馬鈴薯沒(méi)有進(jìn)行補(bǔ)充灌溉。

設(shè)施蔬菜用水:根據(jù)試驗(yàn)觀測(cè)，每座溫室每年灌溉 6次，次灌水量15～20m3，年用水量為90～120m3，15座溫室年用水量1350～1800m3。單座溫室年蔬菜收入 5000～8000元，單方水的灌溉效益為42～67元，水的利用效率十分顯著[5]。

大田蔬菜用水:大田蔬菜的用水主要來(lái)源于澇池蓄集的降雨徑流、土圓井開(kāi)采的地下水和斬蛟頭水庫(kù)的水。示范區(qū)種植大田蔬菜穩(wěn)定在 2hm2左右，次灌水量為150～225m3/hm2，年灌水 5～6次，年用水量1500～2250m3，經(jīng)濟(jì)效益 2.25萬(wàn)～3萬(wàn)元/hm2，灌溉效益達(dá)16～40元/m3，水的利用效率較高。

玉米種植用水:示范區(qū)地膜玉米種植面積3.3hm2左右，生育期補(bǔ)灌 2次，次補(bǔ)充灌水定額為45m3/hm2，年補(bǔ)充灌溉水量300m3左右。2008年對(duì)示范區(qū)穴灌、旱地(不灌)種植地膜玉米進(jìn)行了試驗(yàn)比較，節(jié)水補(bǔ)灌種植的玉米較旱地玉米提高產(chǎn)量2250～3000k g/hm2，單方水灌溉效益 20～25元/m3，補(bǔ)水灌溉效益顯著。

由于雨水集蓄利用工程的建設(shè)和應(yīng)用保證了作物關(guān)鍵生長(zhǎng)期的用水，所以利用水土保持工程攔蓄的雨水取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)、社會(huì)效益，極大地提高了農(nóng)戶建設(shè)雨水集蓄利用工程的積極性。

6 結(jié) 語(yǔ)

雨水資源是寧夏南部山區(qū)唯一的水資源，高效利用雨水資源是當(dāng)?shù)匕l(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的必然選擇。在水資源的高效利用中采取的措施主要有:結(jié)合小流域的綜合治理，大力建設(shè)水平梯田、改造坡耕地，就地?cái)r蓄降雨徑流;建設(shè)集雨工程，攔蓄利用庭院、道路、荒坡產(chǎn)生的降雨徑流，發(fā)展高效節(jié)水設(shè)施農(nóng)業(yè);推廣作物關(guān)鍵期補(bǔ)灌技術(shù)，結(jié)合微集雨、抗旱優(yōu)良品種篩選，發(fā)展高效種植業(yè)、庭院經(jīng)濟(jì)、養(yǎng)殖業(yè)，提高流域水資源的利用效率;推廣利用庫(kù)、池、窖水資源聯(lián)合調(diào)度技術(shù)，充分利用水土保持治溝骨干工程攔蓄的水資源，發(fā)展補(bǔ)充灌溉農(nóng)業(yè)，提高水資源的利用率與利用效率。這些措施是促進(jìn)寧夏南部山區(qū)現(xiàn)代旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要途徑。

[1]卜崇德，郭文鋒.淤地壩在干旱地區(qū)洪水資源利用中的作用和效益[J].中國(guó)水土保持，2007(3):42-43.

[2]張寧，卜崇德，劉平，等.聶家河小流域庫(kù)壩池窖聯(lián)合利用水資源的實(shí)踐[J].中國(guó)水土保持，2007(6):20-21.

[3]劉學(xué)軍，劉平，徐志友.寧南山區(qū)雨水集蓄利用模式與技術(shù)集成研究[J].水土保持通報(bào)，2004(1):36-39.

[4]何寶銀，劉學(xué)軍.寧夏中南部旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[J].寧夏農(nóng)林科技，2008(6):87-89.

[5]劉學(xué)軍.寧南山區(qū)集雨節(jié)灌工程效益分析[J].寧夏農(nóng)林科技，2003(6):57-59.