咸淡水混澆在節(jié)水型社會(huì)建設(shè)中的實(shí)踐探索

柳金杰,李曉亮,劉慶華

(河北省邢臺(tái)水文水資源勘測(cè)局,河北邢臺(tái) 054000)

在缺水的咸水地區(qū),由于長(zhǎng)期干旱,地表無(wú)徑流產(chǎn)生,過(guò)境河流無(wú)客水流入,地表水資源實(shí)際利用量為零。地下水長(zhǎng)期超采,開(kāi)采量大于補(bǔ)給量,淺層淡水資源日趨枯竭,隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和居民生活水平的提高,用水量迅猛增加,全部依靠開(kāi)采深層承壓淡水資源,勢(shì)必會(huì)使深層淡水水位急劇下降,造成地面下沉,咸淡水分界面下移,地下水環(huán)境遭到不可恢復(fù)的破壞。若充分開(kāi)發(fā)利用淺層微咸水與淡水混合用于農(nóng)業(yè)灌溉必然可以緩解淡水資源供需矛盾,因此,建設(shè)咸淡水混合灌溉是非常必要的。

1 示范點(diǎn)基本概況

示范點(diǎn)位于北方干旱缺水的咸水地區(qū),控制面積約 2.2萬(wàn)畝,現(xiàn)有深層井 50眼,以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主。多年平均降水量530mm,降水年際變化大,年內(nèi)分配不均的特點(diǎn)。旱災(zāi)是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要災(zāi)害。農(nóng)業(yè)灌溉主要依靠開(kāi)采深層地下淡水,水資源十分緊缺。人均水資源量 160 m3,畝均水資源量 90m3。地下水長(zhǎng)期超采,開(kāi)采量大于補(bǔ)給量,淺層淡水資源日趨枯竭,深層水水位急劇下降,由原來(lái)的 30～40 m已經(jīng)降到 60～75 m,年平均下降速度 2～3 m,形勢(shì)非常嚴(yán)峻,勢(shì)必會(huì)造成深層地下水水位下降,地面沉陷,咸淡水分界面下移,地下水環(huán)境將遭到嚴(yán)重破壞。面對(duì)嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí),只有堅(jiān)持開(kāi)源節(jié)流,保護(hù)并重,充分利用上層微咸水能有效緩解水資源短缺的供需矛盾。

2 咸淡水混澆的條件

在干旱缺水的咸水地區(qū),利用 2～5 g/L的咸水與淡水混合灌溉能夠取得不錯(cuò)的效果,土壤次生鹽漬化可避免。五年實(shí)驗(yàn)表明,土壤的含鹽量平水年基本實(shí)現(xiàn)周年平衡,雨量偏少年份稍有積鹽,如遇豐水年或次雨量較大的平水年,土壤的積鹽可以淋脫,達(dá)到多年平衡。

3 工程規(guī)劃設(shè)計(jì)

示范區(qū)總面積 2.2萬(wàn)畝,共計(jì) 50個(gè)系統(tǒng)單位,全部為大田灌溉。每個(gè)灌水單元利用現(xiàn)有一眼淡水深井,在附近 20 m以內(nèi)新打一眼微咸水淺井聯(lián)合運(yùn)行,連接現(xiàn)有管道進(jìn)入配水池混合后,達(dá)到符合農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)要求的農(nóng)田灌溉用水,實(shí)現(xiàn)節(jié)水目的。

3.1 灌溉制度

示范區(qū)內(nèi)以種植棉花為主,75%的年份降雨量為385mm,70%降雨(270mm)集中在棉花生育期,因此按種植棉花進(jìn)行典型設(shè)計(jì)。有效降雨量按發(fā)育期總降水量的 80%計(jì)算為 216mm,根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植棉花多年的經(jīng)驗(yàn),實(shí)際缺水量為197mm。

1)設(shè)計(jì)灌水定額

以滿足棉花生長(zhǎng)期需求為依據(jù),用公式 M=667rH(θ上-θ下)/η田計(jì)算為 65.3mm。

式中：r為土壤容重,砂壤土取值為 1.45,g/cm3;H為計(jì)劃濕潤(rùn)層深度,取值為 0.6,m;θ上-θ下為土壤適宜含水率上限 θ上取值為 0.9θ田持,下限 θ下取值為 0.65θ田持,θ田持為田間持水率,取值為 24%;η田為灌溉水利用系數(shù),管灌取值為 0.8。

2)灌水周期

根據(jù)示范區(qū)實(shí)際資料,取 Ep=6 m3/畝,T=m/Ep=43.5/6=7.25 d,取值為 8天。

3)管道總設(shè)計(jì)流量

示范區(qū)內(nèi)機(jī)井原配有流量為 50 m3/h的水泵,配合出水量 15m3/h淺層咸水井灌溉,故管道總設(shè)計(jì)流量為 65m3/h。

4)管徑校核

式中：D為干管的經(jīng)濟(jì)管徑(mm);V為經(jīng)濟(jì)流速,取1.5m/s;Q為干管的設(shè)計(jì)流量(m3/h)。

3.2 水頭損失計(jì)算

沿程水頭損失按公式 hw L=fLQm/Db計(jì)算。其中：m取1.77;b取 4.77;f取 94 800。局部水頭損失按沿程水頭損失的 10%計(jì)算,沿程水頭損失計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：

表1 沿程水頭損失計(jì)算成果表

3.3 管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)水泵最大揚(yáng)程計(jì)算

其中 Hp─灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)揚(yáng)程,m;Hmax為管道系統(tǒng)最大工作水頭,m;Z0為管道系統(tǒng)進(jìn)口揚(yáng)程 m;Zd為機(jī)井動(dòng)水位m

∑hf0,∑hj0為分別為水泵吸水管進(jìn)口至管道進(jìn)口間的管道沿程水頭損失及局部水頭損失,m。一般取值為水泵管長(zhǎng)的5%。

以管道進(jìn)口高程為 0計(jì)算,即 Z0為 0,則深井 Zd為110m,淺井為 35m。計(jì)算成果見(jiàn)表2 ：

表2 管道系統(tǒng)水力計(jì)算成果表

3.4 管理措施及水權(quán)機(jī)制

(1)提取工程運(yùn)行管理費(fèi),項(xiàng)目建成后,為保證工程的正常運(yùn)行,按農(nóng)民增加的效益提取 3%～5%用于工程維修和管理及設(shè)備更新。

(2)按定額收取水費(fèi),項(xiàng)目區(qū)內(nèi)按用水定額收取水費(fèi),超定額用水成倍加收補(bǔ)償費(fèi),促進(jìn)節(jié)水不灌溉的發(fā)展,增強(qiáng)農(nóng)民的節(jié)水意識(shí)。

(3)水權(quán)時(shí)水事活動(dòng)中有關(guān)各方權(quán)利關(guān)系的總和,是水資源所有權(quán)、水資源使用權(quán),水產(chǎn)品與服務(wù)經(jīng)營(yíng)權(quán)和轉(zhuǎn)讓權(quán)等與水資源有關(guān)的一組權(quán)利的總稱。協(xié)會(huì)把水權(quán)按照耕地面積、灌溉定額、灌水次數(shù)確定其年用水量,明確各農(nóng)戶的水資源配置。水權(quán)可以轉(zhuǎn)讓、買(mǎi)賣(mài)。用水戶節(jié)約用水,少用部分協(xié)會(huì)進(jìn)行購(gòu)買(mǎi),達(dá)到激勵(lì)節(jié)約用水的目的。

4 效益分析及環(huán)境影響

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)計(jì)算,示范區(qū)的 1 500畝耕地,年灌水定額按 160m3/畝計(jì)算,年灌水量 240萬(wàn) m3,其中利用深井水 184.6萬(wàn) m3,利用淺層微咸水 55.4萬(wàn) m3。淺井比深井每方水可節(jié)電0.35 KW,共節(jié)電 19.39萬(wàn) KW,電價(jià)按 1.0元 /KW,可節(jié)省電費(fèi) 19.39萬(wàn)元,經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4.2 節(jié)水效益

項(xiàng)目實(shí)施后,示范區(qū)內(nèi)合理利用微咸水,每年減少 55.4萬(wàn) m3深層承壓淡水的開(kāi)采量。對(duì)緩解淡水資源供需矛盾,降低深層地下水位的下降速度和地面下沉,保持淡水資源的課持續(xù)利用。對(duì)于保持農(nóng)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)高效持續(xù)發(fā)展將起到很大促進(jìn)作用。

4.3 社會(huì)效益

示范區(qū)內(nèi)項(xiàng)目實(shí)施后,極大的調(diào)動(dòng)了農(nóng)民的積極性,推動(dòng)了種植業(yè)的發(fā)展。同時(shí),提高作物抗旱能力,保證農(nóng)民增產(chǎn)增收,減輕農(nóng)民的負(fù)擔(dān),在一定程度上,維護(hù)了農(nóng)村社會(huì)的穩(wěn)定。

為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)田灌溉走上可持續(xù)發(fā)展的道路,為緩解水資源缺乏和地下淡水資源超采起到巨大作用。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)保護(hù)地下水資源

實(shí)施咸淡混合水灌溉,能有效減少開(kāi)采地下淡水,能有效的保護(hù)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)內(nèi)的地下水資源。根據(jù)項(xiàng)目示范區(qū)的經(jīng)驗(yàn)證明,對(duì)環(huán)境沒(méi)有不利影響。

(2)達(dá)到耕地增產(chǎn)不壞地目的

利用咸淡水混合灌溉嚴(yán)格掌握咸水灌溉的條件和技術(shù)要點(diǎn),必須具備較好的排水出路。渠排井排相結(jié)合,利用深渠在雨后及時(shí)將表層鹽分淋出,利用淺井將地下水控制在3m以下,限制潛水鹽分表聚,同時(shí)有為鹽分鋒面下移提供了一定厚度的土層。

[1]馮智學(xué),檀領(lǐng)革等.河北省威縣節(jié)水型社會(huì)建設(shè)試點(diǎn)方案[J].2008,10.

[2]張登杰,馮智學(xué)等.威縣水資源評(píng)價(jià)(1956-2005)[J].2009,5.