關(guān)于黑龍江省克山縣高效節(jié)水灌溉的探討

劉之毅，楊 興

(1.黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江省龍研水利規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150080)

關(guān)于黑龍江省克山縣高效節(jié)水灌溉的探討

劉之毅1，楊 興2

(1.黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江省龍研水利規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150080)

黑龍江省克山縣以盛產(chǎn)馬鈴薯聞名，是全省乃至全國(guó)的產(chǎn)糧“標(biāo)桿縣”。 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開(kāi)用水灌溉，克山縣在作為產(chǎn)糧大戶(hù)的同時(shí)也成為了農(nóng)業(yè)灌溉的用水大戶(hù)，實(shí)行高效節(jié)水灌溉能夠有效節(jié)約農(nóng)業(yè)灌溉用水。本文結(jié)合克山縣的土壤情況、氣象因素、水文地質(zhì)條件和作物的灌溉制度等實(shí)際情況，分析高效節(jié)水灌溉的先進(jìn)性及其帶來(lái)的有利影響，比較各種高效節(jié)水灌溉模式的優(yōu)、缺點(diǎn)，探尋適合克山縣的高效節(jié)水灌溉模式。

高效節(jié)水；灌溉；灌溉模式

20世紀(jì)40年代以來(lái)，黑龍江省累計(jì)生產(chǎn)糧食突破20 000億斤，20世紀(jì)90年代后期，每年向國(guó)家提供400億斤商品糧[1]，一直都是國(guó)家糧食安全方面的中流砥柱。在作為產(chǎn)糧大戶(hù)的同時(shí)，黑龍江省又是一個(gè)用水大戶(hù)，特別是農(nóng)戶(hù)節(jié)水意識(shí)淡薄，在旱田中一直采用漫灌的灌溉形式，由于地表蒸騰和地下滲漏等原因，使得灌溉水利用系數(shù)非常低。因此，2012年12月，國(guó)家啟動(dòng)了東北四省區(qū)“節(jié)水增糧行動(dòng)”計(jì)劃，主要在黑龍江省、吉林省、遼寧省、內(nèi)蒙古自治區(qū)四個(gè)省份推廣高效節(jié)水灌溉，黑龍江省的建設(shè)任務(wù)占四省區(qū)的40%?？松娇h位于黑龍江省齊齊哈爾市，以盛產(chǎn)馬鈴薯聞名，是全省乃至全國(guó)的產(chǎn)糧“標(biāo)桿縣”，稱(chēng)得上是“糧倉(cāng)中的糧倉(cāng)”，在氣候、土壤等方面也具有代表性，因此選取克山縣進(jìn)行高效節(jié)水灌溉模式的探討。

1 克山縣基本情況

1.1 地理位置

克山縣位于齊齊哈爾市東北部，黑龍江省中部，地處小興安嶺東麓與松嫩平原連接的過(guò)渡地帶，地理坐標(biāo)東經(jīng)125°10′57″～126°08′18″，北緯47°50′51″～48°33′47″之間。境內(nèi)南北最大距離79.9 km，東西最大距離67.7 km，轄區(qū)總面積3320 km2。

1.2 氣象因素

克山縣年平均風(fēng)速3.1 m/s，春季多風(fēng)少雨，蒸發(fā)量大，當(dāng)受內(nèi)貝加爾湖低壓影響時(shí)，往往出現(xiàn)7～8級(jí)的西南轉(zhuǎn)西北大風(fēng)，8級(jí)以上的大風(fēng)日數(shù)平均15 d/a，占全年大風(fēng)日數(shù)的68.5%。秋季因受大陸季風(fēng)控制而盛行西北風(fēng)。平均年無(wú)霜期121 d，平均日照為2703 h，盛行西北風(fēng)，帶有大風(fēng)、干旱、冰雹，及早霜等災(zāi)害天氣?？松娇h平均凍土深2.20 m，最大凍深2.82 m?？松娇h多年平均氣象因子見(jiàn)表1。

1.3 土壤結(jié)構(gòu)

克山縣地處東亞大陸地帶性土壤、黑鈣土帶內(nèi)。在形成過(guò)程中，受周?chē)匀粭l件影響，又發(fā)育了較大面積的隱域性土壤。

表1 克山縣多年平均各氣象因子表

克山縣以黑鈣土為主，pH值在7.0～8.0之間。土壤層厚度15～40 cm，土壤容重1.40 g/cm3，田間持水量23%，土壤含鹽量0.18%～0.34%，土壤肥力中等。

1.4 水文地質(zhì)條件

克山縣位于松嫩中斷(坳)陷帶北部?jī)A沒(méi)區(qū)，自中生代以來(lái)，沉積了巨厚的白堊紀(jì)陸相碎屑巖沉積物，主要巖性為粉砂巖、細(xì)砂巖及泥巖，為碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙承壓水提供了賦存空間。白堊紀(jì)后，區(qū)內(nèi)大部分沉積了第三紀(jì)地層，地層厚度由東南向西北逐漸增厚，含水層厚度也隨之變厚，為地下水賦存提供了良好條件。在河谷中沉積了厚度不等的第四紀(jì)松散堆積物，蓄存了較豐富的地下水。

1.5 地形地貌

地形總體趨勢(shì)東北部地勢(shì)高，丘陵起伏，割切劇烈，溝壑縱橫，西南部地勢(shì)較低，波瀾起伏，漫川漫崗，多寬長(zhǎng)坳谷。南北分布有烏裕爾河及訥謨爾河兩條帶狀階地及河漫灘。地勢(shì)從東北向西南傾斜2°～6°之間，平均海拔236.9 m。地貌類(lèi)型以高平原為主，分布面積占境內(nèi)面積的80%，地勢(shì)由東北向西南微傾，烏裕爾河及訥謨爾河河谷平原為輔。東部地形起伏較大，溝深坡陡，第四紀(jì)底層覆蓋很薄，具有明顯的線狀侵蝕；西部地形起伏和緩，地面坡度小。

2 高效節(jié)水灌溉模式探索

2.1 主要節(jié)水措施

2.1.1 中心支軸式噴灌

中心支軸式噴灌機(jī)可自行對(duì)土地進(jìn)行噴灌，每天可連續(xù)24 h工作，灌溉面積大，水資源利用率高，省工省地，無(wú)論作物在什么時(shí)候需要灌水都可以得到滿(mǎn)足，產(chǎn)量提升明顯，由于桁架跨度足夠大，動(dòng)力足，所以它不僅可以灌溉平地，也可適應(yīng)具有一定坡度的地形。中心支軸式噴灌能一機(jī)多用，可用來(lái)噴施化肥、農(nóng)藥、除草劑等。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗用鋼材多，技術(shù)條件要求高，運(yùn)行方式為圓形或半圓形，地角有漏噴情況，坡度大于7°時(shí)行走有困難[2]。

2.1.2 軟管牽引絞盤(pán)式噴灌

軟管牽引絞盤(pán)式噴灌[3]簡(jiǎn)稱(chēng)為絞盤(pán)式噴灌，由于絞盤(pán)式噴灌機(jī)的水壓較大，水滴離開(kāi)噴頭后速度很快，很容易打壞作物的莖、葉，所以這種噴灌機(jī)適用于莖葉強(qiáng)壯的植物。該設(shè)備對(duì)定性的要求是可以有坡度，但不能過(guò)于崎嶇，否則噴灌車(chē)可能會(huì)陷入地勢(shì)低洼的地方，影響灌溉效果。相對(duì)于中心支軸式噴灌，絞盤(pán)式噴灌沒(méi)有中心支軸式噴灌控制面積大、效率高，但單位投資小，土地流轉(zhuǎn)規(guī)模不大，適用地形、水源條件能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是入機(jī)壓力要求較高，機(jī)組移位困難。

2.1.3 移動(dòng)管道式噴灌

移動(dòng)管道式噴灌，就是可以移動(dòng)的噴灌設(shè)備，該噴灌系統(tǒng)是由提水設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備、輸水設(shè)備、給水設(shè)備等獨(dú)立的個(gè)體組成，這些個(gè)體在工作時(shí)可以組裝在一起，有損壞的時(shí)候只需拆卸更換損壞部件，還可以在不同的地塊輪流使用。但是設(shè)備在搬運(yùn)的過(guò)程中可能會(huì)對(duì)植物造成傷害，剛剛灌溉后的土壤還會(huì)給搬運(yùn)工作造成困難，生產(chǎn)效率較低，設(shè)備的維修保養(yǎng)工作量大。

2.2 灌溉模式探索

2.2.1 灌溉水利用系數(shù)分析

由于微灌的造價(jià)高，糧食作物適合采用噴灌的灌溉形式，所以克山縣的糧食作物種植區(qū)域可采用噴灌技術(shù)。由于噴灌系統(tǒng)中的水是通過(guò)管道運(yùn)輸，減少了陽(yáng)光蒸發(fā)和土壤滲漏這兩大損失，大大提高了水資源利用系數(shù)，從原來(lái)的0.4提高到現(xiàn)在的0.90～0.96。同時(shí)，噴灌設(shè)備將水霧化或變成小水滴，很快就會(huì)被作物根系附近的土壤吸收保存，避免了水積聚在地表或滲漏到更深層的地下，提高了田間水分利用效率，田間噴灑水利用系數(shù)可達(dá)到0.8～0.9。

2.2.2 灌溉制度分析

因?yàn)轳R鈴薯和玉米的生育季節(jié)和需水期類(lèi)似，所以克山縣農(nóng)戶(hù)經(jīng)常采用馬鈴薯和玉米兩種作物間作的耕作模式，這樣能夠充分利用光能、提高產(chǎn)量、增加土壤肥力、改良土壤。故按照玉米灌溉制度灌溉：播種期—抽穗期降雨量較少，需要補(bǔ)充灌溉，花期和灌漿成熟期和雨季同步，不需灌溉。具體擬定的灌溉制度見(jiàn)表2。

2.2.3 灌溉形式分析

由于克山縣蘊(yùn)含著豐富的地下水，為灌溉井奠定了良好的水文基礎(chǔ)，因此克山縣的灌溉水源多可選擇井灌?？松娇h地貌類(lèi)型以平原為主，故可將中心支軸式噴灌選為主要灌溉形式，在地腳漏噴處輔以軟管牽引絞盤(pán)式噴灌，部分地面傾斜角度過(guò)大或崎嶇不平的地區(qū)可考慮選擇移動(dòng)管道式噴灌。

表2 噴灌玉米節(jié)水高效灌溉制度

3 效益分析與生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)

3.1 增產(chǎn)效益分析

灌溉增產(chǎn)效益可采用分?jǐn)傁禂?shù)法計(jì)算。增產(chǎn)效益是指節(jié)水灌溉較傳統(tǒng)灌溉增加的產(chǎn)量或產(chǎn)值。增產(chǎn)效益可用式(1)計(jì)算：

Δy=(y1-y0)A

(1)

式中：Δy為增產(chǎn)量，kg；y1為節(jié)水灌溉平均單產(chǎn)，kg/hm2；y0為傳統(tǒng)灌溉平均單產(chǎn)，kg/hm2；A為種植面積，hm2。

根據(jù)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，節(jié)水灌溉工程實(shí)施后，增產(chǎn)效益顯著，根據(jù)玉米和馬鈴薯的現(xiàn)行價(jià)格，馬鈴薯、玉米增收分別約為10 500元/(hm2·a)、4050元/(hm2·a)，灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)取0.4，效益值分別為4200元/(hm2·a)、1620元/(hm2·a)。具體年經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算見(jiàn)表3。

表3 年經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算表

3.2 生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)

3.2.1 有利影響

克山縣地處黑龍江省西部地區(qū)，是黑龍江省商品糧主產(chǎn)區(qū)，應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，保證建成后項(xiàng)目區(qū)的作物全生育期需水量，促進(jìn)糧食作物正常生長(zhǎng)、發(fā)育，在增加作物產(chǎn)量的同時(shí)，促進(jìn)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化。節(jié)水灌溉工程建成后，不僅能夠增產(chǎn)增收，還能調(diào)節(jié)當(dāng)?shù)氐牡乇頊囟群蜐穸?，降低水土流失的風(fēng)險(xiǎn)[4]。合理布設(shè)機(jī)井間距，遵循水土平衡規(guī)律，合理開(kāi)發(fā)利用地下水資源，促進(jìn)該地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[5]。

3.2.2 不利影響

工程實(shí)施對(duì)環(huán)境的不利影響主要表現(xiàn)在施工期。由于工程涉及土方工程、砌磚工程、砌石工程和機(jī)械設(shè)備的使用，施工期會(huì)產(chǎn)生低程度的生態(tài)污染。但該工程以設(shè)備安裝為主，涉及的土方工程、砌磚工程、砌石工程和機(jī)械設(shè)備的使用較少，故不利影響是可控的。

4 結(jié) 論

噴灌是黑龍江省在近五年內(nèi)旱田采用的主要灌溉形式，在選擇高效節(jié)水灌溉模式上，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)行有差別的選用，不能照本宣科，照抄照搬，要做到因地制宜，有的放矢。

[1] 國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.國(guó)家統(tǒng)計(jì)局關(guān)于糧食產(chǎn)量的公告[EB/OL].(2014-12-04)[2014-12-25].http:www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/201412/t20141204_648275.html.

[2] 法國(guó)伊爾灌溉公司技術(shù)部．中心支軸式噴灌機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)及使用與維護(hù)[C]//全國(guó)高效節(jié)水灌溉先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備應(yīng)用專(zhuān)刊,2012:38-44.

[3] 張敏．卷盤(pán)式移動(dòng)節(jié)水噴灌機(jī)軟管最佳彎曲參數(shù)的試驗(yàn)研究[D]．長(zhǎng)春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

[4] 虎營(yíng)萍.張掖市甘州區(qū)建設(shè)高效節(jié)水灌溉工程的必要性分析[J].甘肅科技縱橫,2015,44(3):16-17.

[5] 李宗禮，趙文舉，孫偉，等．噴灌技術(shù)在北方缺水地區(qū)的應(yīng)用前景[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(6)：1-6.

劉之毅(1971-)，男，黑龍江明水人，工程師，主要從事水利工程管理工作。E-mail:1078152401@qq.com。

S274

A

2096-0506(2017)05-0062-03