定惠渠灌區(qū)節(jié)水灌溉方案與效益探析

白志東，孫 飛

(1.陜西省榆林市橫山區(qū)定惠渠管理處，陜西 榆林 719112；2.陜西省榆林市橫山區(qū)水利水電工作隊(duì)，陜西 榆林 719112)

1 概 況

橫山區(qū)屬中溫帶干旱大陸季風(fēng)氣候地區(qū)[1]，年均降水量451.6 mm，干旱為主要災(zāi)害，發(fā)生比較頻繁。近年來(lái)，橫山區(qū)在實(shí)施退耕還林工程中，推行以13.33 hm2黃杏種植為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的退耕地，為解決干旱缺水問(wèn)題，引入西農(nóng)高效灌溉技術(shù)，取得了良好的節(jié)水效益和經(jīng)濟(jì)效益。然而干旱少雨的自然條件始終是制約橫山現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的瓶頸，為了在定惠渠灌區(qū)推行節(jié)水灌溉，需對(duì)灌區(qū)水資源供需情況及節(jié)水措施進(jìn)行探討。

2 定惠渠灌區(qū)存在問(wèn)題

定惠渠灌區(qū)黃杏園總面積13.33 hm2，目前項(xiàng)目區(qū)黃杏林處于幼苗期，苗的生根、發(fā)芽都需要較大水量。而且，近年來(lái)用水量將逐年增加，項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)依舊采用靠天下雨和臨時(shí)抽灌方式解決苗木需水，大量水資源得不到有效利用；受水源和設(shè)施條件限制，項(xiàng)目區(qū)黃杏林季節(jié)性缺水嚴(yán)重。加之，項(xiàng)目區(qū)灌溉管理體制滯后，灌溉粗放用水、浪費(fèi)水的現(xiàn)象比較普遍。田間灌水方法仍以傳統(tǒng)的漫灌為主[2]，由于基礎(chǔ)設(shè)施薄弱和技術(shù)手段落后，項(xiàng)目區(qū)的水利用系數(shù)僅為40%～45%，低效率的用水進(jìn)一步加劇了項(xiàng)目區(qū)黃杏園灌溉用水的矛盾，也制約著項(xiàng)目區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整。因此，盡快實(shí)施項(xiàng)目區(qū)高效節(jié)水灌溉工程，緩解項(xiàng)目區(qū)缺水對(duì)黃杏發(fā)展的制約是十分必要的。

3 灌溉需水量分析

3.1 灌溉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年選擇

項(xiàng)目區(qū)主要灌溉黃杏林，根據(jù)黃杏林生長(zhǎng)期需水要求，因地制宜，結(jié)合實(shí)際情況，采用灌水方法是每年灌4輪，以穴灌方式進(jìn)行，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年為2016年。

3.2 項(xiàng)目區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用狀況及可供水量計(jì)算

項(xiàng)目區(qū)水源來(lái)源于淺層地下水及溝道常流水兩種類型。以《陜西省橫山區(qū)農(nóng)業(yè)資源調(diào)查和農(nóng)業(yè)區(qū)劃報(bào)告集》為基礎(chǔ)，結(jié)合橫山區(qū)地下水資源分布及農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目已建成水源開(kāi)采情況分析測(cè)算，項(xiàng)目區(qū)地下水儲(chǔ)量為85萬(wàn)m3，可利用量開(kāi)采系數(shù)按0.6計(jì)，則可開(kāi)采資源量為51萬(wàn)m3；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，水源井供水量為360 m3/d左右，每年以360 d計(jì),水源井年可供水量12.96萬(wàn)m3；根據(jù)實(shí)測(cè)，溝道長(zhǎng)流水年平均流量為0.11 m3/s，則每天的流量為0.95萬(wàn)m3，年可供水水量347萬(wàn)m3。灌溉用水采用取地下水方式打水源井。

3.3 需水量計(jì)算

定惠渠灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積13.33 hm2，全部為黃杏林，根據(jù)黃杏種植密度，以495株/hm2計(jì)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況以及黃杏樹(shù)需水狀況，采用輪流穴灌的灌水方法，每年灌溉4輪。根據(jù)灌溉面積、黃杏用水以及多年降雨利用經(jīng)驗(yàn)，每次穴灌灌水量標(biāo)準(zhǔn)為60 L/株，確定每輪穴灌灌水量396 m3，全年總用水量為1584 m3，在一般年份情況下，管道灌溉水有效利用系數(shù)為90%時(shí)，則每輪穴灌灌水量440 m3，全年總用水量為1760 m3。

3.4 項(xiàng)目區(qū)水量供需分析及水質(zhì)分析

項(xiàng)目區(qū)水源來(lái)源于淺層地下水，利用人工打井蓄水，其水可全部用于項(xiàng)目區(qū)灌溉用水，水源井年可供水量12.96萬(wàn)m3，灌區(qū)灌溉年需水量為1760 m3，完全可滿足灌溉需水要求。根據(jù)溝道內(nèi)已建水源井水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，項(xiàng)目區(qū)水源水質(zhì)符合灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)。

4 灌溉節(jié)水措施

定惠渠黃杏生產(chǎn)基地的抽水灌區(qū)節(jié)水改造項(xiàng)目是陜西省級(jí)財(cái)政專項(xiàng)資金項(xiàng)目，該灌區(qū)具有相對(duì)集中連片，水土資源豐富，交通便利，帶動(dòng)輻射作用大，示范性強(qiáng)。項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容為：新建水源井1眼，抽水泵站1處，100 m3高位蓄水池1座以及管路工程。通過(guò)埋設(shè)配水暗管輸水，接軟管進(jìn)行穴灌。

4.1 灌水設(shè)計(jì)流量的確定

根據(jù)黃杏種植密度，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況以及黃杏樹(shù)需水狀況，采用輪流穴灌的灌水方法。根據(jù)灌溉面積、黃杏林用水以及多年降雨利用經(jīng)驗(yàn)，分東、西兩個(gè)小灌區(qū)，輪灌時(shí)開(kāi)啟4個(gè)出水樁，東、西同一支線2個(gè)相鄰出水樁同時(shí)開(kāi)啟方式，每天工作20 h，經(jīng)計(jì)算每條支管道Q=0.98 L/s=3.53 m3/h，東、西側(cè)兩支管道Q=7.06 m3/h，每天灌溉水量141.2 m3，灌溉管道水有效利用系數(shù)以0.9計(jì)，則灌溉時(shí)每天實(shí)際灌溉水量156.9 m3，輪灌周期3 d，完全可滿足灌溉需求。

4.2 水源井工程設(shè)計(jì)

灌溉引用水源主要為淺層地下水，根據(jù)實(shí)地情況定惠渠已建水源井，井深50 m可出水20 m3/h，水質(zhì)符合飲用和灌溉水質(zhì)要求，且水量充足。水源井選擇在長(zhǎng)梁溝，擬定水源井為人工打井，井深48 m，開(kāi)挖斷面直徑2 m，出水量可達(dá)15 m3/h，水量可滿足用水需求，0～33 m為第四系砂礫土松散層，開(kāi)挖后用12磚墻襯砌。33～48 m為基巖層，在44～48 m段做成圓錐體狀，底部直徑3 m，以增加集水區(qū)域，井臺(tái)高出地面0.24 m，頂部用樓板封蓋。

4.3 高位蓄水池工程設(shè)計(jì)

在山頂中央設(shè)置高位蓄水池1座，引用水利部農(nóng)村水利司、水利部農(nóng)村飲水安全中心編《村鎮(zhèn)供水設(shè)計(jì)圖集》[3]，采用設(shè)計(jì)圖集中的P182、P183、P184、P185，有效容積100 m3，鋼筋混凝土圓形狀結(jié)構(gòu)，直徑6.40 m，深3.50 m，池底底板高程為1040.62 m，頂部覆土厚度1.00 m。

4.4 提水泵站工程設(shè)計(jì)

泵站布置在水源井上方，泵站附屬設(shè)施有泵房一座，凈尺寸為4.0 m×3.0 m×2.8 m，基礎(chǔ)為0.5 m×0.5 m漿砌塊石基礎(chǔ)，墻體采用24磚墻，頂部用預(yù)制樓板封蓋，設(shè)置90 cm×180 cm鐵門(mén)一副。井臺(tái)高程980.0 m，水塔入口管口高程1044.0 m，水源井深48.0 m，垂直地形高差111.0 m，布設(shè)一條輸水管線，長(zhǎng)150 m，泵站每天工作以16 h計(jì)，輸水流量9.81 m3/h，采用UPVC管材內(nèi)徑D=50 mm，工作壓力為1.6 MPa，經(jīng)計(jì)算H=118.1 m,可選取三相潛水泵150QJ10-150/21，額定流量10 m3/h，揚(yáng)程150 m，電機(jī)功率7.5 kw，由于定惠渠離變壓器較遠(yuǎn)，需架設(shè)10 kV輸電線路3000 m，考慮到園區(qū)的相關(guān)配電設(shè)施以及后期發(fā)展規(guī)劃，選配100 kVA變壓器一臺(tái)。

4.5 管道工程設(shè)計(jì)

根據(jù)栽植作物黃杏樹(shù)的用水需求和輪流穴灌的灌溉方式，管路布設(shè)分干、支兩級(jí)，采用固定地埋式，共設(shè)東、西2條干管，干管垂直等高線布置，每條干管長(zhǎng)110 m，總長(zhǎng)220 m，支管沿梯田條方向布置，共設(shè)12支管，總長(zhǎng)3000 m；支管接出水栓采用1寸移動(dòng)式黑膠皮軟管進(jìn)行灌溉，出水栓間距60 m，每條1寸移動(dòng)式黑膠皮軟管長(zhǎng)度為30 m，共計(jì)24個(gè)，共需黑膠皮軟管720 m。

根據(jù)實(shí)地情況結(jié)合選擇的灌溉方式，每條干管每次最多可有2條支管同時(shí)工作(東、西灌區(qū)各有一條支管工作)，設(shè)計(jì)每條支管一次2個(gè)出水口可同時(shí)工作，每個(gè)出水口流量1.765 m3/h，支管的總出水口流量3.530 m3/h，干管的總出水口流量7.060 m3/h。

依據(jù)《農(nóng)田低壓管道輸水工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 20203—2017)[4]中管徑選用方法，按經(jīng)濟(jì)流速選用管徑，其干支管內(nèi)徑為40 mm，外徑取50 mm,管材采用UPVC管，工作壓力為0.6 MPa，耐壓滿足要求。泵站出口至蓄水池設(shè)1條輸水管路，輸水管內(nèi)徑為50 mm，外徑取63 mm,總長(zhǎng)150 m。輸水及配水管路均采用固定地埋式，管溝開(kāi)挖深1.4 m，上口寬0.8 m，下口寬0.6 m。

4.6 田間灌水裝置

本設(shè)計(jì)田間灌水裝置采用移動(dòng)式，管材選用黑膠皮軟管，由前計(jì)算可知其管內(nèi)徑為25 mm，每條支管配置兩個(gè)30 m活動(dòng)黑膠皮軟管。

為防止機(jī)泵突然關(guān)閉或其他事故等產(chǎn)生的水錘，致使管道變形、彎曲、破裂等現(xiàn)象，在管道系統(tǒng)首部安裝排氣閥、在管道系統(tǒng)最低處安裝安全閥等保護(hù)設(shè)施，以保證管理系統(tǒng)安全運(yùn)行。

5 效益分析和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

5.1 效益分析

橫山區(qū)節(jié)水灌溉增效示范項(xiàng)目實(shí)施后，可使管道灌溉水利用系數(shù)達(dá)到90%以上，建成后該項(xiàng)目年可節(jié)約水量約1.3萬(wàn)m3。可控制土壤水分，改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤肥力。有利于土壤耕層的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化,增加土壤中速效肥的含量。特別是硝態(tài)氮的含量,比地面灌溉增加7.94～8.90 PPM,相當(dāng)于每畝增施16.25～18.20 kg硫銨。還可增強(qiáng)樹(shù)勢(shì)，促進(jìn)了黃杏的生長(zhǎng)發(fā)育,新梢長(zhǎng)度比地面灌溉的增加2.0%～11.9%,比未灌的增加20%～40%。新梢粗度比地面灌溉、未灌的,分別增加了0.6%和4.9 %。從而增加了黃杏產(chǎn)品的產(chǎn)量、提高了林果的質(zhì)量。節(jié)水灌溉增效示范項(xiàng)目的實(shí)施，能確保13.33 hm2特色黃杏正常生長(zhǎng)，并節(jié)水、節(jié)能、省工、省地，極大的減少了果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)投入，不僅改變了黃杏的種植生產(chǎn)條件，而且加快了農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的步伐。

節(jié)水灌溉改變了傳統(tǒng)的粗放型大水漫灌方式[5]，具有良好社會(huì)及生態(tài)效益，為以后大面積、高質(zhì)量的推廣節(jié)水灌溉提供借鑒經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，有效遏制了地下水位急劇下降的趨勢(shì)，調(diào)節(jié)土壤溫濕度和田間小區(qū)氣候，優(yōu)化生態(tài)環(huán)境。

5.2 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

本工程屬于經(jīng)果林抽水灌區(qū)節(jié)水改造工程，只作經(jīng)濟(jì)效益分析評(píng)價(jià)。工程實(shí)施后，可新增灌溉面積13.33 hm2，黃杏從第3年正式掛果，產(chǎn)量約為150 kg/hm2，然后產(chǎn)量成倍增加，第5年產(chǎn)量可達(dá)到600 kg/hm2，第6年約1125 kg/hm2，第7年約為1875 kg/hm2，第8年約為2625 kg/hm2，從此進(jìn)入盛產(chǎn)期，產(chǎn)量約為2625 kg/hm2，價(jià)格以24元/kg計(jì)，收入達(dá)到6.0萬(wàn)元/hm2；成本費(fèi)用一般是收入的30%，即70%可形成利潤(rùn)即4.2萬(wàn)元/hm2。因此，黃杏進(jìn)入盛產(chǎn)期后，年凈增收56.0萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6 結(jié) 語(yǔ)

橫山區(qū)定惠渠灌區(qū)節(jié)水改造工程對(duì)促進(jìn)區(qū)域林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展、增加經(jīng)濟(jì)收入和社會(huì)進(jìn)步等方面具有重大意義。通過(guò)分析探討，確定本次實(shí)施定惠渠黃杏基地抽水灌區(qū)節(jié)水改造工程，建設(shè)內(nèi)容為：人工打井1眼、建機(jī)房1間、新建蓄水池1座、輸水管路Φ63UPVC管150 m，干管Φ75UPVC管220 m，支管Φ50UPVC管3000 m，Φ32黑膠皮軟管720 m。