桑干河灌區(qū)末級(jí)渠系配套工程設(shè)計(jì)探析

胡志東

（朔州市桑干河水利管理局，山西 朔州 036001）

水資源短缺是制約我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值增長(zhǎng)的主要因素之一。為解決我國(guó)農(nóng)業(yè)用水緊張的現(xiàn)狀，緩解農(nóng)業(yè)需水壓力，節(jié)水灌溉設(shè)施已逐漸應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。末級(jí)渠系配套工程中，通過(guò)管道的鋪設(shè)，以減少渠系水源蒸發(fā)，提高農(nóng)田水利用系數(shù)，是促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展，節(jié)約農(nóng)業(yè)用水的重要途徑。

1 工程概況

工程位于朔州市桑干河灌區(qū)，灌區(qū)內(nèi)的應(yīng)縣為全國(guó)商品糧生產(chǎn)基地、山陰縣為全省奶牛業(yè)發(fā)展基地，農(nóng)作物主要有玉米（占50%），經(jīng)濟(jì)作物有甜菜、油料、葵花等（占40%），其他糧食作物（占10%）。項(xiàng)目區(qū)包含2縣4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，項(xiàng)目區(qū)主要經(jīng)濟(jì)情況見(jiàn)表1。

灌區(qū)開(kāi)發(fā)以來(lái)，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮了重大作用，但經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，渠道淤塞，建筑物老化、退化、毀壞，漏水嚴(yán)重，管理設(shè)施落后，灌溉水有效利用率降低，嚴(yán)重影響了灌區(qū)效益的正常發(fā)揮，制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。實(shí)施續(xù)建配套與節(jié)水改造工程，是提高灌區(qū)效益的必要途徑。

表1 項(xiàng)目區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況表

2 項(xiàng)目區(qū)水資源平衡分析

2.1 供水量計(jì)算

根據(jù)山西省水利廳批復(fù)桑干河灌區(qū)近年來(lái)節(jié)水續(xù)建配套和首都水資源項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案，桑干河灌區(qū)灌溉面積采用統(tǒng)一灌溉制度，灌區(qū)作物播前及全生育期內(nèi)綜合灌溉凈定額2 025 m3/hm2。灌區(qū)上游控制性水源的水庫(kù)天然徑流（1968—2014年）多年平均2.29億m3，50%的設(shè)計(jì)水平年為2.29億m3，考慮上游工農(nóng)業(yè)規(guī)劃用水后水庫(kù)的設(shè)計(jì)入庫(kù)水量見(jiàn)表2。

表2 水庫(kù)設(shè)計(jì)入庫(kù)水量表 單位：萬(wàn)m3

2.2 需水量分析

根據(jù)桑干河灌區(qū)近年來(lái)節(jié)水續(xù)建配套和首都水資源項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案，項(xiàng)目規(guī)劃末級(jí)渠系灌溉面積1.2萬(wàn)hm2，全部在桑干河灌區(qū)有效灌溉面積區(qū)域內(nèi)，設(shè)計(jì)為U型渠輸水灌溉，凈灌溉定額為2 025.45 m3/hm2，灌溉水利用系數(shù)為0.56，年需水量4 339.29萬(wàn)m3。

2.3 水資源平衡分析

本次設(shè)計(jì)擬規(guī)劃末級(jí)渠系灌溉面積1.2萬(wàn)hm2，全部在桑干河灌區(qū)的有效灌溉范圍內(nèi)，均設(shè)計(jì)為U型渠輸水。按照桑干河灌區(qū)近年來(lái)節(jié)水續(xù)建配套和首都水資源項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案，灌溉定額為2 025 m3/hm2，灌溉水利用系數(shù)為0.585。經(jīng)復(fù)核計(jì)算，本次項(xiàng)目渠灌制度采用桑干河灌區(qū)統(tǒng)一灌溉制度，凈灌水率及凈灌溉定額不變，灌溉水利用系數(shù)由0.56提高到0.61，年需水量3 983.61萬(wàn)m3。

永定河流域給桑干河灌區(qū)1.82萬(wàn)hm2有效灌溉面積的年分配水量為6 078萬(wàn)m3。本次項(xiàng)目區(qū)規(guī)劃分配水量為3 983.61萬(wàn)m3。

3 工程設(shè)計(jì)

本次規(guī)劃擬對(duì)桑干河1.2萬(wàn)hm2灌區(qū)內(nèi)，急需配套改造的斗農(nóng)渠進(jìn)行改造。其中，防滲配套斗渠175條，256.5 km；農(nóng)渠231.53 km。

3.1 設(shè)計(jì)灌水定額計(jì)算

3.1.1 灌區(qū)作物組成

目前灌區(qū)的作物組成是玉米、經(jīng)濟(jì)作物和其他作物，其中經(jīng)濟(jì)作物主要包括甜菜、油料等，其它作物包括谷黍、土豆等。根據(jù)灌區(qū)糧食及經(jīng)濟(jì)作物發(fā)展規(guī)劃，此次設(shè)計(jì)對(duì)作物的種植比例做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并根據(jù)灌區(qū)試驗(yàn)資料和調(diào)查資料確定各種作物生長(zhǎng)期內(nèi)的總耗水量。灌區(qū)作物需水量成果見(jiàn)下表3。

表3 灌區(qū)作物需水量表

3.1.2 作物生長(zhǎng)期有效降水計(jì)算

作物生長(zhǎng)期有效降水量計(jì)算公式：

式中：P——日有效降水，mm；

P0——日降水量，mm；

σ——降水有效利用系數(shù)，當(dāng)日降水小于3 mm時(shí)，σ取0，否則，取0.85。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 灌區(qū)年降水量頻率計(jì)算成果表

3.1.3 灌溉凈定額計(jì)算

采用水量平衡方程式估算灌溉定額，計(jì)算公式為：

式中：M——作物生長(zhǎng)期灌溉用水量，m3/hm2；

ET——作物需水量，m3/hm2；

P0——生長(zhǎng)期有效降水量，m3/hm2；

W土——前期土壤水可利用量，m3/hm2。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 灌區(qū)灌溉定額計(jì)算表 單位：m3/hm2

3.2 設(shè)計(jì)灌水周期及工作時(shí)間

由于本地區(qū)降水量少，特別是冬春季節(jié)雨量更少，絕大部分土地播前墑情不足，不能保證適時(shí)下種，所以冬春匯是本地區(qū)一次保墑的關(guān)鍵水。它既可以充分利用秋后和春季較多的水量灌溉，將水暫時(shí)儲(chǔ)蓄在土壤中，便于春季適時(shí)下種，促進(jìn)作物的發(fā)芽生長(zhǎng)，又能洗鹽壓堿。因此，按照原雁北地區(qū)“灌溉制度”，編制時(shí)春秋匯另列一項(xiàng)，未計(jì)入作物生長(zhǎng)期的灌溉用水量?jī)?nèi)。本次設(shè)計(jì)在桑干河灌區(qū)的1.2萬(wàn)hm2有效耕地中，安排春匯灌溉面積為總面積的55%，凈灌水定額確定為900 m3/hm2，秋匯占45%，凈灌水定額為900 m3/hm2。

根據(jù)當(dāng)?shù)貧v年灌溉實(shí)際調(diào)查，結(jié)合“雁北灌溉制度”，初步擬訂，一般生長(zhǎng)期內(nèi)玉米1～2次、經(jīng)濟(jì)作物1次、其他1次。據(jù)此和理論計(jì)算凈灌溉定額分析，并考慮灌溉的不均勻性，降水的不均勻性，設(shè)計(jì)灌溉制度結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 桑干河灌區(qū)P=50%作物灌溉制度表

3.3 渠道設(shè)計(jì)布置

桑干河灌區(qū)現(xiàn)有五級(jí)（總干、干、支、斗、農(nóng)）固定灌排渠道，總干、干、支三級(jí)渠道系統(tǒng)基本健全，斗、農(nóng)兩級(jí)配套情況較差，因此本次設(shè)計(jì)針對(duì)典型田塊的渠系狀況，配套部分斗農(nóng)渠及斗農(nóng)退水溝。田面工程配套后，均為斗、農(nóng)兩級(jí)固定渠系。各級(jí)渠系統(tǒng)盡量利用原有渠道，盡可能同級(jí)渠道相互平行，上下級(jí)渠道相互垂直，渠道長(zhǎng)度和間距滿足機(jī)耕和方便排灌要求。

桑干河灌區(qū)最末一級(jí)固定渠道為農(nóng)渠，其間距一般為200～300 m，基本符合園田化建設(shè)要求，但由于農(nóng)渠均較長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)園田化標(biāo)準(zhǔn)，因此本次設(shè)計(jì)在農(nóng)渠布局的基礎(chǔ)上，加布毛渠構(gòu)成園田化建設(shè)基本單元。毛渠間距由灌水畦長(zhǎng)度控制。田面工程配套后，畦長(zhǎng)一般在75 m左右，畦寬在3 m。具體指標(biāo)見(jiàn)表7。

表7 田面工程配套指標(biāo)表

3.4 渠道尺寸及設(shè)計(jì)流量確定

渠道類型尺寸、建筑物設(shè)計(jì)參照2011年6月山西省水利廳下發(fā)的《山西省小型U型渠道防滲工程標(biāo)準(zhǔn)圖集》。經(jīng)調(diào)查灌區(qū)內(nèi)斗渠比降1/700～1/1500，流量0.334～0.488 m3/s，斗渠采用C 20混凝土D 80 U型渠。農(nóng)渠比降1/700～1/1500，流量0.135～0.197 m3/s，農(nóng)渠采用C 20混凝土D 60 U型渠，均能滿足灌溉需求。

4 結(jié)語(yǔ)

桑干河灌區(qū)末級(jí)渠系配套工程設(shè)計(jì)工作嚴(yán)格按照規(guī)范要求，根據(jù)當(dāng)?shù)夭煌魑?，通過(guò)水資源平衡分析，結(jié)合灌溉定額，制定了合理的灌溉制度，以保證灌溉用水的高效利用。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，建設(shè)單位與監(jiān)理單位應(yīng)切實(shí)負(fù)責(zé)，保證項(xiàng)目按質(zhì)、按量、按時(shí)完成，以解決灌區(qū)用水問(wèn)題。設(shè)計(jì)方案的研究，可為末級(jí)渠系配套工程的設(shè)計(jì)，提供一定的借鑒與參考。