榆林市橫山區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉與經(jīng)濟效益探析

杜治明

（陜西省榆林市橫山區(qū)響惠渠管理處，陜西 榆林 719000）

榆林市橫山區(qū)耕地面積87.65 萬畝，現(xiàn)有水地13.29 萬畝，其中國有灌區(qū)5 個，分別是定惠渠、雷惠渠、響惠渠、蘆河渠、石灣渠，主要引用無定河水，渠長221.2 km，其中襯砌渠道15 km，襯砌率僅為6.8%，涉及15 個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、94 個行政村、11 個農(nóng)林場，受益人口達13.8 萬人。隨著水資源的日益緊缺和農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，橫山區(qū)水資源供需矛盾突出，農(nóng)業(yè)粗放式灌溉水資源浪費較大，故本文結(jié)合橫山國有灌區(qū)基本情況，對灌區(qū)水資源供需矛盾與供需平衡進行分析，并對項目建設(shè)產(chǎn)生的經(jīng)濟效益進行評價。

1 灌區(qū)水量供需及水質(zhì)分析

1.1 灌水定額

根據(jù)橫山區(qū)灌溉面積和種植比例，以及土質(zhì)、水資源等情況，依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》GB50288-99 的有關(guān)規(guī)定和陜西省項目區(qū)分區(qū)成果，確定項目區(qū)的灌溉設(shè)計保證率為75%。

項目區(qū)內(nèi)主要種植作物為玉米、小麥、水稻、蔬菜等經(jīng)濟作物，其土壤為河道洪水淤積形成的粉砂質(zhì)土和砂壤土，土層深厚，透水性強。灌水定額根據(jù)土壤計劃濕潤層深度、土壤最大含水率和允許最小含水率，按下式計算確定：

式中：m 為灌水定額，m3/畝；H 為計劃濕潤層深度，m；βmax、βmin分別為田間適宜最大、最小含水率，%，分別取田間持水率的95%、65%，砂壤土的田間最大持水率為28%；γ土、γ水分別為土壤容重、水的容重，N/m3，γ土/γ水＝1.4；η 為灌溉水利用系數(shù)，現(xiàn)狀水平年η＝0.48，規(guī)劃水平年η＝0.75。

根據(jù)橫山區(qū)豐產(chǎn)灌水經(jīng)驗，結(jié)合項目區(qū)實際情況，確定規(guī)劃水平年2020 年灌溉制度，計算作物灌水定額，見表1。

表1 高效節(jié)水灌溉項目區(qū)規(guī)劃水平年2020 年灌溉制度

1.2 設(shè)計灌水率

1.2.1 初擬灌水率

單位灌溉面積所需要的凈流量、各種作物每次灌水的灌水率q，可由下式求得：

式中：qi為某作物某次灌水的灌水率，m3/s 萬畝；ai為項目區(qū)內(nèi)某作物的種植比例，%；mi為該作物該次灌水定額，m3/畝；T 為允許灌水延續(xù)的時間，d；t 為每天灌水時間，d。

各種作物各次灌水的灌水模數(shù)見表2。

表2 橫山區(qū)高效節(jié)水灌溉項目區(qū)初擬灌水率表

1.2.2 調(diào)整后的灌水率

在不影響作物需水前提下，灌水率按以下原則：盡量不改變農(nóng)作物關(guān)鍵時期的灌水時間和灌水次數(shù)；需要移動改變的，以前移為主，前后移動不超過兩至三天；灌水率應(yīng)均勻，連續(xù)，消除短期停水；最小灌水率應(yīng)大于等于0.4 倍的設(shè)計灌水率。調(diào)整后的灌水率見表3。

表3 橫山區(qū)高效節(jié)水灌溉項目區(qū)調(diào)整后灌水率表

1.2.3 設(shè)計灌水率確定

調(diào)整后的最大灌水率為0.347 m/（s·萬畝），但其灌水延續(xù)天數(shù)小于20 天，因此取次大的灌水率值作為設(shè)計灌水率，次大的灌水率為0.317 m/（s·萬畝），取q設(shè)計=0.32 m/（s·萬畝），由次大灌水率推算出的加大流量，大于由最大灌水率推出的實際最大流量。

1.3 項目區(qū)需水量預(yù)測

根據(jù)《榆林地區(qū)實用水文手冊》，無定河典型干旱年（P=75%）年最小徑流量15.9 m3/s，年均徑流量30400 萬m3。根據(jù)無定河可供水量和響惠渠、蘆河渠等灌溉用水量，進行水量供需平衡計算得，年均來水量16660 萬m3，年均用水量800.4 萬m3，可見無定河可供水量遠大于該灌區(qū)作物灌溉需水量。從河道流量來看，在典型干旱年灌溉季節(jié)（5 月～9 月）中，無定河最小月平均流量為15.9 m3/s(6 月)，大于灌溉引水流量10.94 m3/s，滿足灌溉需要。

灌區(qū)作物需水量計算根據(jù)《橫山區(qū)農(nóng)業(yè)區(qū)劃報告》關(guān)于無淀河沿岸種植業(yè)調(diào)整規(guī)劃，規(guī)劃全灌區(qū)種植比例為：玉米45%，土豆15%，蔬菜15%，其它作物（西瓜、花生、高粱等）25%。根據(jù)《陜西省行業(yè)用水定額》（試行），灌區(qū)畝灌水定額為50 m3/畝，項目區(qū)典型干旱年玉米灌溉定額取200 m3/畝，蔬菜灌溉定額取700 m3/畝，土豆灌溉定額取200 m3/畝。其它作物按照200 m3/畝計算，并充分考慮現(xiàn)狀年以及2020 全省節(jié)約用水發(fā)展程度和項目區(qū)用水需求，根據(jù)規(guī)劃作物種植比例和作物灌溉定額，得到綜合灌溉定額為275 m3/畝，灌區(qū)渠系水利用系數(shù)為0.70，旱作灌區(qū)田間水利用系數(shù)設(shè)計值不低于0.92，則項目區(qū)灌溉水利用系數(shù)為0.64，計算得到凈需水量為603.5萬m3。農(nóng)作物需水緊張時段為5 月中旬至7 月中旬。規(guī)劃在輪灌周期6 天內(nèi)灌完全部水澆地，渠首引水流量為10.0 m3/s。

1.4 灌溉水質(zhì)分析

無定河水質(zhì)良好，經(jīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，除汞含量略偏高，符合灌溉二級水外，其它含量均屬灌溉一級水質(zhì)標(biāo)準。

2 高效節(jié)水灌溉建設(shè)內(nèi)容

結(jié)實實際，提出采用管灌、噴灌、微噴進行節(jié)水灌溉。

2.1 管灌工程設(shè)計

規(guī)劃灌溉面積1850 畝，灌區(qū)土地主要為梯田，確定管道分主、支兩級呈“圭”字形布置，干管沿垂直等高線方向布設(shè)，支管平行于等高線方向布設(shè)，支管間距60 m，給水柱間距80 m，規(guī)劃干管長6.9 km，支管長13.3 km，干、支管均埋置于地下，埋深不小于0.6 m。配套田間管道輸水系統(tǒng)，采用移動軟管或移動噴灌的方法灌溉。灌區(qū)內(nèi)作物為玉米和小麥和油料等經(jīng)濟作物，取灌水周期為6 d，灌水期每日工作小時數(shù)為12 h，毛灌水定額確定為46.8 m3/畝。選擇主管管徑為90 mm、75 mm、63 mm，支管管徑分別為32 mm、25 mm。

2.2 噴灌工程設(shè)計

灌水定額按下式計算確定灌水定額：

式中：m 為設(shè)計灌水定額，m3/畝；γs為土壤容重，g/cm3；H 為計劃濕潤層深度，m；β1為適宜土壤含水量上限；β2為適宜土壤含水量下限；β 為田間持水量，%。

根據(jù)規(guī)劃區(qū)土壤情況和作物種植情況，土壤容重取1.45 g/cm3，主要根系活動層深取0.4 m，田間持水量為土壤干容重的31%，適宜土壤含水量上限取田間持水量的95%，下限取60%，計算得設(shè)計灌水定額為42 m3/畝，合60 mm 灌水水深。

該灌區(qū)在4 月下旬至5 月上旬需水高峰時期（拔節(jié)、孕穗和抽穗、開花期）的需水強度EP為9 mm/d，灌水周期可由下式計算：

式中：T 為設(shè)計灌水周期，d；m 為設(shè)計凈灌水定額，mm；EP為作物臨界期日均需水強度，mm/d。

設(shè)計灌水定額為46.8mm，計算得作物灌水周期為6.7 天,考慮規(guī)劃區(qū)的土壤性質(zhì)，根據(jù)實際取T=6 d。

2.3 微灌工程設(shè)計

微灌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：水源經(jīng)離心式過濾器、網(wǎng)式過濾器后，分干管、支管、毛管進入微灌帶，最后到滴頭，進行節(jié)水微灌。為操作管理方便，減少水頭沿程損失，降低耗水和運行費用，管道系統(tǒng)中支管與分干管，微灌管（帶）與支管，干管與分干管按各條田的具體形狀，采用魚骨式或梳型兩種方式進行優(yōu)化布置。在灌溉中，布置兩條分干管，采取輪灌分別運行的方式，以達到灌水銜接延續(xù)的目的，嚴禁先關(guān)后開。一次灌水延續(xù)時間為6.5 h。灌水定額取值為32.6 mm，灌水周期為8 天。

3 經(jīng)濟評價

3.1 社會效益及環(huán)境效益

項目實施后，項目區(qū)渠道達到設(shè)計引水能力，渠道滲漏損失減少，節(jié)水效果明顯，項目區(qū)水資源供需平衡，各部門的用水得到解決，從而支撐和促進項目區(qū)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。按各年增量灌溉效益的30%估算。

3.2 經(jīng)濟效益

規(guī)劃項目區(qū)的經(jīng)濟效益主要為增量灌溉效益。增量灌溉效益包括兩個方面的內(nèi)容：一方面是現(xiàn)有有效灌溉面積范圍內(nèi)，因?qū)嵤┕?jié)水改造使得農(nóng)作物對水的需求得到保證而產(chǎn)生的增產(chǎn)效益；另一方面是因?qū)嵤┕?jié)水措施以后的節(jié)水量不但使現(xiàn)有灌溉面積需水得以保證，而且還有多余水量，有其他方面產(chǎn)生的效益及節(jié)地、節(jié)勞、提高產(chǎn)量效益。

按照項目區(qū)現(xiàn)狀情況不同作物種植面積比例，以及項目區(qū)未來農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃預(yù)測的種植業(yè)結(jié)構(gòu)和面積比例，同時根據(jù)項目區(qū)各種作物分別在非灌溉、部分灌溉和完全達到設(shè)計水平條件下灌溉效益的典型調(diào)查資料，計算出設(shè)施灌溉面積年水利分攤影子效益。本次農(nóng)作物灌溉水的分灘系數(shù)為0.35，經(jīng)對項目區(qū)近幾年灌溉效益調(diào)查分析，求得項目區(qū)節(jié)水改造工程實施后，綜合平均的多年平均年增量效益為501.544 萬元。項目區(qū)實施后，因渠道維修每年可減少費用30 萬元。

4 結(jié)語

隨著橫山區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展，工業(yè)需水增大，在水資源有限的情況下，只能向農(nóng)業(yè)用水尋求出路。由于粗放式灌溉，農(nóng)業(yè)灌溉水資源浪費嚴重，通過對灌區(qū)灌溉需水量、節(jié)水措施和產(chǎn)生的效益探討，可知，農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力較大，效益顯著，經(jīng)濟可行，可進行高效節(jié)水灌溉建設(shè)。