鄉(xiāng)鎮(zhèn)田間灌溉方案及對策研究

張瑞山

（大禹節(jié)水集團股份有限公司，甘肅 酒泉 735000）

世界上的水資源和能源愈來愈短缺，從長遠來看，應用節(jié)水、節(jié)能的灌水方法已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)灌溉技術(shù)發(fā)展的總體趨勢。加強農(nóng)業(yè)節(jié)水設(shè)施的建設(shè)，轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)用水方式，提高農(nóng)業(yè)節(jié)水管理水平刻不容緩[1]。因此推廣節(jié)水灌溉也就成為世界各國為緩解水資源危機和實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇[2]。Dandy 和Hassanli[3]研究了復雜滴灌系統(tǒng)的最優(yōu)控制和設(shè)計程序。Elmaloglou 等[4]采用圓柱濕潤體模型為基礎(chǔ)，研究了間歇點源入滲的水分動力特性，建立了點源滴灌滴頭流量的數(shù)學模型。Badr 等[5]通過實驗對馬鈴薯進行了地表滴灌和地下滴灌研究，認為地下滴灌比地表滴灌時水分利用效率更高。在我國常規(guī)滴灌系統(tǒng)常常采用人工控制球閥進行灌溉，受傳統(tǒng)長期溝灌思維影響，種植戶往往不能嚴格按照設(shè)計進行灌溉，經(jīng)常人為延長灌溉時間和輪灌周期，最終造成滴灌系統(tǒng)運行異常，很難達到預期的節(jié)水增產(chǎn)目的[6]。自動化滴灌系統(tǒng)是世界先進國家發(fā)展高效農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要舉措，由于減少了大量的勞動力，同時減少了因人工管理不當而造成的水資源浪費[7-8]。近幾年來許多學者[9-11]對自動化技術(shù)在膜下滴灌的應用做了研究，闡明了生產(chǎn)中存在問題。朱俊峰等[12]提出根據(jù)主管壓力控制不同位置的噴灌帶工作條數(shù)和時間來確保噴灌穩(wěn)定均勻的方法。張林[13]對小流量微壓滴灌技術(shù)應用進行了基礎(chǔ)研究，建立了微壓滴灌灌水小區(qū)的設(shè)計方法?？纱蠖喽计诶碚摓橹?，缺少用實時數(shù)據(jù)驗證的案例。

本文以現(xiàn)有的節(jié)水灌溉技術(shù)為依托，結(jié)合金昌市六壩鄉(xiāng)下七壩村地形、水源和種植作物等實際情況，設(shè)計適合該區(qū)高效節(jié)水灌溉方案。研究結(jié)果將對今后金昌市科學編制農(nóng)田水利建設(shè)規(guī)劃、提高農(nóng)業(yè)抗災和綜合生產(chǎn)能力等提供決策的參考依據(jù)，為建設(shè)和諧金昌提供支撐。又能促進農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，提高農(nóng)民的人均可支配收入，使農(nóng)民增收脫貧，從而創(chuàng)造良好的社會發(fā)展環(huán)境，促進傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)域概況

本研究區(qū)域地點位于金昌市六壩鄉(xiāng)下七壩村（如圖1 所示）。六壩鄉(xiāng)地處“絲路古道”河西走廊東端、祁連山北麓，東與武威市青林鄉(xiāng)接壤，西距永昌縣城19km，北以風門山與河西堡鎮(zhèn)為界。地勢南高北低較為平緩，平均海拔1670m，屬大陸性氣候，全年日照時數(shù)為2884h，年平均氣溫4.8℃，年降水量140mm 左右，無霜期140d，具有適宜農(nóng)作物生長的自然條件。下七壩發(fā)展河水滴灌面積9367 畝，其設(shè)計毛灌水定額為16.675m3/畝。根據(jù)項目區(qū)自然地形條件，將下七壩分為兩個大的片區(qū)，1 號片區(qū)3857 畝，2 號片區(qū)5510 畝。因此需在下七壩修建蓄水池2 座，根據(jù)上下游高程銜接關(guān)系選址布置，結(jié)合實地可占用土地范圍，將兩個蓄水池容積分別定為6.5 萬m3和9.5 萬m3（見表1）。

表1 工程項目區(qū)分布情況表

圖1 研究區(qū)域分布圖

2 下七壩村田間工程設(shè)計

項目區(qū)主要種植作物規(guī)劃為蔬菜，灌溉方式為離心泵加壓灌溉。下七壩村規(guī)劃種植面積為9367畝，可分為九個獨立的系統(tǒng)進行灌溉。其中，系統(tǒng)一1108 畝，系統(tǒng)二978 畝，系統(tǒng)三740 畝，系統(tǒng)四1031 畝，系統(tǒng)五1156 畝，系統(tǒng)六1097 畝，系統(tǒng)七960畝，系統(tǒng)八1184畝，系統(tǒng)九1113畝。

2.1 方案規(guī)劃設(shè)計

滴灌輸水灌溉系統(tǒng)設(shè)計為固定式，由首部樞紐、各級管道、給水栓以及附屬設(shè)備組成。為了防止由于車輛穿過，田間耕作，凍脹而造成破壞，同時為減少由于挖方對耕地土層的破壞，根據(jù)近幾年已建項目運行狀況，設(shè)計管道埋深為管頂以1.2m（做好排水）即可安全運行。管網(wǎng)布置根據(jù)實際地形，盡量沿“三邊”（路邊、渠邊、地邊）走，盡量減少破壞耕地土壤層，盡量減少橫穿路、渠、林帶，盡量不遺漏小地塊，因地制宜地優(yōu)化管道，布置出水口。

2.1.1 輸配水管網(wǎng)布置

根據(jù)項目區(qū)地形，按照“管路短、控制面積大”的布置原則，按“山”字形和“豐”字形布置干管和分干管，管溝盡量走向靠近路邊一側(cè)。管溝抄平后，在干管、分干管最低處設(shè)置排水閥門，主干管與分干管交叉處設(shè)置檢查井，便于灌溉控制。支管鋪設(shè)于地面，每條支管均有一閥門控制，便于對輪灌組的管理和分化；毛管垂直于支管并沿農(nóng)作物耕作壟平行鋪設(shè)。為便于沖洗管道和冬季到來之前排干管中的積水，在干管及分干管的末端布置排水井；毛管平均鋪設(shè)間距0.7m，由地面支管及閥門控制灌溉。

2.1.2 首部樞紐

為便于運行管理，首部樞紐位置定于蓄水池旁邊。首部設(shè)備擬采用管道離心泵、“砂石+疊片自動反沖洗過濾器”、壓差式施肥罐，同時在首部安裝壓力表、空氣閥、閘閥、水表等設(shè)備和儀表。

2.1.3 灌水器

本工程采用側(cè)翼迷宮式滴灌帶，直徑16mm，滴頭間距0.3m，滴頭流量2.0L/h，壁厚0.2mm，公稱壓力0.25MPa，工作壓力0.1MPa。

2.2 灌溉制度的確定

滴灌工程實施后，項目區(qū)灌溉制度發(fā)生了變化。根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50485-2009），結(jié)合項目區(qū)氣候條件以及當?shù)毓嗨畬嵺`，參照周邊地區(qū)已實施的高效節(jié)水滴灌項目，擬定了項目區(qū)玉米滴灌灌溉制度。

2.2.1 最大凈灌水定額

式中：γ 為土壤容重，取1.35g/cm3；z 為灌水濕潤深度，蔬菜0.4m；p 為土壤濕潤比，70%；θmax、θmin為適宜土壤含水率上下限，分別取田間最大持水率25%、90%和65%；計算結(jié)果見表2。

表2 最大凈灌水定額計算表

2.2.2 設(shè)計灌水周期

式中：Tmax為最大灌水周期（d），T 為設(shè)計灌水周期（d）；則計算得蔬菜的最大灌水周期為5.83d，則蔬菜的設(shè)計灌水周期取為5d；Ia為日耗水強度，由公式Ia=Ea-P0計算，Ea 為設(shè)計日耗水強度，P0為有效降雨量，鑒于永昌地區(qū)降雨集中在7～9 月，蒸發(fā)量是降水量的將近3 倍，設(shè)計灌溉系統(tǒng)為全額灌溉的特點，取P0=0 mm，則蔬菜Ia=Ea-P0=4.5mm/d。

則根據(jù)下式計算設(shè)計凈灌水定額

計算結(jié)果見表3。

表3 灌水周期計算表

2.2.3 一次灌水延續(xù)時間

式中：Sl為毛管間距，取0.7m；qd滴頭流量（L/h）；Se 滴頭間距（m）；n 為系統(tǒng)滴頭數(shù)量。計算結(jié)果見表4。

表4 灌水延續(xù)時間計算表

2.2.4 灌溉制度

在保證作物正常需水的情況下，減少系統(tǒng)的流量，降低工程投資，本系統(tǒng)采用輪灌工作制度。

式中：Nmax為系統(tǒng)最大輪灌組數(shù)（組）；N 為系統(tǒng)實際輪灌組數(shù)（組）；n總為系統(tǒng)滴頭總數(shù)（個）；C 為系統(tǒng)日工作時間，22h；Q 為流量（m3/s）；計算結(jié)果如見表5：

表5 輪灌組計算表

滴灌系統(tǒng)采用輪灌方式運行，由干管輪流向支管供水，支管向毛管供水。玉米滴灌灌溉制度見表6。灌溉制度的制定不僅節(jié)約了用水量，而且對植物的最優(yōu)生長有促進作用。

表6 玉米滴灌灌溉制度

2.3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)田間農(nóng)田水利工程保障對策研究

永昌縣下七壩村農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)條件差，生態(tài)環(huán)境脆弱，抵御自然災害的能力較低等方面因素的制約，鄉(xiāng)村兩級經(jīng)濟基礎(chǔ)相對薄弱，農(nóng)業(yè)水利不能跟上農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化快速發(fā)展的步伐，嚴重制約農(nóng)業(yè)特色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和質(zhì)量效益的提高。項目區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水仍大量沿用習慣的大水漫灌灌水方法，致使水的利用率較低，滲漏損失嚴重，有效保灌質(zhì)量不高，造成水資源浪費較嚴重。農(nóng)戶各自的經(jīng)營理念不同，種植很難統(tǒng)一，灌水難以協(xié)調(diào)，形成農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)布局沒有明顯的規(guī)模效益，且難以適應現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)對高效節(jié)水、機械耕種、集約經(jīng)營等發(fā)展理念的要求，導致高效節(jié)水技術(shù)規(guī)?；l(fā)展受到制約。針對以上問題，提出項目建設(shè)實施運行管理策略如下：

1）建立機構(gòu)，明確職責，加強領(lǐng)導和管理。小型農(nóng)田水利設(shè)施項目建設(shè)是一項技術(shù)性強和群眾性廣的綜合性工作，為了確保項目的順利實施，必須建立相應的職能機構(gòu)，實施協(xié)調(diào)機制，成立專門的領(lǐng)導小組，專人負責，充分發(fā)揮領(lǐng)導小組的職責，做好項目規(guī)劃、組織協(xié)調(diào)和督查管理等工作，提高規(guī)劃的組織實施，投入保障、技術(shù)保障、建設(shè)和建后運行管理等方面的政策，由相關(guān)部門圍繞項目實施方案確定負責人員和技術(shù)指導人員，具體承擔水利建設(shè)項目的實施工作，加強對工程建設(shè)的管理、監(jiān)督、指導和領(lǐng)導，才能達到保質(zhì)、按時、按量完成建設(shè)任務(wù)。

特別是各項目片區(qū)要將各項工作落到實處，要落實專人，明確職責實行目標管理，上級部門與各受益區(qū)相關(guān)單位和人員簽訂目標責任書，將任務(wù)層層分解、責任落實到單位和責任人，定任務(wù)、定工期、定質(zhì)量、定地方配套資金的落實到位，并將工程建設(shè)納入政府“三個文明”建設(shè)目標考核的重要內(nèi)容。

2）建立制度，加強監(jiān)管。小型農(nóng)田水利設(shè)施項目建設(shè)，實施嚴格的質(zhì)量措施，落實分級管理負責制，按規(guī)定全面推行項目評審論證制、項目法人負責制、工程招投標制、大宗材料物資政府采購制、工程監(jiān)理制、項目公示制、建設(shè)資金縣級報賬制等十項管理制度，強化約束機制，加強監(jiān)管，切實加強技術(shù)指導，嚴把質(zhì)量關(guān)。從一開始就必須高度重視各個單位工程的驗收工作，施工單位明確質(zhì)量負責人，跟班檢查，認真執(zhí)行“三檢”制度，初驗由跟班作業(yè)人員負責，復檢由各班組長負責，終檢由工程質(zhì)量負責人負責，嚴格每道施工工序，上一道工序完工驗收合格后，方可進入下一道工序，對隱蔽工程和重要工序必須報請建設(shè)質(zhì)檢部門共同檢查。業(yè)主在施工單位自檢的基礎(chǔ)上，對工程質(zhì)量全面認真復檢，凡發(fā)現(xiàn)不符合設(shè)計要求的，現(xiàn)場立即要求返工，一直達到設(shè)計規(guī)范要求。

3）加大投入，落實資金。為保證工程項目的順利實施，各有關(guān)部門要互通信息，加強溝通，打破部門利益觀念，搞好資金的使用管理，共同推進本次項目建設(shè)資金管理工作。財政部門應積極配合水利部門及時到位國家補貼資金，認真組織落實配套資金。

4）加強培訓，提高素質(zhì)。金昌市水務(wù)投資有限責任公司在工程實施建設(shè)中，及時組織參與工程施工和管理人員進行技術(shù)培訓、經(jīng)驗交流，推廣新技術(shù)、新工藝，吸收外地好的經(jīng)驗，提高施工人員和管理人員的整體素質(zhì)及技術(shù)水平，更好地為我縣水利工程建設(shè)服務(wù)。

5）加大宣傳，提高認識。在項目實施中，采取召開不同規(guī)模、不同形式的現(xiàn)場會、電視臺播放工程建設(shè)專題片等多種形式，廣泛地宣傳實施此次項目建設(shè)的重要意義和融資方式，深入貫徹黨的方針、政策，大造興水治水輿論，發(fā)動廣大干部群眾建設(shè)節(jié)水灌溉工程的積極性、主動性和創(chuàng)造性，營造興建小型農(nóng)田水利設(shè)施項目節(jié)水灌溉工程的良好氛圍。

3 結(jié)論

本文通過對金昌市六壩鄉(xiāng)下七壩村田間灌溉方案及對策研究，得到以下結(jié)論：

1）以金昌市六壩鄉(xiāng)下七壩村為例，提出了適合當?shù)氐匦?、作物與種植方式的滴灌輸水灌溉系統(tǒng)；明確滴灌系統(tǒng)采用運行方式—輪灌；制定項目區(qū)玉米滴灌灌溉制度。從而節(jié)約農(nóng)業(yè)灌溉水量，促進了植物的生長。

2）鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田水利工程建設(shè)對于促進農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的作用，當前鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田水利工程建設(shè)存在諸多問題，發(fā)展困難。本文提出的幾項措施能夠有效促進鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型農(nóng)田水利工程的建設(shè)，更好的推動農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展，具有良好的經(jīng)濟社會效益。