水利節(jié)水灌溉工程的利用與建設(shè)

哈尼克孜·吐尼牙孜

（新疆水利水電科學(xué)研究院，烏魯木齊 830049）

灌溉用水是社會用水的主要部分，為了緩解社會用水緊張的問題，對于灌溉用水水資源利用的問題研究有待進一步發(fā)展，目前灌溉技術(shù)仍存在灌排規(guī)劃不合理、缺乏科學(xué)有效管理機制、水資源污染和短缺等問題。

因而，農(nóng)田灌溉問題需要從工程的設(shè)計規(guī)劃布局、管理的維護使用制度、經(jīng)濟的提高效益降低成本、生態(tài)的環(huán)境保護幾個方面進行研究。目前已有專家學(xué)者取得了較為豐碩的研究成果：張蔚榛等［1］通過總結(jié)國外的灌溉技術(shù)經(jīng)驗，結(jié)合中國內(nèi)的實際農(nóng)田水利狀況，提出了較為經(jīng)濟合理的灌溉方式方法；高煥芝等［2］研究通過控制灌溉用水進而控制農(nóng)田中的氮磷含量；劉建剛等［3］研究了排水溝埋深與地下水含鹽量的關(guān)系，進一步分析了排水溝埋深對灌溉用水與節(jié)水的影響；朱彬等［4］通過試驗研究了農(nóng)田水利中排水的處理及對排水的有效利用；彭世彰等［5］構(gòu)建了農(nóng)田排放水資源有效利用的模型，進而達到循環(huán)用水與節(jié)水相結(jié)合的作用；姜翠玲等［6］研究了濕地對農(nóng)田水利灌溉用水的凈化作用，分析了凈化過程中水資源化學(xué)成分的變化；翟麗華等［7］對人工濕地凈化水的流程進行了優(yōu)化，提高了人工濕地對水資源凈化的效率；董斌等［8］分析了農(nóng)田中氮磷含量的與原始灌溉用水量的關(guān)系。

基于以上專家學(xué)者的研究成果，本研究以喀什地區(qū)伽師縣農(nóng)田水利工程為研究對象，通過對比分析3種排灌模式的平面布置等特點，并對其功能作用進行分析。

1 高標準生態(tài)農(nóng)田建設(shè)

生態(tài)高標準農(nóng)田建設(shè)的核心是將生態(tài)學(xué)發(fā)展理論融入到農(nóng)田合理規(guī)劃、水利建設(shè)與治理的應(yīng)用中，其中較為關(guān)鍵的是農(nóng)田灌溉與排水工程與生態(tài)學(xué)理念的結(jié)合，生態(tài)高標準農(nóng)田的主要特征如下：

1.1 經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展

可持續(xù)經(jīng)濟是當(dāng)前較為重要的經(jīng)濟發(fā)展要求，要求經(jīng)濟發(fā)展的同時不能影響后代的持續(xù)發(fā)展需要，農(nóng)田灌溉技術(shù)要求滿足作物生長的同時，也要合理節(jié)約利用水資源，提高水資源利用率。

1.2 生態(tài)水利工程建設(shè)

水利工程的建設(shè)不能影響自然生態(tài)環(huán)境，在合理布置水利工程實施的同時，要兼顧河流形態(tài)存在的多樣化、河流與周邊農(nóng)作物生長的協(xié)調(diào)性、合理考慮河流兩岸動物的生殖繁衍與食物來源。

1.3 人水和諧發(fā)展

合理布置農(nóng)田灌溉與排水工程的整體布局，使人與自然和諧相處，增強水生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力。

1.4 水工景觀設(shè)計

通過合理的規(guī)劃布局，改善河流渠道周邊景觀的協(xié)調(diào)性、一體性，通過適度改善景觀格局，進而影響到周邊的生態(tài)環(huán)境。

通過合理布置農(nóng)田水利設(shè)施排灌工程，使農(nóng)田水利工程在適用性的基礎(chǔ)上滿足經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、水工生態(tài)性、人水和諧發(fā)展、水工環(huán)境景觀協(xié)調(diào)性。

2 灌溉工程建設(shè)分析

2.1 農(nóng)田工程狀況

本研究以喀什地區(qū)伽師縣農(nóng)田水利工程為研究對象，該區(qū)域天然水資源較為豐富，地形較為平坦，水流分布較為均勻密集，河流在區(qū)域主要分布有渠道、支流，農(nóng)田位于河道邊緣，支流之間的距離約550m，渠道之間的距離約400m，該區(qū)域總農(nóng)作物年耕種面積為1600hm2，其中主要農(nóng)作物有水稻、小麥、玉米、油菜、果蔬，農(nóng)作物種植面積如表1。該區(qū)域農(nóng)田種植為 “水稻-小麥”一年兩熟作物，可以有效提高土地利用率及年農(nóng)作物產(chǎn)量，本研究以其中一塊長600m、寬400m的農(nóng)田為研究對象，其整體布置如圖1，對其灌溉管網(wǎng)布置進行分析。

表1 農(nóng)作物種植面積

圖1 農(nóng)田整體布置

2.2 灌排模式設(shè)計

2.2.1 “明渠+明溝”排灌模式

“明渠+明溝”排灌模式是目前應(yīng)用較為廣泛的且運行效率較高的灌溉模式，“明渠+明溝”排灌模式布置如圖2。

圖2 “明渠+明溝”排灌模式布置

布置方式如下：在河道與生態(tài)渠道交匯處布置一個節(jié)制閘，泵站布置在節(jié)制閘旁邊，泵站的取水可以通過節(jié)制閘進行控制，這樣使得灌溉用水既可以從河道取水，也可以從生態(tài)渠道取水，因地形平坦的優(yōu)勢，溝渠的布置如圖1中，采用灌排相間的布置模式，將農(nóng)田分為矩形布置模式，長和寬分別為100，30m，農(nóng)渠與農(nóng)渠之間間隔距離為200m，生態(tài)攔截溝與生態(tài)攔截溝間隔距離也為200m，因而將農(nóng)田劃分為長100m，且農(nóng)田之間道路沿著中心斗渠等間隔布置，在道路兩側(cè)種植高度不高的綠化植物，不僅可以提高環(huán)境的美觀性，也避免植物阻擋農(nóng)作物采光。

該種布置方式主要有以下優(yōu)勢：在一般水量灌溉期，節(jié)制閘關(guān)閉，灌溉用水取自生態(tài)渠道，當(dāng)灌溉結(jié)束后，農(nóng)田中多余的灌溉用水和排水通過生態(tài)攔截溝排回生態(tài)渠道，可以實現(xiàn)水資源的合理利用及循環(huán)使用，大大提高灌溉用水利用率，防止水資源浪費；當(dāng)生態(tài)渠道水位較低時，無法完全滿足農(nóng)田的灌溉用水時可以采用切換控制閘的方式從河道抽水灌溉農(nóng)田；若生態(tài)渠道水位過低時，此時無法滿足生態(tài)環(huán)境的要求，此時可以將河道中的水引入生態(tài)渠道中，使生態(tài)渠道的水不至于干涸，進而影響周邊的生態(tài)環(huán)境；當(dāng)偶遇暴雨洪水天氣時，可以通過直接調(diào)整節(jié)制閘使農(nóng)田區(qū)域的水排除，達到排澇的效果；種植小麥作物時，可以將生態(tài)渠道的水引入河道中，使農(nóng)田下地下水位降低，進而避免水對小麥作物的影響。

2.2.2 “管道+明溝”排灌模式

“管道+明溝”排灌模式利用低壓輸水技術(shù)，管道輸水灌溉與明溝排水相結(jié)合，達到節(jié)水的效果，還能節(jié)約土地的作用。“管道+明溝”排灌模式布置如圖3。

圖3 “管道+明溝”排灌模式布置

布置方式如下：節(jié)制閘和泵站布置與“明渠+明溝”排灌模式相同，干管布置在水平且沿著河道方向及水平于生態(tài)渠道方向且東西方向居中布置，支管垂直于南北向的干管布置且間距為200m，放水口在支管位置間距30m左右非等間距布置，放水口的放水方向如箭頭所示，南北方向表示放水，在管網(wǎng)布置中分布有分水井分布于干管轉(zhuǎn)折部位、干管與支管交接部位，田間道路布置與南北向干管緊挨布置。

“管道+明溝”排灌模式與“明渠+明溝”排灌模式基本相同，但將“明渠+明溝”排灌模式中的明渠替換為管道進行布置，且均可以利用生態(tài)渠道及河道中的水對農(nóng)作物進行灌溉，水流通過管道運輸至農(nóng)田中，這樣可以實現(xiàn)農(nóng)作物的灌溉。

“管道+明溝”排灌模式將“明渠+明溝”排灌模式中的明渠替換為管道，水在農(nóng)田地面以下流動，這樣既可以減少灌排水對農(nóng)田土地的占用，又可以降低水流的蒸發(fā)，起到了節(jié)約用地與節(jié)約水資源利用的作用。且管道中存在有輸水壓力，可以提高水流的流動速率，降低水泵的工作時間，提高利用率。

2.2.3 “管道＋暗管”排灌模式

“管道＋暗管”排灌模式利用低壓輸水技術(shù)，管道輸水灌溉與暗管排水相結(jié)合，更有效地達到節(jié)水與節(jié)約土地的作用?！肮艿?暗管”排灌模式布置如圖4。

圖4 “管道+暗管”排灌模式布置

布置方式如下：節(jié)制閘和泵站布置與“明渠+明溝”排灌模式相同，干管與支管布置與“管道+明溝”排灌模式相同，暗管布置于地下1.2m的位置，暗管之間的間距為33.33m且沿東西走向布置。“管道+暗管”排灌模式布置既可使農(nóng)田灌溉保持均勻性，又可有效降低土地的使用與水資源的浪費。但相比前兩種灌溉模式，“管道+暗管”排灌模式的成本較高，該種灌溉適用于較高經(jīng)濟性且對灌溉用水均勻性要求較高的灌溉區(qū)域。

3 結(jié)語

本研究以喀什地區(qū)伽師縣農(nóng)田水利工程為研究對象，通過對比分析“明渠+明溝”、“管道+明溝”、“管道＋暗管”3種排灌模式的平面布置等特點，主要得到以下結(jié)論：

（1）“明渠+明溝”排灌模式可以提高水資源的利用范圍，對河道及生態(tài)渠道的水資源均有效利用，同時滿足干旱季節(jié)與洪澇季節(jié)排水的需求，實現(xiàn)多余灌溉用水的循環(huán)利用，提高水資源的利用率。

（2）“管道＋明溝”排灌模式在“明渠+明溝”排灌模式功能作用的基礎(chǔ)上，有效節(jié)約土地的利用及水資源的蒸發(fā)損失，同時管道中的低壓輸水可以有效提高水流速率。

（3）“管道＋暗管”排灌模式在“管道＋明溝”排灌模式的基礎(chǔ)上，進一步提高水資源利用率，降低水資源蒸發(fā)，使農(nóng)田范圍內(nèi)的灌溉更均勻，但成本會更高。