王石灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造工程效益評(píng)價(jià)

李 佳

(綏中縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 綏中 125200)

1 灌區(qū)概況

王石灌區(qū)位于葫蘆島市綏中縣境內(nèi)，是多水源聯(lián)合開發(fā)、統(tǒng)一調(diào)度管理的灌區(qū)，灌區(qū)內(nèi)總耕地40.2萬(wàn)畝，實(shí)際灌溉1.4萬(wàn)hm2。該灌區(qū)屬于北溫帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，年均降雨量619.5mm，降雨量年內(nèi)分配很不均勻，7月份最多，12月份最小，汛期(6-9月)降水量約占全年的82%。徑流的河流大部分由天然降雨形成，小流域多為季節(jié)性河流，年際及年內(nèi)徑流量變化較大，流域面積超過(guò)100km2的河流5條，從西至東依次為石河、狗河、貓眼河、王寶河、六股河，多年平均總徑流量4.6億m3。水源工程現(xiàn)有龍屯、大風(fēng)口兩座大(2)型水庫(kù)，攔河引水工程有前朱、選將、程家、新開河、古塔、長(zhǎng)江、大官、狼洞子、六股河共9處。渠系工程現(xiàn)有總干渠2條長(zhǎng)53.9km，建筑物254座，已襯砌長(zhǎng)度7.9km；干渠17條長(zhǎng)113.94km，建筑物422座，已襯砌長(zhǎng)度16.88km；支渠57條長(zhǎng)114.5km，建筑物1142座。灌區(qū)充分利用回歸水量、徑流量、過(guò)境水量，初步形成能夠體積開發(fā)綜合利用，跨流域調(diào)水的供水網(wǎng)絡(luò)。

王石灌區(qū)建成于1978年底，受當(dāng)時(shí)社會(huì)因素和資金不足的影響，工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，尾工大。后經(jīng)維修改造，大部分渠道能正常供水，但由于投入的資金有限，無(wú)法徹底解決建筑物老化失修和渠道滲漏等一系列問(wèn)題，輸水損失嚴(yán)重。渠系工程不配套，使得大部分土地?zé)o法灌溉，并引起嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)。因此，為充分發(fā)揮灌區(qū)的灌溉能力，節(jié)約水資源必須對(duì)灌區(qū)進(jìn)行續(xù)建配套與節(jié)水改造。2019～2020年繼續(xù)改造王石灌區(qū)部分設(shè)施，維修改建內(nèi)容主要有：

1)渠道防滲襯砌，渠段干渠防滲襯砌總長(zhǎng)度12387m，其中矩形防滲渠道2714m，包括新建2065m和重建649m；梯形防滲渠道9673m，包括新建8194m、重建1069m和維修加高410m，暗渠1406m，包括新建353m和維修改造1053m。

2)渠道建筑物維修改造，干渠渠道建筑物維修改造共69座，其中：農(nóng)橋19座，包括重建9座和維修10座；渡槽14座，包括重建3座和維修改造12座；水閘21座，包括重建8座和維修改造13座；山洪排水山涵15座，包括重建2座、續(xù)建4座和維修改造9座。

文章通過(guò)測(cè)定灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造前、后的灌溉水利用系數(shù)，評(píng)價(jià)分析灌區(qū)改造工程實(shí)施效果，并總結(jié)出近幾年王石灌區(qū)節(jié)水改造的經(jīng)驗(yàn)及其實(shí)施效果，可為其它灌區(qū)節(jié)水改造方案的科學(xué)設(shè)計(jì)提供一定指導(dǎo)。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)方法

目前，測(cè)試灌溉水有效利用系數(shù)比較常用的方法有經(jīng)驗(yàn)公式法、滲透儀法、雙環(huán)入滲法、動(dòng)水法、靜水法等[1-5]。其中，經(jīng)驗(yàn)公式法大多應(yīng)用于缺乏實(shí)測(cè)資料或規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的渠道滲漏損失估算；滲透儀一般適用于土壤滲漏損失估算；雙環(huán)入滲法測(cè)試時(shí)需要將不同直徑、同一軸心的兩個(gè)鋼質(zhì)圓環(huán)壓入土質(zhì)渠床20cm深，測(cè)試過(guò)程較為復(fù)雜，主要適用于土質(zhì)渠床滲漏損失的測(cè)定；動(dòng)水法不會(huì)對(duì)正常灌溉用水造成影響，操作簡(jiǎn)單，可適用于滲漏損失較大或渠道較長(zhǎng)的土質(zhì)渠道；靜水法主要適用于凈水渠段的滲漏損失測(cè)試[6]?？紤]到王石灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)整體偏低，渠系滲漏較為嚴(yán)重的實(shí)際情況，表層土質(zhì)以輕壤土為主，土質(zhì)疏松，故選用動(dòng)水法測(cè)定渠道防滲效果[7]。

結(jié)合相關(guān)要求，采用動(dòng)水法測(cè)定灌溉水有效利用系數(shù)時(shí)必須考慮渠道斷面流量大小，合理確定典型渠道長(zhǎng)度，渠道流量Q<1m3/s、1≤Q<10m3/s、10≤Q<30m3/s時(shí)，所測(cè)試的渠道長(zhǎng)度3000>L≥1000m、5000>L≥3000m、L≥5000m[8-10]。

2.2 方案設(shè)計(jì)

選擇改造前(2019年)和改造后(2021年)的春澆供水期(3-4月)作為測(cè)試時(shí)間，即灌區(qū)改造前、后每年的3月1-10日測(cè)試，測(cè)算龍屯總干渠和7支渠、11支渠、17支渠等典型渠系的灌溉水有效利用系數(shù)。由于龍屯總干渠的分水閘和節(jié)制閘都是梯形斷面的平板閘門，水流條件優(yōu)越且工程完整率高，所以干渠選用“流速儀校核、建筑物量水”的方式來(lái)測(cè)算。支渠灌溉水有效通過(guò)計(jì)算干開口閘門處和支開口各閘門處流量確定。采用流速儀測(cè)定各支渠輸水利用系數(shù)，對(duì)長(zhǎng)度足夠且梯形規(guī)則斷面的渠道，利用流量?jī)x測(cè)定初始和終點(diǎn)斷面流速，結(jié)合兩個(gè)斷面的流量數(shù)據(jù)確定相應(yīng)的輸水系數(shù)。

3 效益評(píng)價(jià)

3.1 灌溉水有效利用系數(shù)

1)節(jié)水改造前。王石灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造前、后的灌溉水有效利用系數(shù)如圖1。

(a)改造前 (b)改造后

由圖1(a)可知，節(jié)水改造前，龍屯總干渠灌溉水有效利用系數(shù)在0.505～0.643之間波動(dòng)變化，整體平均值0.564，處于較低水平；7支渠、11支渠、17支渠的灌溉水有效利用系數(shù)在0.455～0.507、0.402～0.552、0.388～0.522之間波動(dòng)變化，整體平均值依次為0.483、0.476、0.489，相較于干渠處于更低水平。支渠低于干渠的灌溉水有效利用系數(shù)，這可能與防滲等級(jí)有關(guān)，在前期渠道防滲改造工程中干渠、支渠的混凝土防滲等級(jí)為P10和P8。龍屯總干渠的灌溉水有效利用系數(shù)總體表現(xiàn)出不斷上升趨勢(shì)，灌溉水有效利用系數(shù)隨輸水時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，支渠灌溉水有效利用系數(shù)未表現(xiàn)出明顯規(guī)律性，總體呈動(dòng)態(tài)變化特征。究其原因是干渠長(zhǎng)期處于輸水狀態(tài)，隨著輸水時(shí)間的延長(zhǎng)滲漏損失量不斷減小，土質(zhì)渠床滲漏飽和后不再滲漏，所以干渠灌溉水有效利用系數(shù)呈上升趨勢(shì)，而支渠只有在分配水資源時(shí)才會(huì)供水，并非時(shí)刻處于輸水狀態(tài)，所以渠道滲漏呈現(xiàn)出波動(dòng)變化的特征[11]。

由圖1(b)可知，灌區(qū)節(jié)水改造后的灌溉水有效利用系數(shù)明顯提升，龍屯總干渠灌溉水有效利用系數(shù)在0.700～0.800之間波動(dòng)變化，整體平均值0.777，處于較高水平；7支渠、11支渠、17支渠的灌溉水有效利用系數(shù)在0.621～0.722、0.591～0.672、0.525～0.650之間波動(dòng)變化，整體平均值依次為0.660、0.624、0.610，整體處于更高水平。因此，續(xù)建配套節(jié)水改造工程的實(shí)施不僅明顯提高了灌溉水有效利用系數(shù)，而且使灌溉系統(tǒng)更加穩(wěn)定，通過(guò)增加量水設(shè)施實(shí)現(xiàn)了渠道水量的精準(zhǔn)控制，為維持渠系供水穩(wěn)定提供了可靠保障。

3.2 防滲效益

王石灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造前、后的渠系防滲效果如圖2所示。

圖2 灌區(qū)改造前后灌溉水有效利用系數(shù)

由圖2可知，灌區(qū)節(jié)水改造后7支渠灌溉水利用系數(shù)從0.483增大到0.660，增長(zhǎng)率達(dá)到36.5%，11支渠灌溉水利用系數(shù)從0.476增大到0.624，增長(zhǎng)率達(dá)到31.1%，17支渠灌溉水利用系數(shù)從0.476增大到0.610，增長(zhǎng)率達(dá)到24.7%，龍屯總干渠灌溉水利用系數(shù)從0.564增大到0.777，增長(zhǎng)率達(dá)到37.7%；因此，續(xù)建配套節(jié)水改造工程的實(shí)施明顯提高了王石灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)，平均增長(zhǎng)率達(dá)到32.5%。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

截至2021年，王石灌區(qū)節(jié)水改造工程實(shí)施后，可以新發(fā)展經(jīng)濟(jì)田灌溉586.67hm2，發(fā)展水田灌溉346.67hm2，每年可獲凈效益442.57萬(wàn)元，主要由作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整凈效益和節(jié)水效益兩部分組成，其中作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和改善中低產(chǎn)田效益428.2萬(wàn)元；節(jié)水改造措施實(shí)施后，由于采取渠道防滲，提高渠系水利用系數(shù)，年節(jié)水量287.33萬(wàn)m3，按現(xiàn)行水費(fèi)價(jià)格0.05元/m3，年節(jié)省水費(fèi)支出14.37萬(wàn)元，減少60%以上灌溉成本。

此外，通過(guò)王石灌區(qū)節(jié)水改造工程封閉了1085眼水井和620眼機(jī)井，大大降低了灌區(qū)灌溉對(duì)地下水的依賴，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)地下水位抬升了3～4m，有效防止了灌區(qū)耕地土壤鹽堿化，具有顯著的生態(tài)效益[12-13]。

4 結(jié) 論

王石灌區(qū)是葫蘆島市綏中縣境內(nèi)的一個(gè)大型灌區(qū)，灌區(qū)內(nèi)多年平均過(guò)境水量3.216億m3，徑流量1.384億m3，總徑流量為4.6億m3，規(guī)劃灌溉面積2.08萬(wàn)hm2。然而，由于部分區(qū)段缺少量水設(shè)施使得渠道灌溉管理受到嚴(yán)重影響?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，多年來(lái)的節(jié)水改造大幅度提升了干支渠灌溉水有效利用率，干渠達(dá)到0.75以上，支渠達(dá)到0.60以上，龍屯總干渠增長(zhǎng)率37.7%，節(jié)水改造工程的防滲、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益顯著。

本研究?jī)H利用1年的數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)灌區(qū)節(jié)水改造效果，為保證評(píng)價(jià)結(jié)果和測(cè)量數(shù)據(jù)科學(xué)準(zhǔn)確性，盡可能降低偶然測(cè)量誤差，未來(lái)仍需利用多年觀測(cè)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步研究分析。