牧區(qū)水利節(jié)水灌溉工程研究

張 菲，鄭佳偉

（1.水利部牧區(qū)水利科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利事業(yè)發(fā)展中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

內(nèi)蒙古自治區(qū)80%以上地區(qū)都處于水資源緊缺狀態(tài)，干旱少雨，夏季氣溫高，水資源平均量僅為全國的39%，降水月份不均衡。牧區(qū)地廣人稀，水利工程基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量難以滿足實際要求，在供水能力降低的狀況下，每年都有大量的草場遭遇干旱，其面積高達(dá)200000km，水資源短缺是困擾牧區(qū)發(fā)展的根本問題，不僅制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且人畜飲水都面臨嚴(yán)重問題，從而進(jìn)一步造成了牧區(qū)生態(tài)惡化。盡管近年來沙漠化治理水平有顯著提高，但是沒有完善的水利工程建設(shè)支持，荒漠化就會卷土重來。因此在牧區(qū)水利灌溉工程中，要根據(jù)草原的自然條件和生態(tài)特質(zhì)選擇科學(xué)的節(jié)水灌溉技術(shù)，以水資源高效利用為目標(biāo)，充分利用地表水及地下水，逐漸恢復(fù)草原生態(tài)，涵養(yǎng)水源，破解牧區(qū)水資源短缺的瓶頸，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目的。

1 牧區(qū)水利節(jié)水灌溉工程建設(shè)的必要性

1.1 破解牧區(qū)自然條件的制約

牧區(qū)本身干旱較為嚴(yán)重，多風(fēng)少雨，日照時間長，水分蒸發(fā)量大。由于牧區(qū)存在不同程度的沙漠化現(xiàn)象，因此地表水和地下水的儲量不足。高效節(jié)水灌溉工程的建設(shè)能夠緩解牧區(qū)水資源不足的問題，實現(xiàn)集約化用水，減少水資源浪費(fèi)。

1.2 改善牧區(qū)生產(chǎn)條件

牧區(qū)居民采用傳統(tǒng)粗放型用水方式，這也加劇了水資源短缺的問題，高效節(jié)水灌溉工程有利于改變居民的用水習(xí)慣，推動牧區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。同時還能夠改善牧區(qū)長期缺水的現(xiàn)象，推動畜牧業(yè)的發(fā)展，帶動新技術(shù)和新能源的利用，改變傳統(tǒng)靠天養(yǎng)畜的方式，促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

1.3 有利于生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)

草原生態(tài)原本脆弱，畜牧業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致草原生態(tài)退化嚴(yán)重。牧區(qū)水利建設(shè)是草原生態(tài)保護(hù)的前提，能夠大大改善生態(tài)環(huán)境，恢復(fù)草場植被覆蓋，涵養(yǎng)地下水資源，保障人畜供水。還能夠有效解決牧區(qū)生產(chǎn)和草原保護(hù)之間的矛盾，提高單位面積產(chǎn)草量，促進(jìn)草原良性生態(tài)循環(huán)，實現(xiàn)牧區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

2 牧區(qū)水利節(jié)水灌溉工程面臨的問題

2.1 對生態(tài)功能重視不足

牧區(qū)干旱缺水較為嚴(yán)重，水資源分布不均勻，年降水量少，而且蒸發(fā)量大于降水量，這導(dǎo)致長期處于干旱狀態(tài)。大風(fēng)頻發(fā)的天氣進(jìn)一步打破了生態(tài)平衡，加劇了地表的風(fēng)蝕沙化。長期以來，牧區(qū)片面存在生產(chǎn)功能，草原重索取少投入，長期超載地下水下降較為嚴(yán)重，生態(tài)平衡遭到破壞。同時牧區(qū)水利建設(shè)也沒有和農(nóng)田水利建設(shè)擺在同一地位，導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的不足。節(jié)水觀念不強(qiáng)，針對牧區(qū)自身的生態(tài)保護(hù)缺乏根本性認(rèn)識，對水資源利用認(rèn)識尚待提高。

2.2 水利工程基礎(chǔ)薄弱

內(nèi)蒙古牧區(qū)以經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)為主，水利建設(shè)資金缺口較大，很多水利設(shè)施年久失修，工程部件老化，日常維護(hù)不足。傳統(tǒng)水利設(shè)施原本基礎(chǔ)薄弱，不能夠滿足實際生產(chǎn)生活的需求，而且地域自然災(zāi)害能力的較弱。在資金短缺的背景下，單純依靠財政不足支撐牧區(qū)的水利建設(shè)，高效節(jié)水工程的持續(xù)性較差。灌溉工程的標(biāo)準(zhǔn)低，缺乏完善的配套設(shè)施，依賴地表水的灌區(qū)，節(jié)水效果差。灌區(qū)渠系防滲率低，蒸發(fā)量過高，很多設(shè)施亟待重新建設(shè)。

2.3 先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)仍有待推廣

粗放型發(fā)展模式下，牧區(qū)水利資源利用率低，灌溉方法不當(dāng)，大水漫灌、跑冒滴漏現(xiàn)象仍然較為普遍。在目前的水利工程中，有效節(jié)水的措施較少，先進(jìn)的設(shè)備不足，這導(dǎo)致用水主體缺乏節(jié)水的積極性，不會運(yùn)用和掌握先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)，灌溉效率較低。各地對規(guī)劃編制重視不夠，深入調(diào)研不足，對突出問題缺乏有效的治理措施，由于監(jiān)測體系不健全，科研投入不足，節(jié)水技術(shù)科學(xué)性有待提高。灌溉工程配套差，由于灌水方法粗放，灌區(qū)的輸水渠道防滲率低，配套差，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重。灌溉管理技術(shù)水平落后，群眾對灌溉定額的概念模糊，使實際灌溉定額遠(yuǎn)大于設(shè)計灌溉定額，灌溉用水保證率遠(yuǎn)低于要求。

3 牧區(qū)水利節(jié)水灌溉工程的實施策略

3.1 工程總體布置方案的選擇

（1）規(guī)劃要細(xì)致分析自然環(huán)境，以提高整體水利工程的節(jié)能灌溉效能為目標(biāo)，將灌溉技術(shù)與科學(xué)技術(shù)相結(jié)合?？傮w布置要盡量不改變原有設(shè)計，符合地形地貌要求，盡量不改變原有布置，充分利用現(xiàn)有水利設(shè)施，做好水土保持。（2）因地制宜做好水源方案的選擇，有機(jī)井處使用地下水，無機(jī)井處使用地表水，地表水要經(jīng)過濾器處理，一般沉砂池等設(shè)施要布置在灌溉條田最高處，靠近供水渠道。（3）要根據(jù)牧區(qū)的地形地塊等特點(diǎn)進(jìn)行骨干管網(wǎng)布置，如果要經(jīng)過條田、道路、林帶、居民區(qū)等區(qū)域，那么管線應(yīng)該沿田埂及道路一側(cè)鋪設(shè)，方便大型機(jī)械作業(yè)。按照 “路成線、管成網(wǎng)”的原則，加大技術(shù)改造，打造高標(biāo)準(zhǔn)的灌溉網(wǎng)絡(luò)。（4）以節(jié)能節(jié)水為原則，使用風(fēng)能、太陽能、水勢能等綠色能源取水灌溉，適應(yīng)牧區(qū)陽光充足、風(fēng)力資源富余的特點(diǎn)，將先進(jìn)的設(shè)備和節(jié)水優(yōu)質(zhì)高效灌溉制度結(jié)合起來，打造綠色循環(huán)的水資源生態(tài)系統(tǒng)。（5）要注重灌溉工程的可持續(xù)性，提高工程的耐久度，在選材過程中既要注意到材料的強(qiáng)度和使用壽命，又要方便后期的維護(hù)和管理。比如材料要耐腐蝕，耐高溫，在低溫下脆性低，能夠長期保持強(qiáng)度?？梢赃x擇UPVC 管材質(zhì)，其質(zhì)量輕，抗化學(xué)性好，抗酸堿性能強(qiáng)，成本低，施工簡易，容易切割。

3.2 推廣高效節(jié)水灌溉技術(shù)

采用微灌和噴灌等形式，噴灌模式適合草原空曠地帶的地貌，其射程大，噴射范圍廣。而且鋪設(shè)管道較少，塑料噴頭的成本也較低。但是牧區(qū)風(fēng)沙較多，風(fēng)向會改變噴出的水，造成不均勻現(xiàn)象，近處作物容易造成損傷，而遠(yuǎn)處作物可能會缺水。使用微噴灌技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)噴灌，但是其噴灌范圍較小，而且需要使用的噴頭也較多。滴灌技術(shù)對水資源的利用率最高，在牧區(qū)應(yīng)該大力進(jìn)行推廣，讓灌溉水緩慢、均勻、定時、定量地輸送到作物根部，實踐顯示，其節(jié)水每畝超過200m。在一些重點(diǎn)區(qū)域，積極推進(jìn)水肥一體化和膜下滴灌等技術(shù)，逐漸恢復(fù)生態(tài)。使用微噴帶技術(shù)，集合了以上幾種技術(shù)的優(yōu)勢，在管道上打孔，通過壓力調(diào)節(jié)出水量，但是容易產(chǎn)生水資源浪費(fèi)現(xiàn)象。采用低壓管道供水方式，根據(jù)本地區(qū)的自然條件和耗水規(guī)律計算輸水量，通過控制閥調(diào)節(jié)水量，以減少名渠輸水的蒸發(fā)量，其利用系數(shù)可以達(dá)到0.95以上，土壤濕潤比100%，在此基礎(chǔ)上編寫灌水定額計算表。將管道輸水和噴灌、滴灌等方式相結(jié)合，實現(xiàn)綜合節(jié)水的目的。具體來說，輸送過程中多采用低壓管道輸水方式，終端送水可以采用滴灌和草下輸水等方式，減少水分蒸騰。同時，還應(yīng)該使用綠色能源技術(shù)，在內(nèi)蒙古地區(qū)，風(fēng)能和太陽能都比較豐富，要充分將這兩種能源轉(zhuǎn)化為輸水的動力，在節(jié)約能源的同時減少水分蒸騰和風(fēng)力侵蝕，更好地保持水土。

3.3 加強(qiáng)牧區(qū)生態(tài)保護(hù)

將水利工程建設(shè)與改善和恢復(fù)草原生態(tài)系統(tǒng)相結(jié)合，落實最嚴(yán)格的水資源管理制度，通過高效節(jié)水灌溉工程的建設(shè)實現(xiàn)牧區(qū)生態(tài)保護(hù)。比如實施圍封休牧措施，讓天然草場休養(yǎng)生息，減少經(jīng)濟(jì)開發(fā)中的破壞。充分發(fā)揮草原生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力，建設(shè)“小綠洲”、保護(hù)“大生態(tài)”。通過人工造林、飛播造林等方式建立自然生態(tài)屏障，在水土較好的地區(qū)采用人工種草造林等方式進(jìn)行綠化。采用人工引水的方式建立荒漠水庫，采用先進(jìn)的蓄水技術(shù)，不斷提升周邊綠化水平，避免出現(xiàn)干涸現(xiàn)象?！耙运ú?、以草定畜”，改變畜牧業(yè)與生態(tài)環(huán)境爭草爭水的現(xiàn)象，在水源地建設(shè)高效節(jié)水灌溉飼草料地，完善水、草、林、料、機(jī)等配套設(shè)施。采用淺耕翻、補(bǔ)播、施肥、封育等措施實施改良，逐漸改良草場，實現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)。優(yōu)先開發(fā)地表水，減少地下水消耗，嚴(yán)格限定地下水的開采量。在牧區(qū)范圍內(nèi)逐步推行節(jié)水灌溉，改變過去大水漫灌的現(xiàn)象，切記要改變過去一刀切的盲目發(fā)展模式，科學(xué)制定發(fā)展規(guī)劃。要充分利用智能監(jiān)測技術(shù)，給每片草原建立詳細(xì)的生態(tài)檔案，通過生態(tài)修復(fù)逐漸改善草原靠天補(bǔ)水的局面。要保護(hù)水生態(tài)，除了增加草原植被覆蓋之外，還應(yīng)該改變傳統(tǒng)畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，推動生態(tài)產(chǎn)業(yè)建設(shè)，大力發(fā)展綠色生態(tài)旅游業(yè)，加大“三生”交錯帶生態(tài)治理，全面治理牧區(qū)水災(zāi)害，高效利用水資源，從根本上改善牧區(qū)水生態(tài)。

3.4 大力推動水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

加大資金投入，通過政府投入、社會集資、企業(yè)參與、大眾捐贈等方式，拓展籌資渠道，全面推動水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。落實中央十一屆財經(jīng)會議精神，將水利工程建設(shè)作為新時期牧區(qū)工作的重中之重，在財政、金融、土地、人才建設(shè)等方面予以大力支持，補(bǔ)足短板，形成合力。全面推進(jìn)牧區(qū)水網(wǎng)建設(shè)，完善綜合配套體系，開展的系統(tǒng)節(jié)水工程規(guī)劃，因地制宜使用先進(jìn)的節(jié)水設(shè)備。突出節(jié)水增效示范作用，帶動周邊牧區(qū)積極參與到節(jié)水工程中。以某3800畝的灌溉區(qū)為例，該區(qū)域主要種植牧草，根深為32cm，適合采用低壓管道噴灌方式。灌溉水源選擇一小溝道，靠地下水、降水和雪水供給，采用有壩取水方式，經(jīng)沉砂池至 300m地下高位蓄水池，然后輸送到各灌溉毛細(xì)管樁。為節(jié)約噴灌的能量消耗，采用太陽能和風(fēng)能提水，在坡度適合處以低壓管道自流噴灌。溢流壩采用梯形平頂堰，上下游護(hù)坡斷面形式為重力式，全部使用鋼筋水泥澆筑。高位蓄水池設(shè)計為圓形地下結(jié)構(gòu)，滿足蓄水需求。管材選擇上使用抗低溫性能好的PE管，降低造價，提高耐久度。埋設(shè)在凍土層以下，沿道路鋪設(shè)，與建筑物基礎(chǔ)、圍墻基礎(chǔ)的凈距離分別大于3.0m和1.5m，力求鋪設(shè)最短，輸水優(yōu)先采用重力方式，提水優(yōu)先采用太陽能和風(fēng)能。

3.5 對現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行節(jié)水改造

調(diào)查顯示在牧區(qū)實質(zhì)性損害的機(jī)井較多，老舊工程項目取水深度不夠，輸水過程中無效損耗過多，配套設(shè)施也亟待完善。因此需要對機(jī)井灌溉工程進(jìn)行大規(guī)模改造，力圖將機(jī)井和設(shè)備的完好率提升到100%，讓所有機(jī)井都能正常作業(yè)。機(jī)井可以配置太陽能光伏泵等先進(jìn)設(shè)備，并入電網(wǎng)，提升電力保障。對牧區(qū)進(jìn)行海綿化改造，除了傳統(tǒng)的水源地涵養(yǎng)林、坡地植被保護(hù)、植被群落覆蓋修復(fù)之外，還應(yīng)該建設(shè)海綿道路，引入雨水花園，構(gòu)建蓄水渠，打造濕地系統(tǒng)，提升蓄水能力。進(jìn)行渠道供水改造。為降低成本，減少土方工程量，充分利用現(xiàn)有水渠，對于密實性較好的渠道，在原有渠道基礎(chǔ)上進(jìn)行防滲改造。將渠道流速控制在3m/s左右，部分區(qū)域采用全斷面8cm 厚現(xiàn)澆砼襯砌，提升耐用度和利用率。具體設(shè)計如圖1所示。在需要縮短工期的區(qū)域，可以采用6cm 厚預(yù)制砼板襯砌，提高施工效率，改變現(xiàn)澆筑方法澆筑點(diǎn)線長的缺點(diǎn)，但是成本未來還需要降低，如圖2所示。

圖1 現(xiàn)澆方案

圖2 預(yù)制板方案

4 結(jié)語

水資源短缺會造成牧區(qū)植被退化，草原生態(tài)惡化，是制約牧區(qū)發(fā)展的根本因素。因此必須大力推動水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，充分利用各類高效節(jié)水灌溉技術(shù)和設(shè)備，最大限度上減少水資源浪費(fèi)。