趙德杰

(山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山西 運城　044000)

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基于高效節(jié)水模式下的永濟市水量供需平衡分析

趙德杰

(山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山西 運城044000)

【摘要】重點實施高效節(jié)水，能有效地改善農(nóng)業(yè)灌溉條件，從根本上解決灌溉水利用率低的現(xiàn)狀，提高農(nóng)業(yè)用水效率，達到農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收的目的。本文以永濟市為例，在采用引黃灌區(qū)水灌溉與高效節(jié)水灌溉方式下擬定灌溉水利用系數(shù)，利用灌溉定額進行水量計算，并且進行水量平衡分析，結(jié)果滿足灌區(qū)的用水需要。本文研究可為擬定合理的節(jié)水灌溉措施與水資源的高效利用提供科學(xué)的理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】高效節(jié)水； 灌溉制度； 水量平衡； 永濟市

提高經(jīng)濟發(fā)展水平，必須合理有效地調(diào)配和利用水資源，大力發(fā)展高效節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)，認識農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的重要性，尤其對高效節(jié)水灌溉工程建設(shè)的重要性。

當前，國內(nèi)外對農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力的研究取得了一定進展，一方面是在高耗水的情況，采取節(jié)水措施進行水量分析，如：劉路廣[1]以柳園口灌區(qū)為例，提出了農(nóng)業(yè)理論節(jié)水潛力的概念，并利用水量平衡原理對相應(yīng)計算方法進行了推導(dǎo)；裴源生[2]認為耗水節(jié)水潛力是在考慮各種可能節(jié)水措施的情景下的耗水與不采取節(jié)水措施的耗水差值；段愛旺[3]認為,工程節(jié)水措施和管理節(jié)水措施的結(jié)合在狹義節(jié)水潛力的開發(fā)過程中起主導(dǎo)作用,在廣義節(jié)水潛力的實現(xiàn)中發(fā)揮著主要作用。另一方面，一些學(xué)者通過利用田間作物的灌溉制度、田間灌溉水利用系數(shù)以及灌溉定額來推算灌區(qū)節(jié)水水量平衡[4-5]。因此重點實施高效節(jié)水，能有效地改善農(nóng)業(yè)灌溉條件，從根本上解決灌溉水利用率低的現(xiàn)狀，提高農(nóng)業(yè)用水效率，達到農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收的目的。

1研究區(qū)概況

永濟市地處山西省運城市西南部的涑水盆地，是全國重要的商品糧基地和優(yōu)質(zhì)棉基地。總?cè)丝跒?44.6萬，國民生產(chǎn)總值為65.5億元。國土面積為1143km2，其中，耕地面積79.48萬畝，有效灌溉面積71.43萬畝，灌溉水利用系數(shù)只有0.4～0.5。

永濟市的氣候特點是降雨集中，且多雷暴雨，時空分布極不均勻。多年平均降雨量540.8mm，多年平均蒸發(fā)量2052mm，多年平均氣溫13.4℃。多年平均水資源總量為10842萬m3(不含黃河沿岸水源地水資源量)。全市地下水多年平均開采量為11241萬m3，地下水超采嚴重。

2存在的主要問題

永濟是一個傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)市，農(nóng)業(yè)在全市經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位。近年來隨著農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，地下水嚴重超采，地下水位連年下降，地下水環(huán)境不斷惡化等一系列問題逐漸暴露。

a.水資源總量緊缺，可用量少，超采嚴重，難以滿足當?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。

b.引黃灌區(qū)末級渠系建筑物不配套，有效灌溉面積銳減。

c.灌溉畝用水量大，水利用效率低下。

3水量供需平衡分析及水質(zhì)分析

3.1灌溉設(shè)計標準確定

引黃灌區(qū)主要農(nóng)作物以小麥、棉花和果樹為主，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50288—99)，灌溉設(shè)計保證率應(yīng)為50%～75%，考慮到該區(qū)缺水嚴重，且為全省糧棉生產(chǎn)基地，隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和農(nóng)民致富奔小康的需求，水果及經(jīng)濟作物的種植面積不斷增大，對作物的灌溉要求愈來愈高，則灌溉設(shè)計保證率取75%。

高效節(jié)水灌溉區(qū)域主要分布在南部純井灌區(qū)，采用管灌、噴灌、大棚滴灌等方式，以管道輸水為主，灌溉設(shè)計保證率可適當提高。管灌設(shè)計保證率取80%，噴灌和大棚滴灌設(shè)計保證率取85%。

3.2需水量計算

3.2.1灌溉水利用系數(shù)擬定

用水系數(shù)根據(jù)灌區(qū)大小、水源情況、渠系布置以及渠道長度、土質(zhì)、防滲措施和管理水平等因素綜合確定，灌溉渠系設(shè)干、支、斗三級固定渠道，農(nóng)渠直接進入田間。

根據(jù)項目區(qū)的實際情況，引黃灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)和高效節(jié)水灌溉水利用系數(shù)見表1、表2。

3.2.2引黃灌區(qū)需水量計算

根據(jù)作物灌水時段的凈灌水率和灌溉面積以及灌溉水利用系數(shù)，推求各條渠的引水流量和灌區(qū)引水總量。此次工程涉及灌溉面積7.08萬畝，其中，井灌區(qū)面積2.04萬畝，黃灌區(qū)面積5.24萬畝，經(jīng)計算，該項目區(qū)年需引水量1636.9萬m3，其中引黃水1323.8萬m3。

3.2.3高效節(jié)水灌溉需水量計算

a.噴灌灌水定額。根據(jù)《噴灌工程技術(shù)》中公式進行計算：

式中m——設(shè)計灌水定額，mm；

h——計劃濕潤層深度，cm，小麥取80cm；

θmax——適宜土壤含水量上限，取田間持水量的95%，項目區(qū)壤土田間持水量為17%；

θmin——適宜土壤含水量下限，取田間持水量的65%；

η——噴灑水利用系數(shù)，取0.9。

計算得噴灌的設(shè)計灌水定額為

m=10.2×0.8×(95-65)×17%/0.9

=47mm(31.3m3/畝)

b.管灌灌水定額。項目區(qū)農(nóng)作物現(xiàn)為小麥、玉米、棉花及果樹，結(jié)合現(xiàn)有灌水經(jīng)驗，管灌灌水定額按小麥考慮。

管灌設(shè)計灌水定額計算公式為

式中m——灌水定額，m3/畝；

γs——土壤容重，kN/m3；

h——計劃濕潤層深度，m，小麥取0.8m；

β1——適宜土壤含水量上限(重量百分比)，取田間持水量的90%；

β2——適宜土壤含水量下限(重量百分比)，取田間持水量的65%；

η——灌溉水利用系數(shù)，取0.8。

計算得管灌的設(shè)計灌水定額為38.51mm(25.7m3/畝)。

c.滴灌設(shè)計灌水定額。采用《微灌工程技術(shù)》中公式進行計算：

式中m——設(shè)計灌水定額，mm；

z——計劃濕潤土層深度， m，蔬菜取0.5m；

p——設(shè)計土壤濕潤比，%，蔬菜取90%；

Fd——田間持水量(占土壤體積的百分比)，取17%；

W0——凋萎系數(shù)(占土壤體積的百分比)，取7%；

η——灌溉水利用系數(shù)，取0.9；

β——土壤中允許消耗水量占有效水量的百分比，蔬菜取30%。

項目區(qū)土壤多為中壤土，計算得滴灌的設(shè)計灌水定額為15mm (10m3/畝)。

d.灌溉用水量。灌溉用水量等于設(shè)計灌溉定額與相對應(yīng)的灌溉面積的乘積，其計算結(jié)果見表3。

3.2.4水土平衡計算

在水源供水流量穩(wěn)定且無調(diào)蓄時可用下式確定單井灌溉面積：

式中A——可灌面積,hm2；

Q——可供流量，m3/h，項目區(qū)水井出水量大都在50m3/h左右；

Ea——設(shè)計耗水強度，mm/d；

t——水源每日供水時數(shù)；

η——灌溉水利用系數(shù)。

項目區(qū)現(xiàn)有水井出水量大都為50m3/h，運行正常，可滿足用水需求。

3.2.5水土資源平衡分析

項目區(qū)是尊村引黃和夾馬口小樊引黃灌區(qū)末級渠系配套工程，其灌溉面積已完全包含在兩處大中型灌區(qū)灌溉范圍之內(nèi)，灌區(qū)的用水要求完全有保證。純井灌區(qū)高效節(jié)水工程均采用現(xiàn)有水源井，改大水漫灌方式為節(jié)水灌溉方式，其水源亦有保證，而且隨著節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展和引黃水替代井水灌溉的實施，地下水位將可能盡快止降回升，水源保證率將會進一步提高。

3.3灌溉水質(zhì)分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查了解，該項目所用水源為黃河水和現(xiàn)有農(nóng)灌水井的地下水，黃河水作為灌溉水源，可為土壤帶入大量有機質(zhì)，有機質(zhì)的增加，將改善土壤團粒結(jié)構(gòu)，增加作物需要的養(yǎng)分，增加土壤的保肥性能，有利于農(nóng)業(yè)健康、持久發(fā)展，現(xiàn)有農(nóng)灌水井的水質(zhì)良好，其水質(zhì)均完全滿足《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》(GB 5084—92)。

4工程總體方案和布局

項目區(qū)水源主要為抽取地下水，首先從溝底水源(機井)抽水至井旁200m3矩形調(diào)節(jié)水池，然后經(jīng)一級站加壓輸水至石料廠200m3矩形調(diào)節(jié)水池，再由二級站加壓輸水至現(xiàn)有規(guī)劃滴灌蓄水池，入蓄水池流量由閥門控制，以滿足控制面積范圍內(nèi)的用水量要求。

根據(jù)水源條件，結(jié)合項目區(qū)實際地形條件，總體上分為三個灌水小區(qū)(單元)，每個蓄水池控制片區(qū)為一個滴灌系統(tǒng)。蓄水池均位于各灌水小區(qū)的最高處，通過各輸水干管和配水支管將壓力水輸送至毛管，實行重力滴灌。其中1號水池控制面積985.93畝，2號水池控制面積380.02畝，3號水池控制面積234.94畝，合計1600畝。

項目區(qū)目前有雨水集蓄工程1處，建有400m3蓄水池1座。另有50～100m3蓄水池5座。現(xiàn)有蓄水池可并入輸水管網(wǎng)，以提高供水保證率。

5結(jié)語

永濟市南部地區(qū)因無引黃客水可以利用，多為純井灌區(qū)，農(nóng)業(yè)灌溉用水主要依靠開采地下水。近年來，隨著節(jié)水技術(shù)的推廣，明渠輸水和管道輸水逐步得到應(yīng)用，但由于田面工程配套不完善，目前的灌溉大多還是采用傳統(tǒng)的土渠和大水漫灌方式，水資源浪費嚴重。不但加重了農(nóng)民灌溉成本，更使地下水位嚴重下降。因此，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，在項目區(qū)積極開展引黃水灌溉，對引黃灌區(qū)進行末級渠系配套，大力發(fā)展節(jié)水灌溉，提高水的利用率，減少灌溉用水，提高作物產(chǎn)量，增加農(nóng)民收入，成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)。

參考文獻

[1]劉路廣，崔遠來，王建鵬.基于水量平衡的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力計算新方法[J].水科學(xué)進展，2011,22(5)：696-702.

[2]裴源生，張金萍，趙勇.寧夏灌區(qū)節(jié)水潛力的研究[J].水利學(xué)報，2007，38(2):239-243.

[3]段愛旺，信乃詮，王立祥.節(jié)水潛力的定義和確定方法[J].灌溉排水，2002，21(2):25-28.

[4]董斌，崔遠來，李遠華.水稻灌區(qū)節(jié)水灌溉的尺度效應(yīng)[J].水科學(xué)進展，2005，16(6):833-839.

[5]TUONG T P，BHUIYAN S I.Increasing water-use efficiency in rice production: farm-lever perspectives[J].Agricultural Water Management，1999，40(3):117-122.

Analysis on water quantity supply-demand balance in Yongji based on the efficient water-saving mode

ZHAO Dejie

(ShanxiWaterConservancyVocationalandTechnicalCollege,Yuncheng044000,China)

Abstract：Efficient water saving measure can be mainly implemented for effectively improving agricultural irrigation condition. Current situation of low utilization rate of irrigation water can be solved fundamentally. The efficiency of agricultural water is improved, thereby achieving the purpose of increasing agricultural production and farmers income. Yongji is adopted as an example in the paper. Irrigation water from the Yellow River diversion irrigation area and efficient water-saving irrigation modes are adopted for planning irrigation water utilization coefficient. Irrigation quota is utilized for calculating water quantity. Water quantity balance is analyzed. The results meet water demand in the irrigation area. The research in the paper can provide scientific theory basis for planning rational water-saving irrigation measures and efficiently utilizing water resources.

Key words：the efficient water-saving; irrigation system; water balance; Yongji

DOI:10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.02.016

中圖分類號：TV21

文獻標志碼：A

文章編號：1005- 4774(2016)02- 0055- 04