曲 霞

（朝陽(yáng)市閻王鼻子水庫(kù)工程建設(shè)管理局，遼寧 朝陽(yáng) 122000）

0 前言

朝陽(yáng)地區(qū)干旱缺水，水資源嚴(yán)重匱乏，降雨時(shí)空分布不均，季節(jié)性缺水現(xiàn)象嚴(yán)重，近三分之一的耕地為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)灌溉用水全部開(kāi)采地下水，多年來(lái)地下水位持續(xù)下降，地表徑流銳減，供需矛盾突出，干旱是制約朝陽(yáng)市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。因此迫切需要推廣一種新型灌溉技術(shù)，用于解決降雨時(shí)空分布不均問(wèn)題，又不與其他作物爭(zhēng)用地表水、地下水，避免過(guò)度開(kāi)采地下水的問(wèn)題。朝陽(yáng)市借鑒我國(guó)西北地區(qū)集雨水窖補(bǔ)充灌溉節(jié)水技術(shù)，結(jié)合本市實(shí)際自然條件，以朝陽(yáng)市北票市為試點(diǎn)，首次在龍?zhí)舵?zhèn)三家梁村溫家山東區(qū)建設(shè)集雨水窖試點(diǎn)項(xiàng)目1 項(xiàng)，用于解決朝陽(yáng)市資源性缺水的丘陵坡地果樹(shù)臺(tái)田的補(bǔ)充灌溉，提高果樹(shù)的灌溉保障率，緩解部分地區(qū)灌溉水源保障能力不足，提高果樹(shù)的產(chǎn)量，增加農(nóng)民的收入。

1 項(xiàng)目區(qū)基本情況

朝陽(yáng)北票市位于遼寧西部，屬于“七山一水二分田”的丘陵地區(qū)，全市總面積4469 km2，其中：耕地面積11.4 萬(wàn)hm2，果樹(shù)面積0.867 萬(wàn)hm2，年均降水量452 mm，干旱大陸季風(fēng)氣候，降雨時(shí)空分布不均，季節(jié)性缺水現(xiàn)象突出，十年九旱。北票市是一個(gè)水資源嚴(yán)重缺乏的地區(qū)，人均占有水資源量?jī)H為538 m3，僅占全省平均水平的2/3，全國(guó)平均水平的1/4，全市多年平均水資源總量為3.22 億m3，其中地表水資源量多年平均為3.17 億m3，地下水資源量多年平均為1.65 億m3。2019 年，全市地下水可開(kāi)采量為8151 萬(wàn)m3，且主要分布在大凌河、牤牛河等河流兩岸，時(shí)空分布差異大，偏遠(yuǎn)山區(qū)水資源可開(kāi)采量小。

多年來(lái)，北票市大力開(kāi)展農(nóng)田基本建設(shè)，主要采取建設(shè)機(jī)械深井、大口井、自流灌區(qū)的水源形式，以開(kāi)采地下水為主，基本沒(méi)有收集雨水的工程措施，建成水庫(kù)灌區(qū)8 條，自流引潛灌區(qū)15 條，由于多年來(lái)地下水位持續(xù)下降，地表徑流銳減，造成部分水庫(kù)枯干，有14 條灌區(qū)的取水水源幾乎干涸，現(xiàn)有可利用灌區(qū)9 條，灌溉機(jī)井3805 眼，有效灌溉面積4.034 萬(wàn)hm2，主要分布在河流兩岸平坦地塊，灌溉形式主要為補(bǔ)給型灌溉，每年一般灌溉2 次～3 次，多數(shù)偏遠(yuǎn)山區(qū)不具備水資源條件，耕地為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，導(dǎo)致林果業(yè)發(fā)展緩慢、農(nóng)業(yè)收入低而不穩(wěn)。

2 工程規(guī)模

項(xiàng)目計(jì)劃在北票市龍?zhí)舵?zhèn)三家梁村溫家山東區(qū)建設(shè)集雨水窖試點(diǎn)工程12 處，補(bǔ)充果樹(shù)灌溉面積27.66 hm2，項(xiàng)目區(qū)栽植蘋(píng)果樹(shù)，樹(shù)齡已達(dá)2 年以上。工程計(jì)劃采用新型軟體水窖結(jié)構(gòu)，計(jì)劃建設(shè)軟體水窖12 座，沉沙池3 座、攔污柵6 處，集流工程12 處，其中：攔蓄山溝地表明流2 處、利用屋頂庭院1 處，利用天然土坡土路1 處，防滲布8 處。項(xiàng)目總投資62.49 萬(wàn)元，其中：工程直接費(fèi)用61.03 萬(wàn)元、獨(dú)立費(fèi)用1.46 萬(wàn)元。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 集流工程

集流工程由集流面、匯流溝和輸水渠組成，本次設(shè)計(jì)集流面采用新型軟體水窖材料和防滲布進(jìn)行防滲。同時(shí)，對(duì)利用屋頂及庭院作為集雨面，每處項(xiàng)目建設(shè)一座集雨水窖，利用天然土坡、土路集流的，在進(jìn)水口前設(shè)置沉沙池。對(duì)硬化集流面的土基進(jìn)行翻夯處理，深度不小于30 cm，干密度不小于1.5 t/m3，防滲布作為集流面的需要對(duì)防滲布進(jìn)行錨固。建設(shè)集流面基本情況如下：

（1）山洪溝溪水集流面

龍?zhí)舵?zhèn)三家梁村溫家溝東區(qū)，地形為丘陵坡地，現(xiàn)有一條山溝泉眼，只在較大旱情時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)斷流，一般年景每日出水量100 m3，能夠滿(mǎn)足集流匯水要求。

（2）自然土坡集流面

所選地形全部為丘陵坡地，因?yàn)檫M(jìn)行試點(diǎn)建設(shè)，選取1 處自然土坡集流面試點(diǎn)，匯流溝為天然形成的自然洪溝，自然比降20‰以上，果園面積在6.67 hm2以上，本次需用集流面積每處最大集流面1 hm2左右，能夠滿(mǎn)足本次建設(shè)要求。

（3）防滲布集流面

利用自然山坡，清除地表雜物，形成邊坡大于1‰，在表面鋪設(shè)防滲布作為集流面。

（4）屋頂庭院集流面

利用現(xiàn)有的混凝土結(jié)構(gòu)的屋頂庭院，作為集流面，修建匯流渠，收集雨水，集流面能夠滿(mǎn)足工程建設(shè)需求。

3.2 蓄水工程

3.2.1 供水定額確定

集雨水窖建設(shè)地點(diǎn)的作物類(lèi)型為蘋(píng)果，灌水方式采取點(diǎn)灌（穴灌），北票市多年平均降水量452 mm，根據(jù)規(guī)范，在250 mm～500 mm 地區(qū)，每次灌水定額取用150 m3/hm2。

3.2.2 需水量確定

灌溉水源為原有灌溉工程和修建的集雨水窖工程互相補(bǔ)充灌溉的形式，在利用集雨水窖灌溉水量的基礎(chǔ)上，不足部分由原有灌溉工程取水灌溉。項(xiàng)目區(qū)原有灌溉水源工程1 處，能夠保證部分灌溉用水，按照每年灌溉2 次，灌水周期200 h 左右，年供水量7169 m3，集雨水窖作為補(bǔ)充灌溉，工程現(xiàn)狀見(jiàn)表1。

表1 項(xiàng)目區(qū)工程現(xiàn)狀情況表

年降水量取用多年平均降水量，灌溉設(shè)計(jì)保證率為50%，規(guī)范規(guī)定每年灌水次數(shù)至少2 次，本次項(xiàng)目區(qū)選用年灌水次數(shù)2 次，灌溉方式為點(diǎn)灌，灌水定額150 m3/hm2，集雨水窖補(bǔ)充灌溉需水量見(jiàn)表2。

表2 集雨水窖工程需水量計(jì)算表

3.2.3 蓄水容積計(jì)算

蓄水容積總量根據(jù)需水量確定，灌溉設(shè)計(jì)保證率為50%，容積系數(shù)取用0.83，損失系數(shù)取用0.07，年供水水量1131 m3，蓄水容積選用1010 m3，每座水窖容積的大小根據(jù)集流面結(jié)構(gòu)形式、地形地勢(shì)，本著規(guī)格尺寸盡量統(tǒng)一，便于施工等因素綜合確定，選用水窖規(guī)格、數(shù)量及容積見(jiàn)表3。

表3 集雨水窖工程蓄水容積計(jì)算表

蓄水工程采用高分子“合金”織物增強(qiáng)柔性復(fù)合材料制成的新型軟體水窖，軟體集雨水窖是高分子“合金”織物增強(qiáng)柔性復(fù)合材料制成，為定型產(chǎn)品，根據(jù)容積大小定做，一次成型，具有阻燃性，耐酸堿鹽性，達(dá)到歐盟標(biāo)準(zhǔn)；拉伸強(qiáng)度（經(jīng)緯）3800/3200N/5 cm，撕裂強(qiáng)度（經(jīng)緯）420/380N，即每5 cm 的長(zhǎng)度上能夠承受400 kg 重量的拉力，耐高溫耐嚴(yán)寒，可在-30℃～70℃范圍內(nèi)正常使用；耐酸堿鹽、阻燃性好，可在pH 為1～12范圍中使用；正常設(shè)計(jì)使用年限10 a，已經(jīng)在我國(guó)西北地區(qū)試驗(yàn)推廣。軟體水窖安裝前，需根據(jù)水窖規(guī)模尺寸，預(yù)先挖出矩形坑槽，進(jìn)行夯實(shí)，四周(每隔100 cm 左右)采用鋼釬卡扣固定安裝，設(shè)置進(jìn)水口和堵水設(shè)施，出水口預(yù)留出水管，設(shè)置在距離水窖頂部30 cm 處（見(jiàn)圖1）。

圖1 集雨水窖結(jié)構(gòu)示意圖

集雨水窖規(guī)格及數(shù)量如下：

300 m3水窖2 座：每座水窖長(zhǎng)50 m、寬4 m、高1.5 m，水窖以上超高0.5 m。

100 m3水窖1 座：每座水窖長(zhǎng)18 m、寬4 m、高1.5 m，水窖以上超高0.5 m。

50 m3水窖2 座：每座水窖長(zhǎng)9 m、寬4 m、高1.5 m，水窖以上超高0.5 m。

30 m3水窖7 座：每座水窖長(zhǎng)5 m、寬4 m、高1.5 m，水窖以上超高0.5 m。

3.3 凈水設(shè)施

凈水設(shè)施包括沉沙池和攔污柵，利用自然土坡作為集雨面的，在軟體水窖進(jìn)水口前設(shè)置一座沉沙池，沉沙池為開(kāi)敞式，便于清理，每座分兩格，C20 混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)3 m、寬2 m、深1 m，每座軟體水窖及沉沙池設(shè)置1 處攔污柵，攔污柵為Φ12 鋼筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)眼不大于3 cm，應(yīng)根據(jù)淤積情況定期對(duì)淤積雜物進(jìn)行清理，確保每次集流達(dá)到沉淀效用。

3.4 節(jié)水灌溉系統(tǒng)

采取點(diǎn)灌的灌溉方式，人工移動(dòng)出水管，根據(jù)影響作物的需水關(guān)鍵期及需要補(bǔ)充灌溉的需水量，依次進(jìn)行灌溉。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

集雨水窖工程實(shí)施后，能夠進(jìn)一步提高雨水資源利用效率，使雨水資源化，解決了降雨時(shí)空分布不均的困擾，有效促進(jìn)林果業(yè)發(fā)展，提高果品質(zhì)量，進(jìn)一步增加農(nóng)民收入，促進(jìn)鄉(xiāng)村振興。工程實(shí)施后，補(bǔ)充作物灌溉水量1131 m3，節(jié)約開(kāi)采地下水1131 m3，利用原有水源和水窖滿(mǎn)足作物一次補(bǔ)充灌溉面積27.66 hm2。同時(shí)，所選地塊果樹(shù)已成形，1 a～2 a 全部進(jìn)入盛果期，預(yù)期每年可增產(chǎn)水果33200 kg，增收30 萬(wàn)元左右。

表4 集雨水窖工程預(yù)期效益分析表

4.2 社會(huì)效益

北票市多年來(lái)由于水資源分配不均，部分偏遠(yuǎn)地區(qū)水利設(shè)施基礎(chǔ)薄弱，灌溉水源沒(méi)有保障，導(dǎo)致農(nóng)戶(hù)種植結(jié)構(gòu)單一、收入低，干旱缺水也是造成部分農(nóng)戶(hù)貧困的原因之一。建設(shè)集雨水窖，可以使部分農(nóng)戶(hù)有一個(gè)補(bǔ)充灌溉保障，使偏僻地塊很好的利用起來(lái)，促進(jìn)林果業(yè)及經(jīng)濟(jì)作物的發(fā)展，形成穩(wěn)定兜底的產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，助力脫貧攻堅(jiān)。試點(diǎn)工程地形選擇在丘陵坡地果樹(shù)臺(tái)田上，項(xiàng)目區(qū)栽植蘋(píng)果樹(shù)齡已經(jīng)2 a 以上，果樹(shù)成形，在作物最為需水的播種、座花、座果時(shí)期，澆上一次水，每個(gè)水窖就發(fā)揮了其最大的“保命”作用，發(fā)展?jié)摿Υ?，提高了農(nóng)戶(hù)積極性，推廣潛力巨大。

4.3 生態(tài)效益

朝陽(yáng)地區(qū)干旱缺水，水資源嚴(yán)重匱乏，降雨時(shí)空分布不均，季節(jié)性缺水現(xiàn)象嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)灌溉用水全部開(kāi)采地下水，多年來(lái)地下水位持續(xù)下降，地表徑流銳減，供需矛盾突出，干旱是制約朝陽(yáng)市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。集雨水窖工程建成后，徹底打破了地域、時(shí)空的約束，科學(xué)合理的利用了天上水，使雨水資源化，解決了降雨時(shí)空分布不均的困擾，又不與其他作物爭(zhēng)用地表水、地下水，避免過(guò)度開(kāi)采地下水，緩解部分地區(qū)灌溉水源保障能力不足。從灌溉保障率看，由于部分地區(qū)水位下降，導(dǎo)致出水量不足，修建集雨水窖，能夠進(jìn)一步補(bǔ)充灌溉水源，提高灌溉保障率。