固海揚黃擴灌工程十一泵站建后灌區節水改造

楊長林

（寧夏回族自治區固原市原州區水務局，756000，固原）

固海揚黃擴灌工程十一泵站建后灌區節水改造

楊長林

（寧夏回族自治區固原市原州區水務局，756000，固原）

寧夏回族自治區在固海揚黃擴灌工程十一泵站建設以后，由于灌區最初的低壓管灌節水灌溉不成功，需要進行節水改造。通過選擇試驗區進行滴灌和噴灌技術實驗研究，提出節水改造推廣以滴灌為主、噴灌輔之，通過將土地流轉變為公司化的機械化耕作、生產、銷售于一體的集約化經營管理模式，實現灌區良性運行持久發揮效益。

節水改造；滴灌和噴灌；管理模式；揚黃灌區

固海揚黃擴灌工程（簡稱固擴工程）為寧夏回族自治區扶貧揚黃灌溉工程之一，設計灌溉面積25萬畝（1畝=1/15 hm2，下同），2001年開工建設。針對水資源短缺、遠距離高揚程輸水灌區供水成本高、沿用傳統渠道輸水灌溉模式和種植結構難以維持良性運行和持久發揮效益等問題，2008年國家發改委建議對未完成渠道配套的固擴工程十一泵站以后灌溉面積推行高效節水灌溉技術，并利用節約水量在寧夏中部干旱帶發展特色節水補灌農業7.67萬hm2。《寧夏中部干旱帶生態移民固原市原州區南城拐子二級揚水節水補灌工程初步設計報告》規劃在固擴工程南城拐子支干渠灌溉區外圍（西面）發展3.3萬畝高效節水補灌面積，以解決移民區的灌溉用水問題。通過建南城拐子二級揚水泵站從南城拐子支干渠揚水至西面的高位沉沙調蓄池作為灌溉水源，配套完善取水設施和干、支、斗管及地面移動軟管四級輸配水管道，作物種植結構規劃由傳統的小麥、油料等作物調整為以枸杞、食葵、馬鈴薯、飼用玉米、瓜菜及中藥材等經濟作物為主。2010年一期工程實施完成了南城拐子支干渠1～7支管低壓管道節水補灌面積1.373萬畝。但由于作物種植結構調整沒有落實，且地面移動軟管移動時易損壞作物并耗費大量的勞動力資源，該灌溉技術不被當地農戶認可和采納。為此，2011年原州區政府及水利部門決定對該管灌區進行全面的高效節水改造。首先選擇了集中連片且灌溉面積接近的2條支管控制面積區做實驗區，改管灌為滴（噴）灌，發展低耗水高效益的經濟作物，以示范帶動該地區高效節水農業發展。文中就本次節水改造技術及新興管理模式進行闡述，為類似灌區，尤其是揚黃灌區及節水補灌區提供技術經驗借鑒。

一、實驗區總體規劃設計

實驗區規劃總面積0.72萬畝，分為滴灌和噴灌兩個功能區，滴灌面積0.62萬畝，噴灌面積0.1萬畝，噴灌區引進3臺時針式噴灌機、2臺卷盤式噴灌機，每臺時針式噴灌機控制灌溉面積300畝，每臺卷盤式噴灌機控制灌溉面積50畝。噴灌布置在滴灌區下邊緣，利用自然地形落差（≥40 m）實現自壓，以節約灌溉成本和能源。規劃將作物種植結構調整為番茄和馬鈴薯，兩者種植面積各半，相互一年一輪作。

規劃設計思路和原則是：根據原設計資料及現狀管道，以盡量充分利用現有地埋管道為原則，增設部分地埋斗管，滴灌區沿斗管安裝垂直地面豎管及地面PE管，將原地面移動軟管均改為Φ63 PE管，PE管上安裝滴灌帶。噴灌區改變較大，新建地面出水設施，原部分不用出水口將被封堵。

由于噴灌面積小且引進的是成套的現代化設備，無須進行詳細的規劃設計，因此重點介紹滴灌系統規劃設計。

1.滴灌系統布置

原灌區干管大致按平行等高線布置，支管垂直干渠布置，斗管垂直支管布置，間距為240 m，沿斗管每50 m左右安裝垂直于地面的豎管，地面部分接給水裝置連通地面移動軟管。原設計灌區按地形落差進行自流灌溉,規劃在實驗區內的4號支管與干管結合位置附近建1個沉沙調蓄水池，由南城拐子支干渠明渠引水入沉沙調蓄水池為灌溉水源，以原支管控制范圍分別為1個小灌溉單元，配套完善滴管系統設施（包括加壓泵），改自流灌溉為有壓灌溉。

滴灌系統由水源工程、泵房（建在沉沙調蓄水池附近，擱置首部樞紐）、首部樞紐、各級輸配水管道和滴頭等組成。滴灌系統布置流程為：水源（沉沙調蓄池）→浮筒式取水裝置（取水）→閘閥井（控水）→水泵及動力機（加壓）→過濾器（砂石＋自動疊片反沖兩級組合過濾）→施肥罐（施肥）→測量控制儀表（水表、壓力表）→地埋支管→地埋斗管→豎管及給水裝置（連接地埋管和地面管，地面部分安置給水栓）→輔管（地面PE管）→毛管→滴頭。

輸配水管網由地埋支管及斗管、地面支管（Φ63 PE管）及毛管（滴灌帶）等4級組成。灌區規劃將原地埋支管、斗管及地面給水裝置盡量利用，管徑Φ315～125 mm，在原斗管之間增設1條斗管，使斗管間距變為120 m，管徑Φ125～160 mm，支、斗管公稱壓力均為0.63 MPa；將地面移動軟管改成雙向布置的公稱壓力為0.25 MPa的Φ63 PE管，并垂直斗管布設，各邊鋪設長度25 m左右；根據不同作物行間距（馬鈴薯行間距一般0.9 m），沿Φ63 PE管垂直且雙向布設滴管帶，滴灌帶大致平行等高線布置，即沿作物種植方向平行布置，滴灌帶上灌水器間距根據作物株距確定，一般為0.3 m。滴灌帶選用鑲片式滴灌帶，管徑Φ16 mm，公稱壓力0.15 MPa。

2.滴管系統設計

滴（噴）灌區布置、管網流量、管徑及水頭損失等計算，依據的是《大田滴灌工程設計圖集》和《微灌工程技術規范》等，與常規設計計算無不同之處，公式繁多冗長，本文只給出結果，不列出計算過程。

滴灌灌溉制度設計結果：灌區設計馬鈴薯全生育期灌水8次，灌水定額5～14 m3。畝均綜合凈灌溉定額67 m3，毛灌溉定額74 m3（與原節水補灌畝均灌溉定額基本相等）。每次灌水周期為6天，分干管、支管采取輪灌方式，一次開啟2～4條分干管，每條分干管上同時開啟6～10條支管，每條支管上布置28條滴灌帶，2小時開、關一次，先開后關，先灌遠處后灌近處，由人工操作灌溉。

實際灌溉情況：由于番茄種植及加工企業臨時退出，因而在項目實施時，滴灌地面支管及毛管（即滴管帶）全部按照馬鈴薯種植株行距布置，株距0.3 m，行距0.9 m。灌溉制度按照馬鈴薯滴管灌溉制度執行（見表1）。2011年4—6月生長期共灌水5次，7月份之后降雨偏多，再沒有灌水，冬灌和播前灌溉共2次。根據實際記錄和測算，滴灌灌水定額為8～13 m3/畝，噴灌灌水定額為15～20 m3/畝，滴灌灌溉定額為74 m3/畝，噴灌灌溉定額為122 m3/畝。

3.建筑物及附屬設備

（1）沉沙調蓄水池

考慮到黃河水含沙量大，該河段懸移質泥沙顆粒較細，且揚黃渠道每年4月25日—6月3日為停水期，而此時段正是灌區作物灌水關鍵時期，所以需要建沉沙調蓄水池進行調節。調蓄容量為此時段作物灌溉需水量與多次調蓄后的沉沙量之和，計算得調蓄池容積為20萬m3。

（2）浮筒式進水裝置

原灌區設計從蓄水池池底管道直接進水入灌溉管網，本次經過創新，設計為浮筒式進水裝置，即用2個100 L容積的空桶，其上綁扎350 mm的PE軟管，軟管口用過濾罩過濾漂浮物，軟管和蓄水池圍堰內由350 mm固定預埋鋼管相連，水由軟管流經預埋鋼管，再經閘閥井至泵房加壓泵，經加壓、過濾、施肥等環節，最后流入泵房外的滴灌輸配水管網。浮桶式取水裝置創新性地將過濾與日照相結合，改原來取池底較渾濁的低溫水為取池頂較清澈的高溫水，解決了水質和水溫問題。

表1 馬鈴薯滴灌灌溉制度

（3）過濾、施肥裝置

水泵、過濾及施肥裝置均安裝在泵房內。因水源為黃河水，含泥沙、有機質等雜質較多，過濾系統采用三級過濾，蓄水池作為第一級過濾，其他采用“砂石＋自動疊片反沖洗”兩級組合過濾器。組合過濾器的第一級砂石過濾器負責過濾水中的大部分砂石和懸浮物，第二級采用疊片過濾器，確保水質達到灌溉系統的要求，保證灌水器使用過程中不會發生堵塞現象。過濾器技術參數選擇根據系統設計流量選定。本灌區選用“砂石＋自動疊片反沖洗”兩級組合過濾器：Q=300 m3/h，過濾精度120目，承壓力0.6 MPa。

施肥裝置采用施肥罐，可在灌溉過程中連續進行施肥操作,使用簡單方便，運行可靠。可使用固體可溶性肥料，實現不同品種肥料的混合施加。施肥過程伴隨灌溉同時進行,在灌溉過程進行到1/3時開始，這樣可以保證對灌溉系統的正確沖洗和盡可能地減少化學物質對滴頭的堵塞。施肥完畢后,必須繼續灌溉15分鐘。本灌區選用的是300 L施肥罐。

（4）灌水器選型

灌水器是直接向作物施水的設備，其作用是把末級管道即毛管中的壓力水流均勻而又穩定地分配到田間。大田灌溉通常選擇滴灌帶，其灌水器間距為0.3 m，單個灌水器流量為0.8～3.6 L/h。為了確保一次性試驗成功，并根據灌區土壤質地和種植作物特點，選用的鑲片式滴灌帶的技術參數：工作水頭為10 m時，灌水器間距為0.3 m，單個灌水器流量為3 L/h。

二、灌溉管理制度

為便于集中統一管理，將項目區范圍土地從農民手中租用來，經過土地流轉，然后招商引進寧夏某公司，按照“公司+農戶”集約化經營管理模式，調整作物種植結構為低耗水高效益的馬鈴薯和番茄，并配置馬鈴薯及番茄加工基地，由公司進行田間種植作業經營管理，從起壟、播種、噴灑農藥到收獲全部采用機械化操作，同時進行科學配肥、土壤測墑、測溫等農藝技術。原州區揚黃灌溉管理局作為供水方負責水池蓄水、泵房操作及田間管道的維護管理，并征收水資源費，同時管理局灌溉技術負責人蹲點進行相關實驗數據收集、整理和分析。公司作為受水方負責配肥到施肥罐和田間閘閥開與關。雙方按照操作規程分工協作，確保本滴（噴）灌試驗項目能夠順利進行。

三、工程效益

1.節水效益

原節水補灌設計畝均灌溉定額74 m3，為不充分灌溉，灌溉水量不到充分灌溉所需水量的30%；而實驗區滴灌設計畝均綜合灌溉定額74 m3，為充分灌溉。說明滴灌節約水量能滿足灌區充分灌溉所需水量。

同時，附近渠灌馬鈴薯畝均灌溉定額約為260 m3，滴灌區畝均灌溉定額為74 m3，與渠灌相比畝均節約水量186 m3，節水71.54%；噴灌區畝均灌溉定額為122 m3，與渠灌相比畝均節約水量138 m3，節水53.08%；滴灌與噴灌相比，滴灌畝均省水48 m3，節水39.34%。說明滴灌和噴灌節水效果都相當好，滴灌比噴灌相對更省水。

由于節約水量全部用于作物充分灌溉所需水量，節水效益含在增產效益上，這里不重復計算。

2.增產效益

滴灌區馬鈴薯畝產3 000 kg左右，噴灌區畝產2500～3000kg，比渠灌畝均增產500～1 000 kg。總產量2 135萬kg，當年市場收購價0.7元/kg，總產值1 494.5萬元，每畝種植成本1 200元(包括200元/畝土地流轉費)，總成本864萬元，凈效益630.5萬元，畝均效益875.7元，與原來（無灌溉條件時）相比，畝均增收成倍。

3.社會效益

項目實施具有很大的社會效益：土地流轉變為公司化的機械化耕作、生產、銷售于一體的集約化經營管理模式后，既解決了土地長期以來的低效問題，又把大量的勞動力從繁重的農業生產中解放出來，部分農民可就地在公司打工，同時照顧家庭，剩余勞動力外出打工掙錢，大大增加了農民收入，實現了企業和農戶雙贏目的。而且農民在參與生產過程中學到了現代農業種植、管理經驗，對加速農業結構調整、發展優質高效灌溉農業具有積極促進作用，引發了一場由自給自足粗放經濟型向公司化、集約化、優質、高效、節灌、可持續發展精細經濟型模式的革命性轉變，進而產生了較大的社會效益。

四、結語

①作物灌溉制度設計值與實際有差別，原因一方面是因為不充分灌溉變成充分灌溉，另一方面是因為不可預期的降雨等外界環境因素影響造成灌水時間和灌水定額的差異，因而作物灌溉制度應根據降水、作物耗水及土壤水分變化進行預測預報，及時合理調整。

②滴灌相對省水且灌水均勻性好，噴灌易受自然環境因素（如大風）影響，灌水均勻性差，作物長勢稍差，產量較滴灌低。所以，節水灌溉工程推廣以滴灌為主，噴灌輔之。

③該節水改造技術科學合理，可行性和實用性強。通過新建沉沙調蓄水池，不僅沉淀了黃河沙，也解決了當地揚黃水不能適時適量供水灌溉問題；創新應用浮筒式取水裝置，不僅過濾漂浮物，也取表面較清且溫度較高的水，克服了揚黃水因雜質多易堵塞滴頭或滴孔及水質和水溫問題；噴灌區布置在滴灌區下邊緣，利用自然地形落差實現自壓，節約了灌溉成本和能源；工程改造時將原管道盡可能利用，降低了節水改造工程建設所需投資。

④新興的土地流轉，采用“公司+農工”的管理模式，促進了土地資源集約高效利用,進而帶動了農村經濟的發展,同時確保了灌區良性運行和持久發揮效益。

該灌區采取的節水改造技術及管理模式是揚黃灌區發展高效節水農業值得推廣的技術經驗，建議在同類灌區，尤其是揚黃灌區和節水補灌區推廣應用。■

[1]劉學軍，薛塞光，劉平，等．寧夏中部干旱帶特色農業節水補灌技術與管理模式研究[J]．中國農村水利水電，2010（9）．

[2]顧烈烽.大田滴灌工程設計圖集[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[3]李光永,龔時宏,等.微灌工程技術規范[M].北京：中國計劃出版社，2009.

[4]牛赟，賈小蓉，曹麟，等．固擴工程南城拐子支干渠補灌區節水改造[J]．人民黃河，2015（2）．

責任編輯 安天杭

Water-saving reform technology is started in irrigation district after Eleven Pump Station ofYanghuang Irrigation Project was built in Guhai

Yang Changlin

The work of water-saving reform is started in irrigation districts of Ningxia,because the water-saving effect of low pressure pipeline irrigation is not good after Eleven Pump Station of Yanghuang Irrigation Project was built in Guhai.By experimental investigation,some suggestions are put forward.Water-saving reform technology is given priority with drip irrigation,sprinkler irrigation is complementary.Intensive management mode is implemented to realize mechanized farming,production and sales.Finally,irrigation districts will be very well and bring benefits.

water-saving reform;drip irrigation and spray irrigation;management mode;Yanghuang Irrigation District

TV93

B

1000-1123（2016）01-0042-03

2015-09-30

楊長林，高級工程師，主要從事節水灌溉工程建設與管理工作。