淺談寧夏引黃灌區(qū)高效用水關(guān)鍵技術(shù)

王 銳

（沙坡頭區(qū)南山臺(tái)電灌站，寧夏 中衛(wèi) 755000）

1 區(qū)域及灌區(qū)現(xiàn)狀

寧夏是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的省份，水資源日益緊張和用水總量減少成為制約寧夏地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素之一。因此大力倡導(dǎo)和普及節(jié)約用水和高效節(jié)水灌溉技術(shù)，提高水的利用效率，是進(jìn)一步解決水資源短缺，保證區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)向好發(fā)展的主要措施。

根據(jù)寧夏水資源管理部門(mén)的權(quán)威數(shù)據(jù)，2025 年50%、75%不同降水頻率下的水資源優(yōu)化配置結(jié)果，總配水量分別為56.1 億m3、53.8 億m3，其中農(nóng)業(yè)配水量分別為44.8 億m3、42.6 億m3，工業(yè)配水量分別為6.5 億m3、6.1 億m3，生活配水量均為2.5 億m3，生態(tài)配水量分別為2.3 億m3、2.6 億m3。

2025 年，50%降水頻率下，灌區(qū)總需水量56.6 億m3，缺水量為0.5 億m3，缺水率0.8%，生活和生態(tài)不缺水，農(nóng)業(yè)和工業(yè)有少量缺水，基本能夠滿(mǎn)足需求。在降水頻率75%下，引黃灌區(qū)總需水量59.5 億m3，缺水量為5.7 億m3，缺水率9.5%，只有生活不缺水，農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生態(tài)水量分別為5.1 億m3、0.5 億m3、0.1 億m3。

水源地供水、主干、支渠配水和農(nóng)田用水是農(nóng)業(yè)灌溉的基本組成部分，用水的精細(xì)準(zhǔn)確性是現(xiàn)代化灌溉的核心內(nèi)容[1]，故本文對(duì)達(dá)到高效節(jié)水、用水的精細(xì)準(zhǔn)確目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

2 測(cè)控一體化閘門(mén)關(guān)鍵技術(shù)

引黃灌區(qū)乃至整個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉中測(cè)控一體化閘門(mén)是現(xiàn)代水利工程建設(shè)中尤為重要的一項(xiàng)基礎(chǔ)的水利設(shè)備，在農(nóng)業(yè)灌溉的流量控制等眾多水利工程應(yīng)用中能夠發(fā)揮重大用途。目前大多數(shù)灌區(qū)的水位控制、水量分配等基本上是由水管員靠手動(dòng)模式控制，以流速儀和量水設(shè)施計(jì)量流量，管理水平及效率低下，與加快灌區(qū)現(xiàn)代化信息化建設(shè)的任務(wù)和要求有著很大差距。因此在灌區(qū)實(shí)施測(cè)控一體化閘門(mén)技術(shù)，對(duì)提高灌溉供水服務(wù)的安全性、公平性、可靠性、靈活性和資源的使用效率有重要意義。

2.1 設(shè)備組成

現(xiàn)代化測(cè)控一體化閘門(mén)集閘門(mén)、啟閉設(shè)備、測(cè)流設(shè)備、控制設(shè)備、供電設(shè)備于一體，主要包括：測(cè)流箱、閘門(mén)及門(mén)框、供電模塊、控制模塊、通信模塊等。

2.2 測(cè)流方式

目前測(cè)流方式主要有箱式超聲波時(shí)差法、電磁法及前后水位計(jì)法。

2.3 測(cè)流精度

超聲波時(shí)差法與電磁法測(cè)流均是測(cè)箱產(chǎn)品出廠前，清水、正向進(jìn)水、水面平穩(wěn)條件下，實(shí)驗(yàn)室測(cè)箱測(cè)流精度誤差為:滿(mǎn)箱計(jì)量精度誤差≤±2.5%，不滿(mǎn)箱（水位≥測(cè)水箱高度1/2）計(jì)量精度誤差≤±5%。在多泥沙介質(zhì)條件下，測(cè)流精度不低于設(shè)計(jì)要求。

上下游水位法是集成槽閘產(chǎn)品出廠前，清水、正向進(jìn)水、水面平穩(wěn)條件下，實(shí)驗(yàn)室測(cè)箱測(cè)流精度誤差≤±5%。分離板閘產(chǎn)品出廠前，清水、正向進(jìn)水、水面平穩(wěn)條件下的元器件測(cè)流精度誤差≤±6%。

對(duì)引黃灌區(qū)已建成的由澳大利亞潞碧墾、北京福道、內(nèi)蒙水華等廠家生產(chǎn)的測(cè)控一體閘門(mén)開(kāi)展啟閉精度、閘門(mén)啟動(dòng)響應(yīng)時(shí)間、測(cè)流精度及泥沙淤積狀況等方面的逐項(xiàng)測(cè)試工作，總體上看泥沙淤積對(duì)設(shè)備測(cè)流精度影響較大。

2.4 智能控制終端要求

1）智能測(cè)控終端主要由控制模塊、輸入輸出模塊、通訊模塊、安全防護(hù)單元(含防雷)電源管理單元以及其他附件組成(宜為芯片化結(jié)構(gòu))，宣采用成熟的CPU 和操作系統(tǒng)。

2）閘門(mén)智能測(cè)控端用Modbus 等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)儀，《水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約(SZY 206-2012)》規(guī)定的規(guī)約。

3）閘門(mén)智能測(cè)控終端應(yīng)采用專(zhuān)門(mén)的安全措施及加密技術(shù)，采用國(guó)產(chǎn)安全芯片和專(zhuān)用國(guó)密算法SM1，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴⒖煽啃约鞍踩浴?/p>

4）按照“硬件平臺(tái)化、軟作APP 化”設(shè)計(jì)原則；采用開(kāi)放式硬件平臺(tái)，通過(guò)APP 應(yīng)用軟件的方式，靈活升級(jí)、擴(kuò)展終端業(yè)務(wù)功能，可滿(mǎn)足定制化應(yīng)用。

5）支持本地存儲(chǔ)和SCADA 遠(yuǎn)程控制兩種存儲(chǔ)方式，內(nèi)置大容量存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)3 a 及以上的采集數(shù)據(jù)。

6）本地軟件具備設(shè)備自診斷功能，能定時(shí)自動(dòng)檢測(cè)，及時(shí)進(jìn)行故障診斷和預(yù)警，如自動(dòng)增益控制、信號(hào)強(qiáng)度及接收率、信噪比等，并在使用說(shuō)明書(shū)中給出各指標(biāo)的正常范圍[2]。

3 灌區(qū)田間高效節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)

推廣高效節(jié)水灌溉既是改變千百年來(lái)傳統(tǒng)灌溉習(xí)慣，壓減單位面積耗水量，緩解寧夏地區(qū)水資源短缺，提高用水效率和效益的必經(jīng)之路，也是發(fā)展節(jié)水型社會(huì)的根本措施，更是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然要求。

3.1 灌區(qū)節(jié)水灌溉發(fā)展趨勢(shì)

總結(jié)寧夏地區(qū)多年來(lái)的節(jié)水灌溉發(fā)展歷程，概括出以下幾點(diǎn)轉(zhuǎn)型發(fā)展：由傳統(tǒng)的單一型節(jié)水技術(shù)發(fā)展為與農(nóng)藝技術(shù)互相結(jié)合，由原來(lái)的單一型向與節(jié)水節(jié)肥節(jié)藥的一體化發(fā)展，由原來(lái)的追求節(jié)水高產(chǎn)發(fā)展為節(jié)水提質(zhì)高效，大力發(fā)展節(jié)水科學(xué)技術(shù)推廣與服務(wù)體系，綜合出臺(tái)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水補(bǔ)償制度與標(biāo)準(zhǔn)，及配套節(jié)水產(chǎn)品進(jìn)入的市場(chǎng)制度，同時(shí)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水的科研力度，相繼出臺(tái)和完善節(jié)水灌溉技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、模式化、定量化、集成化和智能化。

3.2 黃河水滴灌安全凈化處理模式

經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，可揚(yáng)黃渠道沙含量為0.5 kg/m3～6.5 kg/m3。水中泥與沙的粒徑＜0.1 mm，主要是以粘性粒和粉砂居多，中值粒徑0.015 mm～0.045 mm。化學(xué)成分主要以SiO2、Al2O3、Fe2O3三種化合物為主，這幾種化合物易附著在輸水管路和灌水器壁內(nèi)，引起灌水器堵塞。所以用黃河水進(jìn)行滴灌，很容易引起灌水器嚴(yán)重堵塞，這是滴灌系統(tǒng)中的一大難題，也是寧夏地區(qū)滴灌系統(tǒng)發(fā)展的主要短板和制約因素。

3.2.1 灌區(qū)黃河水凈化處理的組合模式

（1）在渠水供水保證率高的情況下采取渠水(高含沙水)→沉淀→沙石反濾墻→過(guò)濾設(shè)備→進(jìn)入滴灌管網(wǎng)的凈化模式，但是對(duì)管理要求高。

（2）在滴灌項(xiàng)目區(qū)面積較大且集中地區(qū)采用渠水（高含沙水）→調(diào)蓄沉淀池→浮筒取水（臥管取水）→過(guò)濾設(shè)備→進(jìn)入滴灌管網(wǎng)的凈化模式，易于管理。

3.2.2 過(guò)濾設(shè)備類(lèi)型

對(duì)于黃河水泥沙處理滴灌設(shè)備可選擇為：砂石過(guò)濾器→網(wǎng)式或疊片過(guò)濾器。對(duì)于地下水機(jī)井加壓微灌工程泥沙處理一般采用2 級(jí)過(guò)濾，泥沙處理方式可選擇為：機(jī)井→離心式過(guò)濾器→網(wǎng)式過(guò)濾器(機(jī)井水質(zhì)較差，含粗顆粒)；機(jī)井→疊片式過(guò)濾器[3]。

3.2.3 水肥藥一體化灌溉技術(shù)

主要以苜蓿地下滴灌灌溉制度為例，滴灌帶應(yīng)埋深35 cm，偏枯年（P＝95%）型，滴水間隔10 d～15 d，滴水次數(shù)約10 次～12 次，次滴水量20 mm～30 mm，灌水定額256.4 mm。土壤水分下限應(yīng)控制在70%以上，第一茬需滴水量大于第二茬，滴水間隔、滴水次數(shù)應(yīng)根據(jù)苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)的天氣狀況進(jìn)行適量調(diào)整[4]。

針對(duì)苜蓿生長(zhǎng)特點(diǎn)及營(yíng)養(yǎng)需求規(guī)律，研制高氮型、均衡性、高鉀型3 種肥料。高氮型肥料用尿素、磷酸一銨和磷酸鉀按照1∶0.26∶0.33 的比例配成；均衡性肥料用尿素、磷酸一銨和磷酸鉀按照1∶1.27∶1.02 的比例配成，同時(shí)加入少量的硝酸鈣、硫酸鎂、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸錳等中微量元素肥料高鉀型肥料用尿素、磷酸二氫鉀和磷酸鉀按照1∶1.27∶2.34 比例配成，同時(shí)加入少量的硝酸鈣、硫酸鎂、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸錳等微量元素肥料。

4 灌區(qū)水價(jià)改革與灌溉管理制度適度優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)

量測(cè)水計(jì)量設(shè)施是當(dāng)前乃至今后進(jìn)行農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革的主要硬件基礎(chǔ)，在現(xiàn)有實(shí)施基礎(chǔ)上盡量精確量化每一農(nóng)戶(hù)的單元終端水價(jià)，要努力改革使渠系水量精準(zhǔn)到斗、農(nóng)口計(jì)量，逐步淘汰以前傳統(tǒng)的按畝或按人口的收水費(fèi)方式和硬件計(jì)量設(shè)施，實(shí)現(xiàn)按用水方量或按灌水時(shí)間等收費(fèi)計(jì)量方式。目前采用的兩部制水價(jià)是最廣泛且要沿用相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間的定價(jià)形式，即計(jì)量水價(jià)和基本水價(jià)相結(jié)合。

政府部門(mén)出臺(tái)建立農(nóng)業(yè)用水節(jié)水獎(jiǎng)勵(lì)補(bǔ)貼的制度已成必然，因?yàn)榻⒋隧?xiàng)制度能夠很好地鼓勵(lì)并發(fā)揮灌區(qū)農(nóng)戶(hù)節(jié)水潛力。農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)依據(jù)規(guī)定的定額內(nèi)用水量與運(yùn)維成本兩者之差額確定，側(cè)重點(diǎn)應(yīng)放在農(nóng)民定額標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)用水的補(bǔ)貼。但對(duì)于補(bǔ)貼的標(biāo)準(zhǔn)、方式、對(duì)象、程序、環(huán)節(jié)及財(cái)政資金的管理使用等按照國(guó)家總體規(guī)定實(shí)行各地探索[5]。

應(yīng)逐步改革灌區(qū)管理、建設(shè)、運(yùn)行體制，提高灌區(qū)管護(hù)服務(wù)和用水效率為重點(diǎn)，以灌區(qū)水利配套設(shè)施“產(chǎn)權(quán)到位、權(quán)責(zé)明確、保障經(jīng)費(fèi)、管用得當(dāng)、持續(xù)發(fā)展”為總目標(biāo)，逐步建立政府主管和市場(chǎng)資源相結(jié)合的灌區(qū)建設(shè)管護(hù)體制，推進(jìn)灌區(qū)建設(shè)轉(zhuǎn)變管理方式、建設(shè)和改進(jìn)基層水利服務(wù)體系，灌溉水價(jià)和計(jì)收水費(fèi)的方式標(biāo)準(zhǔn)化，從而使灌區(qū)更好地實(shí)現(xiàn)自主管理、良性發(fā)展。

5 結(jié)論

在分析寧夏引黃灌區(qū)用水形勢(shì)日益嚴(yán)峻的情況下，普及節(jié)約用水、高效用水已迫在眉睫，必須通過(guò)更換老舊設(shè)備，逐步推廣測(cè)控一體化閘門(mén)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)，使智慧水利落地生根。同時(shí)也通過(guò)試驗(yàn)總結(jié)得出引黃灌區(qū)田間高效節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)及灌區(qū)水價(jià)改革與灌溉管理制度適度優(yōu)化技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)高效用水技術(shù)的重要作用。