新疆麥蓋提縣農(nóng)業(yè)高效節(jié)水棉花滴灌技術(shù)模式探討

毛廣彬

(新疆瑞祥農(nóng)牧工程咨詢設(shè)計(jì)院有限公司，烏魯木齊 830000)

新疆是典型的干旱綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，建設(shè)節(jié)水型農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。麥蓋提縣位于新疆西南部，塔里木盆地西部，喀喇昆侖山北麓，葉爾羌河下游和提孜那甫河下游，截至2017年農(nóng)業(yè)灌溉面積8萬hm2，耕地面積6.86萬hm2，節(jié)水灌溉面積已達(dá)3.058萬hm2，是一個(gè)以農(nóng)業(yè)為主的大縣，農(nóng)業(yè)灌溉用水量占國民經(jīng)濟(jì)總用水量的比例超過97.4%，水資源短缺且時(shí)空分布極不均勻，季節(jié)性缺水問題越來越突出，大部分農(nóng)田由于不能充分灌溉而造成中低產(chǎn)田，制約了農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的進(jìn)一步提高和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，影響了農(nóng)民生活水平的提高及社會和諧穩(wěn)定[1-3]。為此，大力發(fā)展以提高節(jié)水灌溉面積和灌溉水利用系數(shù)為主要目的的高效節(jié)水灌溉工作具有重要意義。

1 項(xiàng)目區(qū)高效節(jié)水工程現(xiàn)狀

截止2015年麥蓋提縣已實(shí)施高效節(jié)水項(xiàng)目2.058萬hm2，主要部分在9個(gè)鄉(xiāng)2林場，水源均為井渠混灌，種植作物為棉花、棉花套種紅棗。2016年-2017年結(jié)合《麥蓋提縣2016年-2020年田間高效節(jié)水總體規(guī)劃》實(shí)施高效節(jié)水面積1萬hm2，水源均為井渠混灌，目前項(xiàng)目建設(shè)已完成，并移交鄉(xiāng)政府管理運(yùn)行。其中2016年實(shí)施高效節(jié)水5333hm2，項(xiàng)目區(qū)建設(shè)位置及實(shí)施面積和總體規(guī)劃一致；2017年實(shí)施高效節(jié)水4667hm2，項(xiàng)目區(qū)建設(shè)位置及實(shí)施面積和總體規(guī)劃基本保持一致。2018年根據(jù)高效節(jié)水項(xiàng)目資金的落實(shí)情況，將實(shí)施面積調(diào)整為1333hm2，但還未實(shí)施。

2 項(xiàng)目區(qū)水利工程存在的主要問題

經(jīng)走訪調(diào)查，發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)水利工程存在的主要問題有：①灌區(qū)配套設(shè)施差；②觀念落后，片面強(qiáng)調(diào)節(jié)水，對節(jié)水農(nóng)業(yè)內(nèi)涵認(rèn)識不足；③組織管理關(guān)系不協(xié)調(diào)；④節(jié)水措施單一，缺乏配套技術(shù)；⑤政策、管理措施薄弱；⑥服務(wù)支撐體系建設(shè)滯后；⑦投入政策不完善、投入嚴(yán)重不足；⑧大面積膜下滴灌污染；⑨施工質(zhì)量不高和材料質(zhì)量參差不齊；⑩阻礙農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展的深層次問題，如：①水權(quán)不明晰；②現(xiàn)行的農(nóng)村體制不適應(yīng)集約化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求；③灌溉水價(jià)與成本嚴(yán)重背離[4]。

3 工程實(shí)例分析

麥蓋提縣風(fēng)大，不適合采用噴灌，而且主要作物為棉花、經(jīng)濟(jì)作物也不適用于噴灌技術(shù)。水源為井渠混灌和井灌，低壓管道輸水灌溉技術(shù)節(jié)水效果有限，不適合目前堅(jiān)持高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)水效果顯著的要求打造現(xiàn)代灌區(qū)的任務(wù)。

3.1 工程等別

本次滴灌工程灌溉面積3333.67hm2，種植作物為地膜棉，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2000，本工程每個(gè)鄉(xiāng)灌溉面積在333-3333hm2，工程等別為Ⅳ等小(1)型，主要建筑物級別4級，次要建筑物級別5級。

3.2 節(jié)水技術(shù)方案選擇

麥蓋提縣2019年建設(shè)高效節(jié)水灌溉面積3333.67hm2，全部為棉花膜下滴灌，采用地表水、地下水混合加壓滴灌、地下水滴灌。為了有效提高水的利用率，保障節(jié)水灌溉工程系統(tǒng)正常運(yùn)行，本工程方案對節(jié)水技術(shù)方案選擇進(jìn)行了比選，以保證取得較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。

3.2.1 節(jié)水技術(shù)比選

節(jié)水灌溉工程技術(shù)主要包括：噴灌技術(shù)、微灌技術(shù)(包括微噴、滴灌、涌泉灌、滲灌等)、低壓管道輸水灌溉。當(dāng)?shù)仫L(fēng)大，不適合采和噴灌，而且主要作物棉花、經(jīng)濟(jì)作物亦不適用于噴灌技術(shù)。低壓管道輸水灌溉技術(shù)節(jié)水效果有限，運(yùn)行過程中存在諸多問題，不適合目前堅(jiān)持高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)，按照工程體系完善、灌溉制度科學(xué)、節(jié)水效果顯著的要求打造現(xiàn)代灌區(qū)的任務(wù)，根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄陙硖镩g節(jié)水技術(shù)的實(shí)施和運(yùn)行情況，采用全部滴灌技術(shù)[5]。

3.2.2 作物比選

滴灌是一種高投入高產(chǎn)出的設(shè)施農(nóng)業(yè)，以經(jīng)濟(jì)林和經(jīng)濟(jì)作物效益更為突出。麥蓋提縣本次主要選擇作物有經(jīng)濟(jì)作物棉花。

3.2.3 管道布置比選

由于水源在地塊的高位處，管網(wǎng)為梳式布置。水源在地塊高位側(cè)邊沿的中位附近，管網(wǎng)為豐字形式布置。梳式布置，水源在干管的端點(diǎn)，干管的流量大，管徑大，干管長度大，水頭損失大，造價(jià)高，運(yùn)行期用電量大，運(yùn)行成本高。叉式布置，水源在干管的中位，流量向兩側(cè)干管分流，干管的流量小，干管管徑小，干管長度短，水頭損失小，運(yùn)行期用電量低，運(yùn)行成本低。在條件具備的情況下，優(yōu)先選擇了豐字形布置。

項(xiàng)目區(qū)以地下水和地表水為水源，首部位置決定了管網(wǎng)的布置方案。

滴灌管道分為干管、分干管、地面支管、毛管四級管道。干管平行于等高線，或與等高線小角度相交，管線方向坡度值小。分干管與等高線大角度相交，管線方向坡度值大。毛管順作物行向鋪設(shè)。

3.2.4 水源比選

根據(jù)水資源配置條件，滴灌工程根據(jù)當(dāng)?shù)厮|(zhì)選用井水或井水和地表水混合為水源。采用井水為水源的優(yōu)點(diǎn)是：井水含沙量低，首部建筑物比較簡單，造價(jià)較低，運(yùn)費(fèi)管理比較簡便。以井水為水源的缺點(diǎn)是：井水揚(yáng)程高，用電量大，運(yùn)行成本高。優(yōu)點(diǎn)顯著，故在地下水承載能力范圍內(nèi)，以井水為水源是滴灌工程的首選方案。已建機(jī)井一般布置在斗渠邊，運(yùn)行情況良好，當(dāng)?shù)乇硭坎蛔銜r(shí)，直接抽水到灌溉渠道，與地表水混合灌溉，混合水改善了井水的水質(zhì)，降低了渠水含沙量。但是以混合水為地面灌水源，泥沙仍是不可忽視的重大問題，設(shè)計(jì)中，采取了必要的防沙工程措施，設(shè)置了適當(dāng)規(guī)模的沉沙池，選用了防沙能力強(qiáng)的過濾器[6]。近年來，麥蓋提縣建成了3.058萬hm2滴灌工程，大多數(shù)以混合渠道水為水源，在防沙治沙方面積累了較好的經(jīng)驗(yàn)。兩種形式優(yōu)缺點(diǎn)相權(quán)衡，故本設(shè)計(jì)68個(gè)灌溉系統(tǒng)根據(jù)項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況滴灌水源63個(gè)系統(tǒng)采用井渠混合滴灌，5個(gè)系統(tǒng)為純井灌。

3.2.5 加壓與自壓

麥蓋提縣灌區(qū)地處葉爾羌河下游和提孜那甫河下游，地形平緩，不具備自壓條件，全部采用加壓滴灌方式。在靠近地塊、斗渠和機(jī)井位置布置系統(tǒng)首部，采用加壓滴灌方式實(shí)現(xiàn)田間高效節(jié)水。

3.3 典型設(shè)計(jì)工程

針對項(xiàng)目區(qū)水利工程存在的主要問題，結(jié)合麥蓋提縣多年來田間節(jié)水技術(shù)的實(shí)施和運(yùn)行情況，經(jīng)過技術(shù)方案比選，提出本實(shí)施方案高效節(jié)水模式主要以滴灌工程為主[7]。麥蓋提縣灌區(qū)地處葉爾羌河下游和提孜那甫河下游，地形平緩，不具備自壓條件，全部采用加壓滴灌方式。典型設(shè)計(jì)選取見表1。

表1 麥蓋提縣2019年農(nóng)業(yè)高效節(jié)水建設(shè)項(xiàng)目典型設(shè)計(jì)選取表

棉花種植模式為：地膜棉膜距為1.7m，每膜中種4行棉株，棉株為寬窄行。地膜棉窄行行距為0.25m, 每兩行間為寬行，行距為0.55m，膜間距為0.65m，窄行鋪設(shè)毛管，每膜鋪2行毛管，毛管間距平均為0.85m。棉花種植模式見圖1。

圖1 棉花種植模式圖

3.4 工程量匯總

麥蓋提縣2019年田間高效節(jié)水實(shí)施方案分布在麥蓋提縣央塔克鄉(xiāng)、希依提墩鄉(xiāng)、昂格特勒克鄉(xiāng)、庫爾瑪鄉(xiāng)等八個(gè)鄉(xiāng)，共68個(gè)加壓滴灌系統(tǒng)，沉淀池53座，離心泵63套，總功率2634kw,啟動(dòng)箱68套、變壓器68套；砂石+篩網(wǎng)(120目)組合過濾器共63套，離心+篩網(wǎng)(100目)組合過濾器5套，埋設(shè)PVC管道513.251km；PE管336.26km，滴灌帶4000.4萬m。土方開挖67.5萬m3，土方回填49.2萬m3，閘閥井945座，排水井954座，首部泵房58座共3178.8m2。10kV輸電線路28.75km, 0.4kV輸電線路3.6km。

3.5 工程效益

3.5.1 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)過一年的運(yùn)行，田間高效節(jié)水工程改善3333.67hm2農(nóng)田的灌溉條件，提高了灌溉保證率；棉花、棉花套種棗樹、紅棗滴灌工程節(jié)水增效，其經(jīng)濟(jì)效益主要表現(xiàn)在以下方面：

1)增產(chǎn)效益。麥蓋提縣規(guī)劃新增田間高效節(jié)水灌溉面積3333.67hm2，現(xiàn)狀水平年全部種植棉花；設(shè)計(jì)水平年灌溉條改善，種植作物不變。增產(chǎn)效益1650.2萬元。水利灌溉增產(chǎn)效益采用分?jǐn)傁禂?shù)法進(jìn)行計(jì)算。本項(xiàng)目分?jǐn)傁禂?shù)參照類似工程確定為0.5，水利增產(chǎn)效益為825.1萬元。項(xiàng)目建設(shè)后新增灌溉效益計(jì)算見表2。

表2 灌溉效益計(jì)算表

2)節(jié)水效益。實(shí)施方案實(shí)施后，麥蓋提縣井渠混灌灌溉水利用系數(shù)由0.52提高到0.58，井灌灌溉水利用系數(shù)由0.78提高到0.90，農(nóng)業(yè)用水量由現(xiàn)狀水平年的3502.2萬m3，減少到設(shè)計(jì)水平年的2955.7萬m3，節(jié)水量546.5萬m3，若每方水按現(xiàn)行成本水價(jià)0.01448元計(jì)算，則年可節(jié)約水費(fèi)79.13萬元。

3)節(jié)地效益。根據(jù)已建工程節(jié)地經(jīng)驗(yàn)分析，高效節(jié)水工程比土渠輸水灌溉節(jié)地1.5%-4%。

4)省工效益。由于灌溉用水量、灌水時(shí)間減少，灌溉機(jī)械化程度大幅度提高，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，灌溉用工量普遍降低。根據(jù)工程運(yùn)行情況分析，大田每年每畝地灌溉用工量節(jié)省1-2個(gè)。

3.5.2 社會效益

1)農(nóng)民增收。節(jié)水項(xiàng)目的實(shí)施，提高了農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，保障生產(chǎn)安全，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)牧民增產(chǎn)增收，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)繁榮。幫助農(nóng)牧民盡快脫貧致富，對農(nóng)民增收、農(nóng)村穩(wěn)定和農(nóng)業(yè)發(fā)展有重要作用。

2)解放勞動(dòng)力。項(xiàng)目實(shí)施后降低了農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，解放勞動(dòng)力，實(shí)施勞務(wù)輸出，增加農(nóng)民收入，改善農(nóng)民生活水平。

3)社會穩(wěn)定。高效節(jié)水灌溉工程建設(shè)解決的不僅是眼前的農(nóng)業(yè)灌溉問題，同時(shí)也為構(gòu)建和諧社會、推動(dòng)社會主義新農(nóng)村建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。通過項(xiàng)目實(shí)施及工程建設(shè)，緩解了上下游用水矛盾，杜絕因爭水、搶水等水事糾紛導(dǎo)致的打架斗毆事件，和諧鄰里關(guān)系。麥蓋提縣是少數(shù)民族聚居的地區(qū)，各民族的團(tuán)結(jié)是關(guān)系到社會安定團(tuán)結(jié)的大局。該工程具有較好的社會效益。

4)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。項(xiàng)目的實(shí)施，使地區(qū)節(jié)水灌溉工程所需設(shè)備及管材的需求增加，帶動(dòng)此類生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展，同時(shí)，繁榮節(jié)水灌溉工程建設(shè)市場，并可轉(zhuǎn)移部分富余勞動(dòng)力從事工程建設(shè)、灌溉系統(tǒng)維護(hù)和運(yùn)行管理，從而了帶動(dòng)水利技術(shù)服務(wù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié) 語

通過實(shí)施灌區(qū)高效節(jié)水改造工程，不僅加快農(nóng)業(yè)用水方式的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)牧業(yè)現(xiàn)代化的需要，同時(shí)亦實(shí)現(xiàn)了水資源優(yōu)化配置。一方面，按照現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展要求，適應(yīng)了農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和作物需水規(guī)律，因地制宜地采用滴灌、低壓管道輸水灌溉、微噴灌等田間高效節(jié)水灌溉。另一方面，建議積極推行灌溉用水總量控制和定額管理。充分發(fā)揮水價(jià)在農(nóng)業(yè)節(jié)水中的杠桿作用，推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)改革，使農(nóng)業(yè)水價(jià)逐步到位；水價(jià)到位后，對節(jié)水農(nóng)民實(shí)行精準(zhǔn)補(bǔ)貼。