鄉(xiāng)鎮(zhèn)田間灌溉方案及對(duì)策研究

張瑞山

（大禹節(jié)水集團(tuán)股份有限公司，甘肅 酒泉 735000）

世界上的水資源和能源愈來愈短缺，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，應(yīng)用節(jié)水、節(jié)能的灌水方法已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)灌溉技術(shù)發(fā)展的總體趨勢(shì)。加強(qiáng)農(nóng)業(yè)節(jié)水設(shè)施的建設(shè)，轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)用水方式，提高農(nóng)業(yè)節(jié)水管理水平刻不容緩[1]。因此推廣節(jié)水灌溉也就成為世界各國(guó)為緩解水資源危機(jī)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇[2]。Dandy 和Hassanli[3]研究了復(fù)雜滴灌系統(tǒng)的最優(yōu)控制和設(shè)計(jì)程序。Elmaloglou 等[4]采用圓柱濕潤(rùn)體模型為基礎(chǔ)，研究了間歇點(diǎn)源入滲的水分動(dòng)力特性，建立了點(diǎn)源滴灌滴頭流量的數(shù)學(xué)模型。Badr 等[5]通過實(shí)驗(yàn)對(duì)馬鈴薯進(jìn)行了地表滴灌和地下滴灌研究，認(rèn)為地下滴灌比地表滴灌時(shí)水分利用效率更高。在我國(guó)常規(guī)滴灌系統(tǒng)常常采用人工控制球閥進(jìn)行灌溉，受傳統(tǒng)長(zhǎng)期溝灌思維影響，種植戶往往不能嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行灌溉，經(jīng)常人為延長(zhǎng)灌溉時(shí)間和輪灌周期，最終造成滴灌系統(tǒng)運(yùn)行異常，很難達(dá)到預(yù)期的節(jié)水增產(chǎn)目的[6]。自動(dòng)化滴灌系統(tǒng)是世界先進(jìn)國(guó)家發(fā)展高效農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要舉措，由于減少了大量的勞動(dòng)力，同時(shí)減少了因人工管理不當(dāng)而造成的水資源浪費(fèi)[7-8]。近幾年來許多學(xué)者[9-11]對(duì)自動(dòng)化技術(shù)在膜下滴灌的應(yīng)用做了研究，闡明了生產(chǎn)中存在問題。朱俊峰等[12]提出根據(jù)主管壓力控制不同位置的噴灌帶工作條數(shù)和時(shí)間來確保噴灌穩(wěn)定均勻的方法。張林[13]對(duì)小流量微壓滴灌技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，建立了微壓滴灌灌水小區(qū)的設(shè)計(jì)方法?？纱蠖喽计诶碚摓橹鳎鄙儆脤?shí)時(shí)數(shù)據(jù)驗(yàn)證的案例。

本文以現(xiàn)有的節(jié)水灌溉技術(shù)為依托，結(jié)合金昌市六壩鄉(xiāng)下七壩村地形、水源和種植作物等實(shí)際情況，設(shè)計(jì)適合該區(qū)高效節(jié)水灌溉方案。研究結(jié)果將對(duì)今后金昌市科學(xué)編制農(nóng)田水利建設(shè)規(guī)劃、提高農(nóng)業(yè)抗災(zāi)和綜合生產(chǎn)能力等提供決策的參考依據(jù)，為建設(shè)和諧金昌提供支撐。又能促進(jìn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高農(nóng)民的人均可支配收入，使農(nóng)民增收脫貧，從而創(chuàng)造良好的社會(huì)發(fā)展環(huán)境，促進(jìn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)域概況

本研究區(qū)域地點(diǎn)位于金昌市六壩鄉(xiāng)下七壩村（如圖1 所示）。六壩鄉(xiāng)地處“絲路古道”河西走廊東端、祁連山北麓，東與武威市青林鄉(xiāng)接壤，西距永昌縣城19km，北以風(fēng)門山與河西堡鎮(zhèn)為界。地勢(shì)南高北低較為平緩，平均海拔1670m，屬大陸性氣候，全年日照時(shí)數(shù)為2884h，年平均氣溫4.8℃，年降水量140mm 左右，無(wú)霜期140d，具有適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)的自然條件。下七壩發(fā)展河水滴灌面積9367 畝，其設(shè)計(jì)毛灌水定額為16.675m3/畝。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)自然地形條件，將下七壩分為兩個(gè)大的片區(qū)，1 號(hào)片區(qū)3857 畝，2 號(hào)片區(qū)5510 畝。因此需在下七壩修建蓄水池2 座，根據(jù)上下游高程銜接關(guān)系選址布置，結(jié)合實(shí)地可占用土地范圍，將兩個(gè)蓄水池容積分別定為6.5 萬(wàn)m3和9.5 萬(wàn)m3（見表1）。

表1 工程項(xiàng)目區(qū)分布情況表

圖1 研究區(qū)域分布圖

2 下七壩村田間工程設(shè)計(jì)

項(xiàng)目區(qū)主要種植作物規(guī)劃為蔬菜，灌溉方式為離心泵加壓灌溉。下七壩村規(guī)劃種植面積為9367畝，可分為九個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行灌溉。其中，系統(tǒng)一1108 畝，系統(tǒng)二978 畝，系統(tǒng)三740 畝，系統(tǒng)四1031 畝，系統(tǒng)五1156 畝，系統(tǒng)六1097 畝，系統(tǒng)七960畝，系統(tǒng)八1184畝，系統(tǒng)九1113畝。

2.1 方案規(guī)劃設(shè)計(jì)

滴灌輸水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)為固定式，由首部樞紐、各級(jí)管道、給水栓以及附屬設(shè)備組成。為了防止由于車輛穿過，田間耕作，凍脹而造成破壞，同時(shí)為減少由于挖方對(duì)耕地土層的破壞，根據(jù)近幾年已建項(xiàng)目運(yùn)行狀況，設(shè)計(jì)管道埋深為管頂以1.2m（做好排水）即可安全運(yùn)行。管網(wǎng)布置根據(jù)實(shí)際地形，盡量沿“三邊”（路邊、渠邊、地邊）走，盡量減少破壞耕地土壤層，盡量減少橫穿路、渠、林帶，盡量不遺漏小地塊，因地制宜地優(yōu)化管道，布置出水口。

2.1.1 輸配水管網(wǎng)布置

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地形，按照“管路短、控制面積大”的布置原則，按“山”字形和“豐”字形布置干管和分干管，管溝盡量走向靠近路邊一側(cè)。管溝抄平后，在干管、分干管最低處設(shè)置排水閥門，主干管與分干管交叉處設(shè)置檢查井，便于灌溉控制。支管鋪設(shè)于地面，每條支管均有一閥門控制，便于對(duì)輪灌組的管理和分化；毛管垂直于支管并沿農(nóng)作物耕作壟平行鋪設(shè)。為便于沖洗管道和冬季到來之前排干管中的積水，在干管及分干管的末端布置排水井；毛管平均鋪設(shè)間距0.7m，由地面支管及閥門控制灌溉。

2.1.2 首部樞紐

為便于運(yùn)行管理，首部樞紐位置定于蓄水池旁邊。首部設(shè)備擬采用管道離心泵、“砂石+疊片自動(dòng)反沖洗過濾器”、壓差式施肥罐，同時(shí)在首部安裝壓力表、空氣閥、閘閥、水表等設(shè)備和儀表。

2.1.3 灌水器

本工程采用側(cè)翼迷宮式滴灌帶，直徑16mm，滴頭間距0.3m，滴頭流量2.0L/h，壁厚0.2mm，公稱壓力0.25MPa，工作壓力0.1MPa。

2.2 灌溉制度的確定

滴灌工程實(shí)施后，項(xiàng)目區(qū)灌溉制度發(fā)生了變化。根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50485-2009），結(jié)合項(xiàng)目區(qū)氣候條件以及當(dāng)?shù)毓嗨畬?shí)踐，參照周邊地區(qū)已實(shí)施的高效節(jié)水滴灌項(xiàng)目，擬定了項(xiàng)目區(qū)玉米滴灌灌溉制度。

2.2.1 最大凈灌水定額

式中：γ 為土壤容重，取1.35g/cm3；z 為灌水濕潤(rùn)深度，蔬菜0.4m；p 為土壤濕潤(rùn)比，70%；θmax、θmin為適宜土壤含水率上下限，分別取田間最大持水率25%、90%和65%；計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 最大凈灌水定額計(jì)算表

2.2.2 設(shè)計(jì)灌水周期

式中：Tmax為最大灌水周期（d），T 為設(shè)計(jì)灌水周期（d）；則計(jì)算得蔬菜的最大灌水周期為5.83d，則蔬菜的設(shè)計(jì)灌水周期取為5d；Ia為日耗水強(qiáng)度，由公式Ia=Ea-P0計(jì)算，Ea 為設(shè)計(jì)日耗水強(qiáng)度，P0為有效降雨量，鑒于永昌地區(qū)降雨集中在7～9 月，蒸發(fā)量是降水量的將近3 倍，設(shè)計(jì)灌溉系統(tǒng)為全額灌溉的特點(diǎn)，取P0=0 mm，則蔬菜Ia=Ea-P0=4.5mm/d。

則根據(jù)下式計(jì)算設(shè)計(jì)凈灌水定額

計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 灌水周期計(jì)算表

2.2.3 一次灌水延續(xù)時(shí)間

式中：Sl為毛管間距，取0.7m；qd滴頭流量（L/h）；Se 滴頭間距（m）；n 為系統(tǒng)滴頭數(shù)量。計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 灌水延續(xù)時(shí)間計(jì)算表

2.2.4 灌溉制度

在保證作物正常需水的情況下，減少系統(tǒng)的流量，降低工程投資，本系統(tǒng)采用輪灌工作制度。

式中：Nmax為系統(tǒng)最大輪灌組數(shù)（組）；N 為系統(tǒng)實(shí)際輪灌組數(shù)（組）；n總為系統(tǒng)滴頭總數(shù)（個(gè)）；C 為系統(tǒng)日工作時(shí)間，22h；Q 為流量（m3/s）；計(jì)算結(jié)果如見表5：

表5 輪灌組計(jì)算表

滴灌系統(tǒng)采用輪灌方式運(yùn)行，由干管輪流向支管供水，支管向毛管供水。玉米滴灌灌溉制度見表6。灌溉制度的制定不僅節(jié)約了用水量，而且對(duì)植物的最優(yōu)生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。

表6 玉米滴灌灌溉制度

2.3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)田間農(nóng)田水利工程保障對(duì)策研究

永昌縣下七壩村農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)條件差，生態(tài)環(huán)境脆弱，抵御自然災(zāi)害的能力較低等方面因素的制約，鄉(xiāng)村兩級(jí)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，農(nóng)業(yè)水利不能跟上農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化快速發(fā)展的步伐，嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)特色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和質(zhì)量效益的提高。項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水仍大量沿用習(xí)慣的大水漫灌灌水方法，致使水的利用率較低，滲漏損失嚴(yán)重，有效保灌質(zhì)量不高，造成水資源浪費(fèi)較嚴(yán)重。農(nóng)戶各自的經(jīng)營(yíng)理念不同，種植很難統(tǒng)一，灌水難以協(xié)調(diào)，形成農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)布局沒有明顯的規(guī)模效益，且難以適應(yīng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)對(duì)高效節(jié)水、機(jī)械耕種、集約經(jīng)營(yíng)等發(fā)展理念的要求，導(dǎo)致高效節(jié)水技術(shù)規(guī)模化發(fā)展受到制約。針對(duì)以上問題，提出項(xiàng)目建設(shè)實(shí)施運(yùn)行管理策略如下：

1）建立機(jī)構(gòu)，明確職責(zé)，加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)和管理。小型農(nóng)田水利設(shè)施項(xiàng)目建設(shè)是一項(xiàng)技術(shù)性強(qiáng)和群眾性廣的綜合性工作，為了確保項(xiàng)目的順利實(shí)施，必須建立相應(yīng)的職能機(jī)構(gòu)，實(shí)施協(xié)調(diào)機(jī)制，成立專門的領(lǐng)導(dǎo)小組，專人負(fù)責(zé)，充分發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)小組的職責(zé)，做好項(xiàng)目規(guī)劃、組織協(xié)調(diào)和督查管理等工作，提高規(guī)劃的組織實(shí)施，投入保障、技術(shù)保障、建設(shè)和建后運(yùn)行管理等方面的政策，由相關(guān)部門圍繞項(xiàng)目實(shí)施方案確定負(fù)責(zé)人員和技術(shù)指導(dǎo)人員，具體承擔(dān)水利建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施工作，加強(qiáng)對(duì)工程建設(shè)的管理、監(jiān)督、指導(dǎo)和領(lǐng)導(dǎo)，才能達(dá)到保質(zhì)、按時(shí)、按量完成建設(shè)任務(wù)。

特別是各項(xiàng)目片區(qū)要將各項(xiàng)工作落到實(shí)處，要落實(shí)專人，明確職責(zé)實(shí)行目標(biāo)管理，上級(jí)部門與各受益區(qū)相關(guān)單位和人員簽訂目標(biāo)責(zé)任書，將任務(wù)層層分解、責(zé)任落實(shí)到單位和責(zé)任人，定任務(wù)、定工期、定質(zhì)量、定地方配套資金的落實(shí)到位，并將工程建設(shè)納入政府“三個(gè)文明”建設(shè)目標(biāo)考核的重要內(nèi)容。

2）建立制度，加強(qiáng)監(jiān)管。小型農(nóng)田水利設(shè)施項(xiàng)目建設(shè)，實(shí)施嚴(yán)格的質(zhì)量措施，落實(shí)分級(jí)管理負(fù)責(zé)制，按規(guī)定全面推行項(xiàng)目評(píng)審論證制、項(xiàng)目法人負(fù)責(zé)制、工程招投標(biāo)制、大宗材料物資政府采購(gòu)制、工程監(jiān)理制、項(xiàng)目公示制、建設(shè)資金縣級(jí)報(bào)賬制等十項(xiàng)管理制度，強(qiáng)化約束機(jī)制，加強(qiáng)監(jiān)管，切實(shí)加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。從一開始就必須高度重視各個(gè)單位工程的驗(yàn)收工作，施工單位明確質(zhì)量負(fù)責(zé)人，跟班檢查，認(rèn)真執(zhí)行“三檢”制度，初驗(yàn)由跟班作業(yè)人員負(fù)責(zé)，復(fù)檢由各班組長(zhǎng)負(fù)責(zé)，終檢由工程質(zhì)量負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)，嚴(yán)格每道施工工序，上一道工序完工驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)入下一道工序，對(duì)隱蔽工程和重要工序必須報(bào)請(qǐng)建設(shè)質(zhì)檢部門共同檢查。業(yè)主在施工單位自檢的基礎(chǔ)上，對(duì)工程質(zhì)量全面認(rèn)真復(fù)檢，凡發(fā)現(xiàn)不符合設(shè)計(jì)要求的，現(xiàn)場(chǎng)立即要求返工，一直達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3）加大投入，落實(shí)資金。為保證工程項(xiàng)目的順利實(shí)施，各有關(guān)部門要互通信息，加強(qiáng)溝通，打破部門利益觀念，搞好資金的使用管理，共同推進(jìn)本次項(xiàng)目建設(shè)資金管理工作。財(cái)政部門應(yīng)積極配合水利部門及時(shí)到位國(guó)家補(bǔ)貼資金，認(rèn)真組織落實(shí)配套資金。

4）加強(qiáng)培訓(xùn)，提高素質(zhì)。金昌市水務(wù)投資有限責(zé)任公司在工程實(shí)施建設(shè)中，及時(shí)組織參與工程施工和管理人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)、經(jīng)驗(yàn)交流，推廣新技術(shù)、新工藝，吸收外地好的經(jīng)驗(yàn)，提高施工人員和管理人員的整體素質(zhì)及技術(shù)水平，更好地為我縣水利工程建設(shè)服務(wù)。

5）加大宣傳，提高認(rèn)識(shí)。在項(xiàng)目實(shí)施中，采取召開不同規(guī)模、不同形式的現(xiàn)場(chǎng)會(huì)、電視臺(tái)播放工程建設(shè)專題片等多種形式，廣泛地宣傳實(shí)施此次項(xiàng)目建設(shè)的重要意義和融資方式，深入貫徹黨的方針、政策，大造興水治水輿論，發(fā)動(dòng)廣大干部群眾建設(shè)節(jié)水灌溉工程的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，營(yíng)造興建小型農(nóng)田水利設(shè)施項(xiàng)目節(jié)水灌溉工程的良好氛圍。

3 結(jié)論

本文通過對(duì)金昌市六壩鄉(xiāng)下七壩村田間灌溉方案及對(duì)策研究，得到以下結(jié)論：

1）以金昌市六壩鄉(xiāng)下七壩村為例，提出了適合當(dāng)?shù)氐匦巍⒆魑锱c種植方式的滴灌輸水灌溉系統(tǒng)；明確滴灌系統(tǒng)采用運(yùn)行方式—輪灌；制定項(xiàng)目區(qū)玉米滴灌灌溉制度。從而節(jié)約農(nóng)業(yè)灌溉水量，促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)。

2）鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田水利工程建設(shè)對(duì)于促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的作用，當(dāng)前鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田水利工程建設(shè)存在諸多問題，發(fā)展困難。本文提出的幾項(xiàng)措施能夠有效促進(jìn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型農(nóng)田水利工程的建設(shè)，更好的推動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。