橫山區塔灣鎮蘆溝村節水灌溉與效益探析

孫衛勇

（榆林市橫山區雷惠渠服務所，陜西 榆林 719000）

節水灌溉是現代農業生產發展的重要方向，但因一次性投資較大發展較為困難。塔灣鎮蘆溝村是橫山區經濟作物主要生產區，為推進當地農業現代化建設進程，配套已建成寬幅梯田，發展玉米、豆類農業經濟作物及黃芪、遠志等藥材種植，鞏固脫貧攻堅成果，需探討其節水灌溉方式。

1 概況

蘆溝村位于塔灣鎮西6 km 處，屬季風大陸性草原氣候[1]，年平均降水量351.77 mm，總人口468戶1 775人；屬典型的風沙草灘區，總土地面積41.8 km2，其中耕地10 km2、林地13 km2。項目區地勢平坦、土地肥沃，較適宜種植大田作物及有機蔬菜、黃芪、遠志等藥材。現有耕作區無灌溉水源，基本上“靠天吃飯”。

2 水源分析

蘆溝村位于蘆河左岸，地處風沙蓋沙與黃土丘陵溝壑疊加區域，區內水源分地表水和地下水。

2.1 地表水

蘆河上現有蘆河渠灌溉工程修建于1958 年，系有壩引水渠道，引取蘆河水，為自流灌區，原設計引水量1 m3/s[2]，年總引水量1 560 萬m3。受水區為橫山、趙石畔2個鄉鎮、18個行政村，人口2.4萬人。灌區主要種植作物為玉米、水稻、高粱、洋芋、蔬菜、西瓜等，復種指數為100%，糧食總產量0.29 萬t，是橫山區主要蔬菜供應基地。

現狀渠系水利用系數0.491，干渠全長11.08 km，其中4.37 km為土渠或損毀，其余渠道完好，渠道完好率60.56%。支渠2條，1支渠長4.33 km，其中1.91 km為土渠，其余已襯砌；2 支渠長3.48 km，全部為襯砌渠道。工程設計灌溉面積5.8 km2，有效灌溉面積5.1 km2，實際灌溉面積4 km2。

蘆河渠渠首攔河溢流壩建在蘆河干流上（主要水源來自上游河口廟水庫）。該壩為漿砌石重力壩，頂長60 m，高4.5 m，頂寬4 m，底寬12.5 m。壩下游兩側設置有漿砌石導流墻。現有多處工程病險嚴重，存在許多安全隱患，迫切需要對該灌區進行節水更新改造。

2.2 地下水

由于蘆河渠病險問題較多，灌區水量基本引盡，若再修建渠系引水灌溉，成本較高，也不適宜進行節水灌溉，蘆河村節水灌溉項目水源考慮利用地下水。由于緊靠蘆河，蘆溝村地下水資源相對較豐富，區內地下水天然資源量為3 863.15萬m3/a。

2.3 需水量分析

根據項目區附近機井實際情況，該區域井深180~250 m，土層80 m，單井出水量25~35 m3/h，根據灌溉地塊面積及輪灌組劃分情況，滴管系統各輪灌組設計流量5.8～8.1 m3/h；管灌系統各輪灌組設計流量6.59 m3/h，均小于水泵上水能力（10 m3/h）和單井出水量，供水滿足灌溉要求。經對該水源周邊勘察，區域內無工業、養殖、垃圾堆放以及排污口等其他污染源。規劃在項目區打機井取水，建高位水池2 座，利用潛水泵加壓到蓄水池，通過管網灌溉。根據出水量要求及地下水的埋藏情況，機井設計取水層為淺層含水層，設計井深200 m，土層80 m，巖石層120 m，井身段采用鋼套管護壁，管徑0.3 m。

3 滴灌典型設計

作為節水效果最好的灌溉技術，滴灌得到普遍使用[3]。根據項目區內作物的生長特性，經過調查和借鑒以往節水灌溉成功經驗，決定采用滴灌的節水灌溉方式。滴灌面積0.32 km2，水源為機井。灌溉需水量為45.5 m3/h，需機井2眼，單井出水量為25 m3/h根據現場地形及水源條件，選擇1號井控制的0.26 km2耕地作為典型地塊進行設計。

3.1 基本參數

灌溉設計保證率為75%；灌溉水利用系數為0.9；其他有關技術參數如下：本次滴灌以玉米為主，微灌土壤濕潤層厚度0.5 m；微灌設計土壤濕潤比為90%；田間持水量為30%；耗水強度為5.0 mm/d；系統設計日工作12 h。

3.2 田間管網布置

田間管網包括干、分干、支、毛管4級管道，設計主要目的是將經由過濾設備過濾后符合灌溉要求的水由主配水管道輸送至田間。

3.2.1 輸配水管網

設計工藝流程為干管→分干管→水表→支管→毛管。具體的滴灌系統輸水管網如下：水源（機井）→調蓄水→計量裝置（水表、壓力表）→施肥罐（施肥控制裝置）→干管（地埋UPE 管）→支管（地埋UPE管）→輔管（PE軟管）→毛管（滴灌帶）。

3.2.2 干管選擇與布置

干管一般沿道路或田間路地埋敷設，選用UPE管材。分干管視田塊及支管的情況，可垂直或平行干管地埋敷設，一般垂直于干管，沿田塊一側布置，選用UPE 管材。支管垂直分干管、毛管地埋敷設。干管、分干管、支管均通過三通或彎通與干管連接。支管首部設有控制閥，長度依據地形設計。輔管平行于支管布置，選用PE 軟管，毛管平行于作物種植方向。為了防凍，干管按不小于1.5‰的坡度在管道未端設排水井。

3.2.3 毛管選擇與布置

輸水管道選用PE 管，該種管材相較于PC 管接頭裝置簡便、經濟實惠。設計干管、分干管采用PE管以地埋形式鋪設，支管、毛管采用PE 管鋪設于地面。毛管鋪設方向與作物種植方向一致，支管與毛管垂直，其他各級管道自下而上依次與下級管道垂直布置。

根據設計濕潤深度，結合當地的土壤條件，考慮實際情況，本次毛管（灌水器）采用迷宮式滴灌帶，設計流量為2.0 L/h，滴頭間距0.3 m。

由于玉米種植兩行為一畦，毛管布置兩行玉米中間，平行于作物種植方向，間距0.9 m。毛管為內鑲片式滴灌管，外徑16 mm，滴頭間距0.3 m，工作水頭8.0 m，流態指數0.5。毛管進水口通過接頭與支管連接，末端封堵。毛管在支管兩側對稱（豐字形）布設；部分地塊采用梳子形搭配布設。

3.3 灌溉制度擬定

3.3.1 最大灌水定額

滴灌最大灌水定額根據下式進行計算：

式中：mmax為設計最大灌水定額（mm）；γ為土壤容重（g/cm3）[4]，取1.4 g/cm3；z為土壤設計濕潤層深度（cm），取50 cm；p為設計土壤濕潤比，取90%（糧、棉、油等植物為60%~90%）；θmax為適宜土壤含水率上限，取田間持水率的95%；θmin為適宜土壤含水率下限，取田間持水率的65%。

經計算，得出mmax=18.9 mm。

3.3.2 設計灌水周期

式中：T為設計灌水周期（d）；Tmax為設計最大灌水周期（d）；Ia為作物耗水強度（mm/d）[5]，取5.0 mm/d；mmax為設計最大灌水定額（mm），取18.9 mm。

經計算，得出Tmax=3.78 d。根據當地實際情況，本次設計灌水周期T＝12 d。

3.3.3 設計灌溉定額

設計毛灌水定額根據下式進行計算：

經計算，得出m毛=21 mm。

3.3.4 滴灌系統的工作制度

滴灌管布置在兩行玉米中間，平行于作物種植方向，滴頭間距Se=0.3 m，毛管間距Sl=0.9 m。（1）一次灌水延續時間t。其計算公式為：

式中：Se為滴頭間距（m），取0.3 m；Sl為毛管間距（m），取0.9 m；m滴為設計毛灌水定額（m3/hm2）；qd為滴頭流量（L/h），取2.0 L/h；

經計算，得出一次灌水延續時間t=2.55 h，取t=3.0h。

（2）輪灌區數目N。輸配水系統工作時間為12 h，一次灌水時間取3.0 h，灌水周期取12 d。最大輪灌組計算公式為：

經計算，得出N=52組。

單個灌水小區長102 m、寬60 m，實際輪灌區取N=52組。

（3）滴灌系統的工作制度。典型1#地塊面積0.26 km2，設計灌水小區尺寸按照102 m×60 m（長×寬）進行控制，共43個。每個灌水小區內由1條輔管控制，單條輔管長60 m；每條輔管布置134 條毛管（兩側出水，每側67條），毛管采用迷宮式滴灌帶。

在進行灌溉時，由1 條干管控制，一次開1 條支管，一條支管開1條輔管，一條輔管開啟134條毛管作為一個輪灌組，1#地塊共分為43組；2#地塊0.06 km2，共分為9組。

3.4 田間管道水力

毛管采用內鑲片式滴灌管，單根長51 m，管徑16 mm，滴頭間距0.3 m，滴頭流量2.0 L/h，滴頭工作水頭8.0 m，毛管（迷宮式滴灌帶）長度51 m，單條毛管進口流量0.34 m3/h。

根據管網布置和灌溉制度，一次灌溉每條輔管同時最多開啟130條毛管，則干、支管進口工作壓力水頭為4.80 m，干管總水頭為14.90 m。

3.5 高水位池設計

直接抽取地下水灌溉，水溫過低，不利于農作物生長；同時，近年項目區地下水位在逐年下降，考慮后期水量減少，為了更好沉淀，需修建調蓄池1 座。

項目區水源為機井，泵站流量為25 m3/h，若泵站每天工作時間按12 h 計算，則一天的出水量為300 m3。考慮到水泵運行效率、水泵維修所造成的灌溉時間不足以及灌溉時間延誤的影響，本次高位蓄水池容積取200 m3。

3.6 滴灌附屬設計

根據滴灌工程布置，滴灌水源為機井，通過水泵加壓后輸送至調蓄池，經過首部樞紐房，送至田間管道。滴灌首部樞紐房內放置過濾站、施肥罐、流量計、壓力表和保護裝置等。

項目機井全部供滴灌地塊水源，井房與滴灌過濾房共用。在滴灌系統中，為了防止滴灌帶堵塞，常常在首部設置過濾器。本工程水質比較清澈，泥沙含量很少，無明顯漂浮物。設計過濾器選擇離心+網式過濾器（3 吋W0301+L0301）。滴灌時可同時施入化肥，結合實際，施肥罐選擇500 L。

4 效益分析

項目區工程概算總投資218.87 萬元，其產生的效益主要有以下三方面。

4.1 社會效益

（1）有利于提高作物抗旱能力，提高當地農業綜合生產能力，促進群眾收入增加，提高百姓生活水平。

（2）有利于農業種植結構調整，使農業生產結構更趨合理，促進農村經濟快速發展。

（3）農業的發展能夠帶動農產品加工業的發展，增加地方財政收入。

4.2 生態效益

（1）發展高效節水滴灌可以節約水資源，有利于改良土壤顆粒結構，有效防止耕地鹽堿化，減少水土流失。

（2）有利于提高農民節約意識，促進生態環境的良性循環。

（3）節水灌溉的形式多樣，可以調節區域小氣候，美化農村環境，形成路、林、溝、田和諧統一的格局，為發展觀光農業奠定了基礎。

4.3 經濟效益

4.3.1 灌溉增產效益

項目區凈灌溉面積0.32 km2，實施節水滴灌工程后，將原有旱臺地改為水澆地，主要種植玉米、藥材、大田作物，澆水及時，肥料的利用率提高，促使作物增產。據有關試驗資料，玉米、藥材、大田作物實行節水灌溉后可增產40%以上；以玉米為例，項目實施后，可增產30 kg/km2，按現行價格2.8 元/kg 計算，年增效益1 260 元/km2。根據上述數據計算，該項目年增產值為59.7萬元。

4.3.2 省工及節能效益

實施節水灌溉后，年節能效益2.4萬元。

4.3.3 費用計算

（1）固定資產投資。該項目固定資產投資為218.87萬元。

（2）年運行費。該工程運行期間費用主要包括工程維修費、能耗費用、管理費及其他費用。其中，維修費包括管道、建筑物工程等維修、養護和大修理費用，根據類似項目區調查和預測，年維護費約為固定資產投資的1.5%，即218.8×1.5%=3.28（萬元/a）。項目區平均每年灌水2.65 萬m3，每度電灌溉水量1.5 m3，電價按0.45 元/kW·h計，經計算年電費為1.2萬元。根據水利工程固定資產分類折舊年限的規定，本工程的折舊年限為20 a，經計算年折舊費為9.7 萬元。管理費按0.32 元/km2計，則年管理費為0.71 萬元。其他費用包括清除或減輕項目帶來的不利影響所需補救措施、日常行政、科學試驗和觀測以及其他經常性開支等費用，該項費用按維護費、動力費、管理費總和的10%計算，即1.7萬元/a。

（3）年效益。考慮項目建成后，年增加效益59.7萬元，減去維修費、電費、折舊費、管理費及其他費用共計18.59萬元，年凈收入41.11萬元。

5 結語

蘆溝村地勢平坦，地下水資源豐富，特別適合發展灌溉型大田糧食作物及蔬菜類經濟作物、藥材。通過分析，提出采用節水滴灌方式，可以有效地利用當地的地下水資源，統一開發，集中管理。不但可以避免當地農民無節制開發地下水資源，而且通過節水灌溉保證了作物的灌溉期需水，提高作物產量，從而增加農民的經濟收入，帶動當地農業產業結構改革。