蘭州市西固區(qū)農(nóng)田灌溉建設(shè)與管理分析

楊偉

摘 要：在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，基層水利項目是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建設(shè)的基礎(chǔ)條件，是社會經(jīng)濟(jì)體系的重要支撐，是生態(tài)環(huán)境必可不少的資源保障設(shè)施。積極推進(jìn)基層水利項目改革對促進(jìn)農(nóng)村發(fā)展、助力經(jīng)濟(jì)建設(shè)意義重大。因此，結(jié)合蘭州市西固區(qū)農(nóng)田灌區(qū)的建設(shè)情況，分析了農(nóng)田灌溉建設(shè)與管理的具體思路，借此優(yōu)化農(nóng)田灌溉方案設(shè)計，規(guī)范灌區(qū)建設(shè)與管理流程，以此構(gòu)建節(jié)能環(huán)保型社會，打造可持續(xù)發(fā)展社會水利系統(tǒng)，走出符合中國特色社會主義建設(shè)的現(xiàn)代化道路。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田灌溉；農(nóng)田管理；水資源；水利設(shè)施

中圖分類號：TV22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號：2095–3305（2024）01–0-03

《關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》文件指出：“必須下決心加快水利發(fā)展，切實增強水利支撐保障能力，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用”。為合理配置水資源，提升農(nóng)田灌溉水利用率，完善農(nóng)村水利基礎(chǔ)保障條件，應(yīng)加強農(nóng)田灌區(qū)建設(shè)與管理，使其整體規(guī)劃設(shè)計符合國家水資源保護(hù)與利用的基本要求。

1 蘭州市西固區(qū)農(nóng)田灌區(qū)的基本情況

蘭州市西固區(qū)農(nóng)田水利工程設(shè)施97%為電力提灌工程，已建成電力提灌工程44處（河邊泵站），共有泵房102座，總裝機(jī)容量210臺套2.54萬kW，上水主干管道156.5 km，配電柜303臺，實際灌溉面積4 793.33 hm2，其中，農(nóng)田灌溉面積3 020 hm2；綠化灌溉面積

1 773.33 hm2。湟惠渠自流灌溉面積133.33 hm2，電力提灌面積4 660 hm2。

西固區(qū)水務(wù)局下轄5個電灌站，均屬中小型電力提灌工程 ，灌溉總面積3 066.67 hm2，設(shè)計提水流量3.07 m3/s，年提水總量894萬m3，裝機(jī)總?cè)萘?6臺套7 950 kW。區(qū)域內(nèi)已建成黃河水電站3座，裝機(jī)容量14臺套39萬kW，其中，八盤峽水電站裝機(jī)容量6臺套22萬kW，總庫容1 950萬m3；河口水電站裝機(jī)容量4臺套7.4萬kW，設(shè)計洪水位1 558.10 m，總庫容1 638.40萬m3；柴家峽水電站裝機(jī)容量4臺套9.6萬kW，設(shè)計洪水位1 550.5 m，總庫容1 660萬m3。地處內(nèi)陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，屬大陸性半溫帶干旱氣候特征。

2 蘭州市西固區(qū)農(nóng)田灌區(qū)的建設(shè)思路

2.1 制定作物灌溉制度

灌溉制度是建設(shè)農(nóng)田灌區(qū)的基礎(chǔ)，是新建農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計的核心內(nèi)容。灌區(qū)建設(shè)完畢后，灌溉制度會作為灌區(qū)編制、執(zhí)行用水方案的重要依據(jù)，能夠促使灌區(qū)規(guī)范用水，在保護(hù)水資源基礎(chǔ)上，推動灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。在設(shè)計灌溉制度時，相關(guān)人員應(yīng)基于灌區(qū)水文、氣候、土壤、水資源條件，分析當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的灌溉技術(shù)要求，并以“高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)”“節(jié)約用水”為目標(biāo)，制定詳細(xì)的灌水制度，確定農(nóng)作物各個生產(chǎn)階段的灌溉指標(biāo)[1]。

第一，根據(jù)旱作物田塊的水量平衡原理，計算所有來水量，來水量等于去水量和某一時段內(nèi)土壤內(nèi)儲水量的變化量。獲取旱作物田塊水量平衡規(guī)律后，確定灌溉制度中的灌溉指標(biāo)。

第二，整理灌區(qū)基本資料，細(xì)化作物灌溉制度，準(zhǔn)確計算灌水量，包括各時段灌水量、灌水方法和各區(qū)域灌水量。

2.2 計算灌溉渠道流量

農(nóng)田灌區(qū)內(nèi)連續(xù)供水的渠道，在整個灌溉季節(jié)中，其流量是變化的。在灌區(qū)建設(shè)工作中，需要根據(jù)變化流量中典型流量作為設(shè)計依據(jù)，確定渠道設(shè)計流量、加大流量、最小流量，其中，設(shè)計流量對灌區(qū)供水能力具有決定性作用。設(shè)計流量是指在灌區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)條件下，結(jié)合灌溉用水需求，計算灌區(qū)渠道需通過的最大流量，以明確灌區(qū)渠道斷面、渠系建筑物規(guī)格大小。

為落實節(jié)能環(huán)保綠色理念，切實保護(hù)水資源，灌區(qū)建設(shè)還應(yīng)根據(jù)“水利用系數(shù)”計算灌區(qū)渠道流量，嚴(yán)格控制渠道設(shè)施、建筑尺寸。渠道水利用系數(shù)能夠直接反映一條渠道的水量損失情況，渠系水利用系數(shù)可反映各級固定渠道的輸配水損失情況、工作狀況，是衡量灌區(qū)運行管理水平的重要指標(biāo)，也是灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計的重要參考依據(jù)[2]。

蘭州市西固區(qū)灌區(qū)內(nèi)主要種植作物有小麥、玉米、洋芋、油料，蔬菜等，糧經(jīng)比約為4∶6。經(jīng)統(tǒng)計灌區(qū)總作物種植面積為241.87 hm2，實灌面積為241 hm2。

2023年，毛灌溉用水總量為132.505 2萬m3。通過測算水利用系數(shù)，西固區(qū)某灌區(qū)總干一泵站渠首設(shè)計為“U”形槽，全長300 m，縱坡約為1/500，水流基本平穩(wěn)，符合渠道灌溉要求，“U”形槽上設(shè)計水流平穩(wěn)的斷面，每隔2～4 h觀測記錄水流量，保證毛灌溉用水總量的精度。

2.3 推進(jìn)灌區(qū)信息化建設(shè)

“十四五”期間，各地區(qū)需要優(yōu)先推進(jìn)納入國務(wù)院確定的150項重大水利工程建設(shè)范圍的30處新建大型灌區(qū)，促進(jìn)已建大型灌區(qū)實施續(xù)建配套和現(xiàn)代化改造[3]。蘭州市西固區(qū)灌區(qū)可借此推進(jìn)灌區(qū)信息化建設(shè)：

第一，按照灌區(qū)當(dāng)前水利項目信息、水資源信息，依據(jù)水生態(tài)環(huán)境治理、管理需求，構(gòu)建局域自動控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能分析、智能感知功能的信息化系統(tǒng)，提升灌區(qū)內(nèi)外部管理水平，為灌區(qū)現(xiàn)代化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

第二，建設(shè)智能感知體系。基于智能感知網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)以物聯(lián)感知、航空感知和視頻感知為主的線上監(jiān)測系統(tǒng)，包括雨情、 水情、工情、墑情、水質(zhì)、工程安全，感知體系中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息采集應(yīng)覆蓋灌區(qū)信息流產(chǎn)生的全過程，同時形成閉環(huán)，打造可全域覆蓋的物聯(lián)感知網(wǎng)。

第三，建設(shè)完善灌區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)。為保證整個灌區(qū)渠系工程的實時監(jiān)控能力和數(shù)據(jù)傳輸效率，還應(yīng)建設(shè)可實現(xiàn)萬物互聯(lián)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，系統(tǒng)需支撐渠系防洪、水環(huán)境保護(hù)、水資源調(diào)配信息的正常收集和傳遞。

第四，建設(shè)灌區(qū)數(shù)據(jù)中心。灌區(qū)信息化建設(shè)與管理的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用，因此，還需建設(shè)灌區(qū)數(shù)據(jù)中心，促進(jìn)灌區(qū)數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)協(xié)同管理[4]。

3 蘭州市西固區(qū)農(nóng)田灌區(qū)管理方案

灌區(qū)管理是指在信息化建設(shè)基礎(chǔ)上，建設(shè)“智慧灌區(qū)信息化綜合管理平臺”（圖1）。平臺以提高用水效率為核心，以嚴(yán)格的水資源管理制度為保障，應(yīng)用各項先進(jìn)技術(shù)，匯集灌區(qū)信息數(shù)據(jù)，監(jiān)控分析數(shù)據(jù)、精準(zhǔn)測算后調(diào)度水量，實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，為水權(quán)交易提供科學(xué)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在智慧灌區(qū)信息化綜合管理平臺運行期間，可同時管理西固區(qū)各個灌片、不同區(qū)縣的灌溉用水情況，同時提供綜合監(jiān)控、決策分析等服務(wù)，這是灌區(qū)管理的基礎(chǔ)，有助于推動灌區(qū)信息化管理建設(shè)。

3.1 灌區(qū)“一張圖”

灌區(qū)管理“一張圖”是以灌區(qū)GIS地圖為藍(lán)本，集合灌區(qū)地形圖、土地利用圖、農(nóng)田保護(hù)圖、水系分布圖、灌溉工程分布圖、灌溉面積分布圖、水資源紅線圖、遙感影像圖等多源信息的地圖，疊加灌區(qū)水資源和工程管理等業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，構(gòu)建統(tǒng)一的“地下測、網(wǎng)上控、平臺管”的灌區(qū)綜合監(jiān)管“一張圖”[5]。

3.2 綜合監(jiān)控

監(jiān)控服務(wù)是在信息采集的基礎(chǔ)上，監(jiān)控灌區(qū)氣象情況、水情、雨情、閘門狀態(tài)、其他影像信息，具有展示灌區(qū)監(jiān)控信息的作用，有助于提升灌區(qū)管理的便捷性。

3.3 水量調(diào)度

依據(jù)灌區(qū)用水、需水情況，以及灌區(qū)供水能力，應(yīng)用人工智能技術(shù)，輔助分析各階段灌區(qū)用水、配水灌溉方案。比如，基于人工智能程序、遙測技術(shù)，整理各區(qū)域用水量，計算水利用系數(shù)，分析、考核灌溉方案及其執(zhí)行情況，確保灌區(qū)管理決策的可靠性。

3.4 閘門控制

在遠(yuǎn)程監(jiān)控的基礎(chǔ)上，應(yīng)用自動、手動、遠(yuǎn)程控制的方式，監(jiān)控管理閥門狀態(tài)，下達(dá)動作指令，展示閥門狀態(tài)圖像視頻信息。

3.5 運維管理

包括灌區(qū)建設(shè)工程管理、灌區(qū)站點管理，具有工程智能巡視、平臺預(yù)警、人工巡檢反饋、信息錄入、維護(hù)方案智能分析等功能，是灌區(qū)建筑物、設(shè)備、建設(shè)項目信息化管理的核心。

3.6 水費管理

為了給水費計算、水權(quán)交易提供決策依據(jù)，可動態(tài)化配置灌區(qū)用戶供水量、計算水費，有助于提高水費核算效率，推動水費計收工作順利進(jìn)行。

3.7 移動智能終端

主要功能是信息服務(wù)，可通過手機(jī)、電腦、監(jiān)控設(shè)備為灌區(qū)管理者提供信息服務(wù)。

3.8 水量監(jiān)測

通過安裝智能傳感設(shè)備，建設(shè)水量監(jiān)測站，以實現(xiàn)對引水、輸水、配水、分水點和分界點全過程的水位、流量自動實時監(jiān)控，為灌區(qū)總調(diào)度、分中心提供 數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)對水資源的優(yōu)化配置。同時能夠自動采集灌區(qū)水情、雨情信息，定點抓拍，實時記錄河道、水庫、渠道水位的動態(tài)變化過程，為灌區(qū)管理部門提供評估灌區(qū)需水量和來水量的輔助決策依據(jù)，實現(xiàn)對水量的科學(xué)配置。

4 農(nóng)田灌溉建設(shè)與管理指標(biāo)

4.1 灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)

灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)是農(nóng)田灌溉建設(shè)與管理的核心指標(biāo)，在農(nóng)田灌溉建設(shè)中，水利用系數(shù)是灌區(qū)建筑、設(shè)施、設(shè)備規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)。在農(nóng)田灌溉管理中，該指標(biāo)能夠指導(dǎo)灌區(qū)調(diào)整用水、配水方案，提升灌區(qū)水量監(jiān)測使用的準(zhǔn)確性。

蘭州市西固區(qū)某灌區(qū)建設(shè)管理期間，管理者采用首尾測算分析法測算灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)。測算程序以《全國農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算分析技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則》為基礎(chǔ)，分別調(diào)整灌區(qū)選點，獲取典型灌區(qū)信息數(shù)據(jù)。以灌區(qū)水利用系數(shù)測算分析為例，相關(guān)人員應(yīng)在灌區(qū)供水范圍內(nèi)篩選典型田塊，在篩選測算田塊時，應(yīng)全面分析田塊土壤結(jié)構(gòu)、地下水源分布情況、農(nóng)作物灌溉方法、日常灌溉習(xí)慣、田間平整度、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)等信息，提取具有代表性的參考數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確計算典型田塊凈灌溉定額。經(jīng)測算，該灌區(qū)樣點灌區(qū)2023年度（3—10月）作物生育期降水為191.84 mm，多年平均降雨量（3—10月）為324.04 mm，屬少雨年份，灌區(qū)毛灌溉用水量為132.505 2萬m3，凈灌溉用水量為75.740 7萬m3，灌溉水有效利用系數(shù)為0.571 6。

4.2 灌區(qū)建設(shè)管理建議

通過測算分析西固區(qū)某灌區(qū)灌溉水有效利用系數(shù)可知，該灌區(qū)建設(shè)管理工作仍存在以下問題：第一，節(jié)約水資源、應(yīng)用節(jié)能灌溉技術(shù)的意識薄弱，沒有認(rèn)識到節(jié)水灌溉的價值。灌區(qū)服務(wù)群體的節(jié)水灌溉認(rèn)知有偏差，且當(dāng)前節(jié)水灌溉項目缺乏統(tǒng)一的高標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)水技術(shù)水平不高。第二，測算灌區(qū)建設(shè)與管理指標(biāo)的資金投入少，導(dǎo)致測算工作受阻，不利于灌區(qū)運營期間的建設(shè)與管理。第三，灌區(qū)配套設(shè)施不完善，缺少數(shù)據(jù)測算、指標(biāo)測算分析，使得測算分析準(zhǔn)確性不高。

因此，農(nóng)田灌區(qū)應(yīng)加強對節(jié)水、水資源保護(hù)相關(guān)的宣傳教育工作，構(gòu)建節(jié)水灌溉工藝推廣、節(jié)水服務(wù)管理為一體的組織結(jié)構(gòu)，及時完善灌溉用水管理制度，使灌區(qū)服務(wù)主體認(rèn)識到節(jié)水灌溉、保護(hù)水資源的重要性，自覺參與節(jié)水宣傳、灌區(qū)節(jié)水、灌區(qū)水資源治理工作，強化灌區(qū)群眾在灌區(qū)節(jié)水灌溉活動中的積極作用。

此外，還應(yīng)適當(dāng)加大灌區(qū)現(xiàn)代化管理中的資金投入，夯實指標(biāo)測算基礎(chǔ)，及時完善灌區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施，如水量監(jiān)測、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能感知設(shè)施。

5 灌區(qū)建設(shè)管理的基本策略

基于灌區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析結(jié)果，灌區(qū)可通過以下4種措施來提高灌區(qū)用水效率，規(guī)范管理灌區(qū)。

第一，采取科技培訓(xùn)入戶、技術(shù)服務(wù)到戶、農(nóng)業(yè)信息入戶等措施。使灌區(qū)廣大群眾更深刻地認(rèn)識到節(jié)水灌溉的緊迫性和重要性，更進(jìn)一步明確執(zhí)行節(jié)水灌溉制度、落實各項節(jié)水措施是為了科學(xué)用水、合理灌溉、降低成本、增產(chǎn)增收。

第二，定期對灌區(qū)水渠、電氣設(shè)備進(jìn)行運維與管理，通過渠道清淤、設(shè)備檢修控制灌溉輸水時的損失，提高水利用率。

第三，建設(shè)泵站和渠道更新改造項目，高效利用灌區(qū)內(nèi)的各類機(jī)電設(shè)備，為節(jié)水目標(biāo)的實現(xiàn)打好基礎(chǔ)。

第四，科學(xué)管理農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，優(yōu)化供水規(guī)劃設(shè)計。比如，解決灌區(qū)農(nóng)作物種植類型少，結(jié)構(gòu)單一、比例不合理的問題，緩解同類作物需水矛盾。主動配合相關(guān)部門推廣、宣傳、落實經(jīng)濟(jì)作物種植工作，提升作物種植比例的合理性。

6 結(jié)束語

蘭州市西固區(qū)開展農(nóng)田灌溉建設(shè)與管理工作時，還應(yīng)結(jié)合灌區(qū)特點、用水需求，加強水利用系數(shù)測算與分析工作，及時完善灌區(qū)農(nóng)作物灌溉制度，推進(jìn)灌區(qū)管理信息化建設(shè)。應(yīng)用計算機(jī)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，升級灌區(qū)建設(shè)與管理模式，打造實時監(jiān)控、水量分析系統(tǒng)，以加強灌區(qū)對水資源的統(tǒng)籌規(guī)劃能力，保障灌區(qū)管理效果，提升農(nóng)田灌溉工程建設(shè)水平，為農(nóng)村水利、基層水利項目可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

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