固海扬黄扩灌工程十一泵站建后灌区节水改造

杨长林

（宁夏回族自治区固原市原州区水务局，756000，固原）

固海扬黄扩灌工程十一泵站建后灌区节水改造

杨长林

（宁夏回族自治区固原市原州区水务局，756000，固原）

宁夏回族自治区在固海扬黄扩灌工程十一泵站建设以后，由于灌区最初的低压管灌节水灌溉不成功，需要进行节水改造。通过选择试验区进行滴灌和喷灌技术实验研究，提出节水改造推广以滴灌为主、喷灌辅之，通过将土地流转变为公司化的机械化耕作、生产、销售于一体的集约化经营管理模式，实现灌区良性运行持久发挥效益。

节水改造；滴灌和喷灌；管理模式；扬黄灌区

固海扬黄扩灌工程（简称固扩工程）为宁夏回族自治区扶贫扬黄灌溉工程之一，设计灌溉面积25万亩（1亩=1/15 hm2，下同），2001年开工建设。针对水资源短缺、远距离高扬程输水灌区供水成本高、沿用传统渠道输水灌溉模式和种植结构难以维持良性运行和持久发挥效益等问题，2008年国家发改委建议对未完成渠道配套的固扩工程十一泵站以后灌溉面积推行高效节水灌溉技术，并利用节约水量在宁夏中部干旱带发展特色节水补灌农业7.67万hm2。《宁夏中部干旱带生态移民固原市原州区南城拐子二级扬水节水补灌工程初步设计报告》规划在固扩工程南城拐子支干渠灌溉区外围（西面）发展3.3万亩高效节水补灌面积，以解决移民区的灌溉用水问题。通过建南城拐子二级扬水泵站从南城拐子支干渠扬水至西面的高位沉沙调蓄池作为灌溉水源，配套完善取水设施和干、支、斗管及地面移动软管四级输配水管道，作物种植结构规划由传统的小麦、油料等作物调整为以枸杞、食葵、马铃薯、饲用玉米、瓜菜及中药材等经济作物为主。2010年一期工程实施完成了南城拐子支干渠1～7支管低压管道节水补灌面积1.373万亩。但由于作物种植结构调整没有落实，且地面移动软管移动时易损坏作物并耗费大量的劳动力资源，该灌溉技术不被当地农户认可和采纳。为此，2011年原州区政府及水利部门决定对该管灌区进行全面的高效节水改造。首先选择了集中连片且灌溉面积接近的2条支管控制面积区做实验区，改管灌为滴（喷）灌，发展低耗水高效益的经济作物，以示范带动该地区高效节水农业发展。文中就本次节水改造技术及新兴管理模式进行阐述，为类似灌区，尤其是扬黄灌区及节水补灌区提供技术经验借鉴。

一、实验区总体规划设计

实验区规划总面积0.72万亩，分为滴灌和喷灌两个功能区，滴灌面积0.62万亩，喷灌面积0.1万亩，喷灌区引进3台时针式喷灌机、2台卷盘式喷灌机，每台时针式喷灌机控制灌溉面积300亩，每台卷盘式喷灌机控制灌溉面积50亩。喷灌布置在滴灌区下边缘，利用自然地形落差（≥40 m）实现自压，以节约灌溉成本和能源。规划将作物种植结构调整为番茄和马铃薯，两者种植面积各半，相互一年一轮作。

规划设计思路和原则是：根据原设计资料及现状管道，以尽量充分利用现有地埋管道为原则，增设部分地埋斗管，滴灌区沿斗管安装垂直地面竖管及地面PE管，将原地面移动软管均改为Φ63 PE管，PE管上安装滴灌带。喷灌区改变较大，新建地面出水设施，原部分不用出水口将被封堵。

由于喷灌面积小且引进的是成套的现代化设备，无须进行详细的规划设计，因此重点介绍滴灌系统规划设计。

1.滴灌系统布置

原灌区干管大致按平行等高线布置，支管垂直干渠布置，斗管垂直支管布置，间距为240 m，沿斗管每50 m左右安装垂直于地面的竖管，地面部分接给水装置连通地面移动软管。原设计灌区按地形落差进行自流灌溉,规划在实验区内的4号支管与干管结合位置附近建1个沉沙调蓄水池，由南城拐子支干渠明渠引水入沉沙调蓄水池为灌溉水源，以原支管控制范围分别为1个小灌溉单元，配套完善滴管系统设施（包括加压泵），改自流灌溉为有压灌溉。

滴灌系统由水源工程、泵房（建在沉沙调蓄水池附近，搁置首部枢纽）、首部枢纽、各级输配水管道和滴头等组成。滴灌系统布置流程为：水源（沉沙调蓄池）→浮筒式取水装置（取水）→闸阀井（控水）→水泵及动力机（加压）→过滤器（砂石＋自动叠片反冲两级组合过滤）→施肥罐（施肥）→测量控制仪表（水表、压力表）→地埋支管→地埋斗管→竖管及给水装置（连接地埋管和地面管，地面部分安置给水栓）→辅管（地面PE管）→毛管→滴头。

输配水管网由地埋支管及斗管、地面支管（Φ63 PE管）及毛管（滴灌带）等4级组成。灌区规划将原地埋支管、斗管及地面给水装置尽量利用，管径Φ315～125 mm，在原斗管之间增设1条斗管，使斗管间距变为120 m，管径Φ125～160 mm，支、斗管公称压力均为0.63 MPa；将地面移动软管改成双向布置的公称压力为0.25 MPa的Φ63 PE管，并垂直斗管布设，各边铺设长度25 m左右；根据不同作物行间距（马铃薯行间距一般0.9 m），沿Φ63 PE管垂直且双向布设滴管带，滴灌带大致平行等高线布置，即沿作物种植方向平行布置，滴灌带上灌水器间距根据作物株距确定，一般为0.3 m。滴灌带选用镶片式滴灌带，管径Φ16 mm，公称压力0.15 MPa。

2.滴管系统设计

滴（喷）灌区布置、管网流量、管径及水头损失等计算，依据的是《大田滴灌工程设计图集》和《微灌工程技术规范》等，与常规设计计算无不同之处，公式繁多冗长，本文只给出结果，不列出计算过程。

滴灌灌溉制度设计结果：灌区设计马铃薯全生育期灌水8次，灌水定额5～14 m3。亩均综合净灌溉定额67 m3，毛灌溉定额74 m3（与原节水补灌亩均灌溉定额基本相等）。每次灌水周期为6天，分干管、支管采取轮灌方式，一次开启2～4条分干管，每条分干管上同时开启6～10条支管，每条支管上布置28条滴灌带，2小时开、关一次，先开后关，先灌远处后灌近处，由人工操作灌溉。

实际灌溉情况：由于番茄种植及加工企业临时退出，因而在项目实施时，滴灌地面支管及毛管（即滴管带）全部按照马铃薯种植株行距布置，株距0.3 m，行距0.9 m。灌溉制度按照马铃薯滴管灌溉制度执行（见表1）。2011年4—6月生长期共灌水5次，7月份之后降雨偏多，再没有灌水，冬灌和播前灌溉共2次。根据实际记录和测算，滴灌灌水定额为8～13 m3/亩，喷灌灌水定额为15～20 m3/亩，滴灌灌溉定额为74 m3/亩，喷灌灌溉定额为122 m3/亩。

3.建筑物及附属设备

（1）沉沙调蓄水池

考虑到黄河水含沙量大，该河段悬移质泥沙颗粒较细，且扬黄渠道每年4月25日—6月3日为停水期，而此时段正是灌区作物灌水关键时期，所以需要建沉沙调蓄水池进行调节。调蓄容量为此时段作物灌溉需水量与多次调蓄后的沉沙量之和，计算得调蓄池容积为20万m3。

（2）浮筒式进水装置

原灌区设计从蓄水池池底管道直接进水入灌溉管网，本次经过创新，设计为浮筒式进水装置，即用2个100 L容积的空桶，其上绑扎350 mm的PE软管，软管口用过滤罩过滤漂浮物，软管和蓄水池围堰内由350 mm固定预埋钢管相连，水由软管流经预埋钢管，再经闸阀井至泵房加压泵，经加压、过滤、施肥等环节，最后流入泵房外的滴灌输配水管网。浮桶式取水装置创新性地将过滤与日照相结合，改原来取池底较浑浊的低温水为取池顶较清澈的高温水，解决了水质和水温问题。

表1 马铃薯滴灌灌溉制度

（3）过滤、施肥装置

水泵、过滤及施肥装置均安装在泵房内。因水源为黄河水，含泥沙、有机质等杂质较多，过滤系统采用三级过滤，蓄水池作为第一级过滤，其他采用“砂石＋自动叠片反冲洗”两级组合过滤器。组合过滤器的第一级砂石过滤器负责过滤水中的大部分砂石和悬浮物，第二级采用叠片过滤器，确保水质达到灌溉系统的要求，保证灌水器使用过程中不会发生堵塞现象。过滤器技术参数选择根据系统设计流量选定。本灌区选用“砂石＋自动叠片反冲洗”两级组合过滤器：Q=300 m3/h，过滤精度120目，承压力0.6 MPa。

施肥装置采用施肥罐，可在灌溉过程中连续进行施肥操作,使用简单方便，运行可靠。可使用固体可溶性肥料，实现不同品种肥料的混合施加。施肥过程伴随灌溉同时进行,在灌溉过程进行到1/3时开始，这样可以保证对灌溉系统的正确冲洗和尽可能地减少化学物质对滴头的堵塞。施肥完毕后,必须继续灌溉15分钟。本灌区选用的是300 L施肥罐。

（4）灌水器选型

灌水器是直接向作物施水的设备，其作用是把末级管道即毛管中的压力水流均匀而又稳定地分配到田间。大田灌溉通常选择滴灌带，其灌水器间距为0.3 m，单个灌水器流量为0.8～3.6 L/h。为了确保一次性试验成功，并根据灌区土壤质地和种植作物特点，选用的镶片式滴灌带的技术参数：工作水头为10 m时，灌水器间距为0.3 m，单个灌水器流量为3 L/h。

二、灌溉管理制度

为便于集中统一管理，将项目区范围土地从农民手中租用来，经过土地流转，然后招商引进宁夏某公司，按照“公司+农户”集约化经营管理模式，调整作物种植结构为低耗水高效益的马铃薯和番茄，并配置马铃薯及番茄加工基地，由公司进行田间种植作业经营管理，从起垄、播种、喷洒农药到收获全部采用机械化操作，同时进行科学配肥、土壤测墒、测温等农艺技术。原州区扬黄灌溉管理局作为供水方负责水池蓄水、泵房操作及田间管道的维护管理，并征收水资源费，同时管理局灌溉技术负责人蹲点进行相关实验数据收集、整理和分析。公司作为受水方负责配肥到施肥罐和田间闸阀开与关。双方按照操作规程分工协作，确保本滴（喷）灌试验项目能够顺利进行。

三、工程效益

1.节水效益

原节水补灌设计亩均灌溉定额74 m3，为不充分灌溉，灌溉水量不到充分灌溉所需水量的30%；而实验区滴灌设计亩均综合灌溉定额74 m3，为充分灌溉。说明滴灌节约水量能满足灌区充分灌溉所需水量。

同时，附近渠灌马铃薯亩均灌溉定额约为260 m3，滴灌区亩均灌溉定额为74 m3，与渠灌相比亩均节约水量186 m3，节水71.54%；喷灌区亩均灌溉定额为122 m3，与渠灌相比亩均节约水量138 m3，节水53.08%；滴灌与喷灌相比，滴灌亩均省水48 m3，节水39.34%。说明滴灌和喷灌节水效果都相当好，滴灌比喷灌相对更省水。

由于节约水量全部用于作物充分灌溉所需水量，节水效益含在增产效益上，这里不重复计算。

2.增产效益

滴灌区马铃薯亩产3 000 kg左右，喷灌区亩产2500～3000kg，比渠灌亩均增产500～1 000 kg。总产量2 135万kg，当年市场收购价0.7元/kg，总产值1 494.5万元，每亩种植成本1 200元(包括200元/亩土地流转费)，总成本864万元，净效益630.5万元，亩均效益875.7元，与原来（无灌溉条件时）相比，亩均增收成倍。

3.社会效益

项目实施具有很大的社会效益：土地流转变为公司化的机械化耕作、生产、销售于一体的集约化经营管理模式后，既解决了土地长期以来的低效问题，又把大量的劳动力从繁重的农业生产中解放出来，部分农民可就地在公司打工，同时照顾家庭，剩余劳动力外出打工挣钱，大大增加了农民收入，实现了企业和农户双赢目的。而且农民在参与生产过程中学到了现代农业种植、管理经验，对加速农业结构调整、发展优质高效灌溉农业具有积极促进作用，引发了一场由自给自足粗放经济型向公司化、集约化、优质、高效、节灌、可持续发展精细经济型模式的革命性转变，进而产生了较大的社会效益。

四、结语

①作物灌溉制度设计值与实际有差别，原因一方面是因为不充分灌溉变成充分灌溉，另一方面是因为不可预期的降雨等外界环境因素影响造成灌水时间和灌水定额的差异，因而作物灌溉制度应根据降水、作物耗水及土壤水分变化进行预测预报，及时合理调整。

②滴灌相对省水且灌水均匀性好，喷灌易受自然环境因素（如大风）影响，灌水均匀性差，作物长势稍差，产量较滴灌低。所以，节水灌溉工程推广以滴灌为主，喷灌辅之。

③该节水改造技术科学合理，可行性和实用性强。通过新建沉沙调蓄水池，不仅沉淀了黄河沙，也解决了当地扬黄水不能适时适量供水灌溉问题；创新应用浮筒式取水装置，不仅过滤漂浮物，也取表面较清且温度较高的水，克服了扬黄水因杂质多易堵塞滴头或滴孔及水质和水温问题；喷灌区布置在滴灌区下边缘，利用自然地形落差实现自压，节约了灌溉成本和能源；工程改造时将原管道尽可能利用，降低了节水改造工程建设所需投资。

④新兴的土地流转，采用“公司+农工”的管理模式，促进了土地资源集约高效利用,进而带动了农村经济的发展,同时确保了灌区良性运行和持久发挥效益。

该灌区采取的节水改造技术及管理模式是扬黄灌区发展高效节水农业值得推广的技术经验，建议在同类灌区，尤其是扬黄灌区和节水补灌区推广应用。■

[1]刘学军，薛塞光，刘平，等．宁夏中部干旱带特色农业节水补灌技术与管理模式研究[J]．中国农村水利水电，2010（9）．

[2]顾烈烽.大田滴灌工程设计图集[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

[3]李光永,龚时宏,等.微灌工程技术规范[M].北京：中国计划出版社，2009.

[4]牛赟，贾小蓉，曹麟，等．固扩工程南城拐子支干渠补灌区节水改造[J]．人民黄河，2015（2）．

责任编辑 安天杭

Water-saving reform technology is started in irrigation district after Eleven Pump Station ofYanghuang Irrigation Project was built in Guhai

Yang Changlin

The work of water-saving reform is started in irrigation districts of Ningxia,because the water-saving effect of low pressure pipeline irrigation is not good after Eleven Pump Station of Yanghuang Irrigation Project was built in Guhai.By experimental investigation,some suggestions are put forward.Water-saving reform technology is given priority with drip irrigation,sprinkler irrigation is complementary.Intensive management mode is implemented to realize mechanized farming,production and sales.Finally,irrigation districts will be very well and bring benefits.

water-saving reform;drip irrigation and spray irrigation;management mode;Yanghuang Irrigation District

TV93

B

1000-1123（2016）01-0042-03

2015-09-30

杨长林，高级工程师，主要从事节水灌溉工程建设与管理工作。