关于节水增粮项目灌溉定额的探讨

张鹏飞

(辽宁省石佛寺水库管理局，辽宁 沈阳 110166)

1 工程背景

根据《水利改革发展“十三五”规划》，水利建设要围绕供给侧结构性改革开展，加快农村灌溉等薄弱环节的建设，充分发挥水利建设投资拉动作用、经济支撑功能和生态环境效应。围绕实施乡村振兴战略，大力发展高效节水灌溉，加快完善农田灌排体系，着力加强小型农田水利建设，不断改善乡村生产生活生态条件。要围绕打赢脱贫攻坚战，扎实做好水利扶贫工作，加快推进农村饮水安全巩固提升，夯实贫困地区脱贫致富的水利基础。要积极践行人与自然和谐共生理念，着力强化水生态文明建设，深入落实最严格水资源管理制度，强化“三条红线”刚性约束，实施国家节水行动，推进水资源消耗总量和强度双控行动，全面建设节水型社会。

北方地区重点从节水增效、保护生态的角度，抓好输水、灌水、用水及管理过程节水，建设高效节水工程。加快实施大中小型灌区续建配套与节水改造,逐步实现渠道防渗化、井灌区管道化；完善田间灌溉设施，以大田节水技术为重点，因地制宜进行喷微灌和膜下灌等高效节水工程建设[1]。

2 合理性分析

2.1 总量指标的符合性分析

按照《辽宁省节水型社会建设“十二五”规划》，2011—2015年间，全省计划新增1000万亩灌溉工程，年节水量29 333万m3，本项目取用水为辽宁省取用水总量控制指标规划之列。

2015年凤城市“节水增粮行动”项目实施后，年新增灌溉取用地表水量730.65万m3，与现状灌溉用水量6678.76万m3合计后为7409.41万m3，使凤城市地表水取用总量达到9579.65万m3。比照辽宁省用水总量控制指标的规定，未突破2015年15 000万m3(地表水12 400万m3，地下水2300万m3，非常规水源300万m3)的用水总量控制指标。为地表水指标的77.26%。凤城市节水增粮顶目取用地表水量731万m3,从取水总量看是合理的。

本项目灌区内灌溉取水量1695 m3/hm2低于省水浇地需水量2015年、2020年的2115 m3/hm2、2040 m3/ hm2的定额控制指标，低于辽宁省行业用水定额DB 21/T 1237—2008标准的1950～4800 m3/ hm2。

2.2 灌溉方式合理性分析

本节水增粮项目区位于灌面较为集中连片的灌区，涉及21个乡镇30个行政村。灌区内水文、地质、气候相近，水源和灌溉方式也相同。灌区内基本采取半固定式喷灌系统灌溉。实行水、田、林、路、电综合配套，努力做到水源有保障，用水无污染，管理能配套。项目实施后可实现管道管网化，大幅度提高了田间灌溉水利用率，切实体现节水增粮的效果。

喷灌是利用水泵和管道系统供水，喷灌优点是灌水均匀，少占耕地，节省人力，对地形的适应性强。喷灌可以控制喷水量、喷洒强度和喷洒均匀度，从而避免了地面径流和深层渗漏，防止了水、肥、土的流失[2]。

采用喷灌可节约用水，扩大灌溉面积，省水50%左右。由于喷灌能减少对土壤结构的破坏，保持土壤通气，促使土壤有机质分解，提高土壤养分，并能适宜作物生长的田间小气候。因此，喷灌与地面灌溉相比在节约用水的同时，可使大田作物增产20%～30%，蔬菜增产50%～100%。

喷灌对土壤、地形、坡度的适应范围广。地形复杂的岗坡地，透水性强的沙土地，不宜发展地面灌溉，或发展地面灌溉难度较大的地区，均可以发展喷灌。

喷灌通过有压水流流经喷嘴从而形成水雾。尽管当水源比灌溉区域高出足够的高度时可以获得自流压力，但喷灌中的压力一般是通过抽水而产生的。喷灌可以分为固定式和移动式。定期移动系统包括手工移式和轮移式喷水支管、网格式软管供水的喷灌系统多孔管、果园式喷灌机和喷枪式喷灌机。连续移动类喷灌系统主要有中心支轴式喷灌机和行走式喷灌机。利用经过精心设计的定期移动及固定系统，便能够根据土壤渗吸速率而确定的喷溅强度均匀地进行喷水，从而防止产生径流以及由径流导致的对土壤和作物的损害。连续移动喷灌系统，其喷洒均匀度高于定期移动及固定喷灌系统。并且，喷灌机的行走速度能够调整，能够减少或消除径流的微量喷洒[3]。

喷灌适用于大多数的作物。另外，由于现在已能生产出多种流量的喷灌机。所以喷灌几乎能够适用于各种可灌溉的土壤。在间距适当的定期移动喷灌系统中，可以选用任一喷灌强度进行喷水。在渗吸速率低、质地极细的土壤上采用喷灌时，为了能够以低喷灌强度进行均匀喷水，需要特别谨慎地选择适宜的喷嘴尺寸、工作压力和喷头间距等。

在作物—土壤—气候条件要求以不少于5～7 d的间隔时间灌一次水的地区，非常适合用定期移动的喷灌系统进行灌溉。保持土壤的水量和浅根作物需要灌溉时，固定或连续移动喷灌系统更为适用。固定喷灌系统还可以设计和运用于防霜冻保护、推迟开花和为作物降温。目前的喷灌设备，由于使用灵活并能够对灌水进行有效的控制，因而该方法可用于大部分的地形条件。其应用仅仅受制于土地利用能力和经济情况[4]。

喷灌法的优点为：(1)可以有效地利用小型连续水流。(2)可以消除径流和冲蚀。(3)可以对那些由混合质地和混合土层构成的难以灌溉的土壤进行适度灌溉。(4)对那些进行平整后会造成破坏性后果的浅薄层的土壤，可以在不进行土地平整的条件下灌溉。(5)可以很容易地灌溉那些坡度陡、起伏大的地形。(6)可以有效地进行经常性微量喷水。(7)每一田块每天只需很短的用工时间。(8)便于实现机械化和自动化，从而减少用工。(9)在有充足水量保证的条件下，可以做出间歇性灌水计划，用以补偿降雨分布不均或降雨不足。(10)可以有效地淋洗土壤中的盐分。(11)设计与运行适当的喷灌系统，可获得较高的灌水效率。

现阶段凤城市适宜发展的节水灌溉技术主要是低压管道输水喷灌灌溉技术。喷灌灌溉渗漏和蒸发损失最小，灌溉水利用率最高。喷灌灌溉蒸发损失小因此不易造成氮肥的汽化损失。农民灌溉非常注意天气预报信息，灌溉与降水相遇的几率大大减少。一般土壤1 m土层有效储水能力可达170 mm左右，田间灌水定额按60 mm计，土壤尚余储水空间65%，仍可充分蓄纳雨水。据测试，在60 mm灌水定额下土壤湿润深度0.5 m左右，如果按2 m土层计算，土壤有效储水能力则更大。近年来的试验研究成果，计划湿润层以下至2 m范围内的土壤水也是可以被作物利用的。试验表明，各种氮素在不同土层中的分布，碱解氮中的大部分集中于0～30 cm的土层中，硝态氮随降水和灌水下渗较深，但仍处在80 cm深土层以上[2]。

2.3 灌溉定额及合理性分析

按照《辽宁省行业用水定额》，凤城市经济作物灌溉基准定额值为1950～4800 m3/hm2，取粮食作物灌溉定额为2625 m3/hm2。灌水定额为450 mm/hm2。项目区灌溉水利用系数取0.65，由此算得灌溉定额为1695 m3/hm2，符合行业用水节水要求。

节水增粮行动 灌溉用水1695 m3/hm2，可节约水量930 m3/hm2。由此可见，凤城市拟建6200 hm2节水增粮项目每年可节水731万m3。各片区采取的节水灌溉方式主要是喷灌。经济作物花生的灌溉定额分析以理论计算和灌溉试验资料为依据。在综合考虑地域特点、耕作方式并结合区域内地形、土壤条件、蒸发因素、灌溉习惯等因素的基础上，提出主要农作物的喷灌灌溉制度、灌溉定额。

(1)花生灌溉定额。经济作物用水根据《辽宁省行业用水定额》(农业用水定额)标准，凤城市属灌溉第Ⅳ分区，其他经济作物含花生、烟草、瓜果等基准定额值为2625 m3/hm2。确定本设计花生的生育期为150 d，全生育期内总需水量为1695 m3/hm2。花生灌溉定额见表1。

花生喷灌关键时期为结荚期和饱果期，需喷灌三次，喷水定额25～30 mm，喷水周期7～10 d。在苗期和花针期，若气候干旱，也要及时喷灌，尤其是花针期，要保持表土湿润，以利扎果针。

表1 花生灌溉定额成果表

(2)其他作物灌溉定额。各地的试验统计资料表明，经济作物生育期中的关键灌水时期一是播种—出苗期(3～5月)。此时降雨量较少，为保证播前有充足水分状况，能促成作物全苗和壮苗。因此，在制订节水高效灌溉制度时，一定要保证苗期前后和播种期的用水，灌水定额为600 m3/hm2左右。二是开花期受旱对产量影响最大。此时如干旱缺水，则植株生长不良，并影响幼苗的分化发青，而成卡脖旱，造成严重减产。此时期日需水量最高，是需水临界期，要求土壤含水率保持在田间持水率的70%～80%，空气相对湿度为70%～90%。若该时期缺雨，天气干旱，往往需每5～6 d就要灌一次水，一般需连灌两三次才能满足开花和受粉的需要，其灌水定额为600～750 m3/hm2。三是灌浆-成熟期灌水。适宜的水分条件能促进果实灌浆饱满。此时，土壤水分应保持在田间持水率的75%左右。若遇土壤水分不足应及时灌水，一般灌水定额为450～600 m3/hm2。

其他经济作物灌溉定额见表2。

表2 其他作物灌溉定额成果表 m3·hm-2

(3)灌溉定额合理性分析。改造片区改造前用水定额2625 m3/hm2，1220 hm2用水量320.25万m3。改造后用水1695 m3/hm2，用水量206.79万m3，可节水113.46万m3，其水量可扩建节水增粮面积669 hm2。这样只需新增加4310 hm2面积的用水指标。新增取用水量为731万m3。扩建面积含在新增节水增粮面积里统称新建。

凤城市节水增粮面积6200 hm2，采用节水定额1695 m3/hm2，核定新增取用水指标为731万m3。

3 结 语

节水增粮项目通过现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业，合理利用水资源，实现“适时适量”精细灌溉，提高了灌溉水利用系数，同时达到提高粮食产量的效果。项目片区内运用喷灌系统灌溉，节水措施得当，节水效果明显。灌区内的作物均为北方典型作物，灌溉定额的分析计算具有一定的代表性，能够作为类似项目的参考。

[1] 钱波，郭宁. 水利水电工程施工组织设计[M].北京：中国水利水电出版社，2012.

[2] 齐云飞. 基于种养殖模式下的灌溉制度和取用水量的探讨[J]. 黑龙江水利，2017，3(9)：64-67.

[3] 刘文兆，上宫周平.确定农田灌溉定额的三种优化目标的比较[J].水利学报，1999,30(7)：65-69.

[4] 刘俊.缺水地区农业种植结构调整与经济灌溉定额研究[D].北京：中国水利水电科学研究院.