定惠渠灌区节水灌溉方案与效益探析

白志东，孙 飞

(1.陕西省榆林市横山区定惠渠管理处，陕西 榆林 719112；2.陕西省榆林市横山区水利水电工作队，陕西 榆林 719112)

1 概 况

横山区属中温带干旱大陆季风气候地区[1]，年均降水量451.6 mm，干旱为主要灾害，发生比较频繁。近年来，横山区在实施退耕还林工程中，推行以13.33 hm2黄杏种植为主导产业的退耕地，为解决干旱缺水问题，引入西农高效灌溉技术，取得了良好的节水效益和经济效益。然而干旱少雨的自然条件始终是制约横山现代农业发展的瓶颈，为了在定惠渠灌区推行节水灌溉，需对灌区水资源供需情况及节水措施进行探讨。

2 定惠渠灌区存在问题

定惠渠灌区黄杏园总面积13.33 hm2，目前项目区黄杏林处于幼苗期，苗的生根、发芽都需要较大水量。而且，近年来用水量将逐年增加，项目区现依旧采用靠天下雨和临时抽灌方式解决苗木需水，大量水资源得不到有效利用；受水源和设施条件限制，项目区黄杏林季节性缺水严重。加之，项目区灌溉管理体制滞后，灌溉粗放用水、浪费水的现象比较普遍。田间灌水方法仍以传统的漫灌为主[2]，由于基础设施薄弱和技术手段落后，项目区的水利用系数仅为40%～45%，低效率的用水进一步加剧了项目区黄杏园灌溉用水的矛盾，也制约着项目区产业结构、种植结构的调整。因此，尽快实施项目区高效节水灌溉工程，缓解项目区缺水对黄杏发展的制约是十分必要的。

3 灌溉需水量分析

3.1 灌溉设计标准及设计基准年选择

项目区主要灌溉黄杏林，根据黄杏林生长期需水要求，因地制宜，结合实际情况，采用灌水方法是每年灌4轮，以穴灌方式进行，设计基准年为2016年。

3.2 项目区水资源开发利用状况及可供水量计算

项目区水源来源于浅层地下水及沟道常流水两种类型。以《陕西省横山区农业资源调查和农业区划报告集》为基础，结合横山区地下水资源分布及农业综合开发项目已建成水源开采情况分析测算，项目区地下水储量为85万m3，可利用量开采系数按0.6计，则可开采资源量为51万m3；根据现场观测，水源井供水量为360 m3/d左右，每年以360 d计,水源井年可供水量12.96万m3；根据实测，沟道长流水年平均流量为0.11 m3/s，则每天的流量为0.95万m3，年可供水水量347万m3。灌溉用水采用取地下水方式打水源井。

3.3 需水量计算

定惠渠灌区设计灌溉面积13.33 hm2，全部为黄杏林，根据黄杏种植密度，以495株/hm2计，结合当地实际情况以及黄杏树需水状况，采用轮流穴灌的灌水方法，每年灌溉4轮。根据灌溉面积、黄杏用水以及多年降雨利用经验，每次穴灌灌水量标准为60 L/株，确定每轮穴灌灌水量396 m3，全年总用水量为1584 m3，在一般年份情况下，管道灌溉水有效利用系数为90%时，则每轮穴灌灌水量440 m3，全年总用水量为1760 m3。

3.4 项目区水量供需分析及水质分析

项目区水源来源于浅层地下水，利用人工打井蓄水，其水可全部用于项目区灌溉用水，水源井年可供水量12.96万m3，灌区灌溉年需水量为1760 m3，完全可满足灌溉需水要求。根据沟道内已建水源井水质检测结果，项目区水源水质符合灌溉用水标准。

4 灌溉节水措施

定惠渠黄杏生产基地的抽水灌区节水改造项目是陕西省级财政专项资金项目，该灌区具有相对集中连片，水土资源丰富，交通便利，带动辐射作用大，示范性强。项目建设内容为：新建水源井1眼，抽水泵站1处，100 m3高位蓄水池1座以及管路工程。通过埋设配水暗管输水，接软管进行穴灌。

4.1 灌水设计流量的确定

根据黄杏种植密度，结合当地实际情况以及黄杏树需水状况，采用轮流穴灌的灌水方法。根据灌溉面积、黄杏林用水以及多年降雨利用经验，分东、西两个小灌区，轮灌时开启4个出水桩，东、西同一支线2个相邻出水桩同时开启方式，每天工作20 h，经计算每条支管道Q=0.98 L/s=3.53 m3/h，东、西侧两支管道Q=7.06 m3/h，每天灌溉水量141.2 m3，灌溉管道水有效利用系数以0.9计，则灌溉时每天实际灌溉水量156.9 m3，轮灌周期3 d，完全可满足灌溉需求。

4.2 水源井工程设计

灌溉引用水源主要为浅层地下水，根据实地情况定惠渠已建水源井，井深50 m可出水20 m3/h，水质符合饮用和灌溉水质要求，且水量充足。水源井选择在长梁沟，拟定水源井为人工打井，井深48 m，开挖断面直径2 m，出水量可达15 m3/h，水量可满足用水需求，0～33 m为第四系砂砾土松散层，开挖后用12砖墙衬砌。33～48 m为基岩层，在44～48 m段做成圆锥体状，底部直径3 m，以增加集水区域，井台高出地面0.24 m，顶部用楼板封盖。

4.3 高位蓄水池工程设计

在山顶中央设置高位蓄水池1座，引用水利部农村水利司、水利部农村饮水安全中心编《村镇供水设计图集》[3]，采用设计图集中的P182、P183、P184、P185，有效容积100 m3，钢筋混凝土圆形状结构，直径6.40 m，深3.50 m，池底底板高程为1040.62 m，顶部覆土厚度1.00 m。

4.4 提水泵站工程设计

泵站布置在水源井上方，泵站附属设施有泵房一座，净尺寸为4.0 m×3.0 m×2.8 m，基础为0.5 m×0.5 m浆砌块石基础，墙体采用24砖墙，顶部用预制楼板封盖，设置90 cm×180 cm铁门一副。井台高程980.0 m，水塔入口管口高程1044.0 m，水源井深48.0 m，垂直地形高差111.0 m，布设一条输水管线，长150 m，泵站每天工作以16 h计，输水流量9.81 m3/h，采用UPVC管材内径D=50 mm，工作压力为1.6 MPa，经计算H=118.1 m,可选取三相潜水泵150QJ10-150/21，额定流量10 m3/h，扬程150 m，电机功率7.5 kw，由于定惠渠离变压器较远，需架设10 kV输电线路3000 m，考虑到园区的相关配电设施以及后期发展规划，选配100 kVA变压器一台。

4.5 管道工程设计

根据栽植作物黄杏树的用水需求和轮流穴灌的灌溉方式，管路布设分干、支两级，采用固定地埋式，共设东、西2条干管，干管垂直等高线布置，每条干管长110 m，总长220 m，支管沿梯田条方向布置，共设12支管，总长3000 m；支管接出水栓采用1寸移动式黑胶皮软管进行灌溉，出水栓间距60 m，每条1寸移动式黑胶皮软管长度为30 m，共计24个，共需黑胶皮软管720 m。

根据实地情况结合选择的灌溉方式，每条干管每次最多可有2条支管同时工作(东、西灌区各有一条支管工作)，设计每条支管一次2个出水口可同时工作，每个出水口流量1.765 m3/h，支管的总出水口流量3.530 m3/h，干管的总出水口流量7.060 m3/h。

依据《农田低压管道输水工程技术规范》(GB/T 20203—2017)[4]中管径选用方法，按经济流速选用管径，其干支管内径为40 mm，外径取50 mm,管材采用UPVC管，工作压力为0.6 MPa，耐压满足要求。泵站出口至蓄水池设1条输水管路，输水管内径为50 mm，外径取63 mm,总长150 m。输水及配水管路均采用固定地埋式，管沟开挖深1.4 m，上口宽0.8 m，下口宽0.6 m。

4.6 田间灌水装置

本设计田间灌水装置采用移动式，管材选用黑胶皮软管，由前计算可知其管内径为25 mm，每条支管配置两个30 m活动黑胶皮软管。

为防止机泵突然关闭或其他事故等产生的水锤，致使管道变形、弯曲、破裂等现象，在管道系统首部安装排气阀、在管道系统最低处安装安全阀等保护设施，以保证管理系统安全运行。

5 效益分析和经济评价

5.1 效益分析

横山区节水灌溉增效示范项目实施后，可使管道灌溉水利用系数达到90%以上，建成后该项目年可节约水量约1.3万m3。可控制土壤水分，改善土壤结构,提高土壤肥力。有利于土壤耕层的养分转化,增加土壤中速效肥的含量。特别是硝态氮的含量,比地面灌溉增加7.94～8.90 PPM,相当于每亩增施16.25～18.20 kg硫铵。还可增强树势，促进了黄杏的生长发育,新梢长度比地面灌溉的增加2.0%～11.9%,比未灌的增加20%～40%。新梢粗度比地面灌溉、未灌的,分别增加了0.6%和4.9 %。从而增加了黄杏产品的产量、提高了林果的质量。节水灌溉增效示范项目的实施，能确保13.33 hm2特色黄杏正常生长，并节水、节能、省工、省地，极大的减少了果农的经济投入，不仅改变了黄杏的种植生产条件，而且加快了农村产业结构调整的步伐。

节水灌溉改变了传统的粗放型大水漫灌方式[5]，具有良好社会及生态效益，为以后大面积、高质量的推广节水灌溉提供借鉴经验和技术，有效遏制了地下水位急剧下降的趋势，调节土壤温湿度和田间小区气候，优化生态环境。

5.2 经济评价

本工程属于经果林抽水灌区节水改造工程，只作经济效益分析评价。工程实施后，可新增灌溉面积13.33 hm2，黄杏从第3年正式挂果，产量约为150 kg/hm2，然后产量成倍增加，第5年产量可达到600 kg/hm2，第6年约1125 kg/hm2，第7年约为1875 kg/hm2，第8年约为2625 kg/hm2，从此进入盛产期，产量约为2625 kg/hm2，价格以24元/kg计，收入达到6.0万元/hm2；成本费用一般是收入的30%，即70%可形成利润即4.2万元/hm2。因此，黄杏进入盛产期后，年净增收56.0万元，经济效益显著。

6 结 语

横山区定惠渠灌区节水改造工程对促进区域林果产业发展、增加经济收入和社会进步等方面具有重大意义。通过分析探讨，确定本次实施定惠渠黄杏基地抽水灌区节水改造工程，建设内容为：人工打井1眼、建机房1间、新建蓄水池1座、输水管路Φ63UPVC管150 m，干管Φ75UPVC管220 m，支管Φ50UPVC管3000 m，Φ32黑胶皮软管720 m。