黑龙江省两大平原建设灌溉工程的研究

韩 梅，梁贞堂

(1.黑龙江大学水电学院，哈尔滨 150080；2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

0 引 言

自2017年，以中国共产党第十九次代表大会的召开为标志，中国进入了新时代；“贯彻新发展理念，建设现代化经济体系”“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”“全面推进供给侧结构性改革”等新思想正在成为所有工作的指南。“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”“确有所需、生态安全、可以持续”“加强需求管理，把水资源、水生态、水环境承载力作为刚性约束”等新指示正在成为水利工作的遵循。

灌溉工程作为改造和利用自然资源的工程；一方面促进了经济发展、社会稳定、民生和谐，提供了用水供给、涝水排除等多种功能；一方面必然会占用土地资源、改变河流形态、造成地下水位变化，对自然状态产生负面影响。如何达到工程占地量最少、引水量最小、影响环境最微、工程最美，达到工程与自然的协调与统一；既要保障粮食的安全与增长，又要克服资源的限制与减少；成为了一个重大课题。因此，很有必要重新研究三江平原和松嫩平原的灌溉工程，以促进工程的建设，使中国粮食的“压舱石”更可靠更稳固。

1 基本概况

1.1 黑龙江省耕地概况

黑龙江省国土面积45.25×104km2；耕地面积1584.4×104hm2，80%以上的耕地面积分布在松嫩平原和三江平原，20以下耕地占73.1%；国务院批准的永久基本农田面积1106.7×104hm2[1]。2018年农作物种植面积1421.5×104hm2，产量7506.8×104t，其中：水稻378.3×104hm2，玉米631.8×104hm2，大豆356.8×104hm2；有效灌溉面积612.0×104hm2，灌溉率为43.0%[2]。

1.2 松花江

发源于大兴安岭的南瓮河湿地，长度2276km，流域面积55.5×104km2[3]。哈尔滨上下为松嫩平原区，河道主槽400-600m，水深4-7m。佳木斯上下为三江平原区，河道主槽1500-2000m，水深2-3m。佳木斯以下江段最小通航流量850m3/s[4]。

佳木斯水文站的年径流设计成果见表1；1956-2010年的来水过程与通航最小流量的对比分析见表2[5]。

表1 佳木斯水文站年径流设计成果表

表2 灌溉引水期佳木斯站流量55年概率分布表

从表1可见，松花江佳木斯水文站水量是丰富的，上游流域平均贡献130mm的水量。从表2可见，从1956年—2010年55年间，5月上旬无水可取的年份占30.9%，不受控制的取水年份为34.5%；6月上旬无水可取的年份占20.0%，不受控制的占43.6%；7月上旬无水可取的年份占3.6%，不受控制的占87.3%。为了保障松花江通航，灌溉取水时，应当避开枯水期。

1.3 三江平原

三江平原区域面积10.57×104km2,占全省面积的23.0%；平原区面积5.85×104km2，占区域面积的55.3%；耕地面积495.9×104hm2，占区域面积的46.9%。多年平均年降雨量500-650mm；6-9月占全年降雨的70%。多年平均蒸发量550-850mm(E601)。干旱指数在0.99-1.32之间，属于湿润半湿润地区[6]。平原区沉积着很厚的砂砾石层，西部厚度约100m，东部达300m。挠力河以北有部分弱承压水带，埋深3-10m；其它分区均为潜水，埋深<4m[7]。

黑龙江、松花江堤防工程均已达到50a以上防洪标准，中小河流均已达到10a一遇以上防洪标准。七星河、蜿蜒河、安邦河等河道的排涝工程已建成；三环泡、黑渔泡等滞洪区工程，幸福、新河宫、桦川等抽引松花江水的大中型灌区，三江平原14处大型泵站灌区，星罗棋布的井灌区均已建成。2018年水田面积198.6×104hm2，占总耕地面积的40.0%；其中井灌面积达148.0×104hm2，占水田面积的74.5%。

1.4 松嫩平原

松嫩平原区域面积为16.56×104km2，占全省总面积的36.6%；耕地面积904.7×104hm2；占区域面积的54.6%。多年平均年降雨量350-550mm，多年平均蒸发量600-950mm(E601)；干旱指数在1.09-2.71之间，属于半湿润半干旱地区；素有“十年九春旱”之称；干旱灾害重现期为1.7a[8]。中部低平原，存在粉细砂层孔隙潜水、孔隙承压水，埋深<10m。东、北部高平原，水位埋深>10m，富水性较弱。西部山前扇形平原，赋存丰富的砂砾孔隙潜水，水位埋深<5m[9]。

嫩江、松花江防洪工程已达到50a一遇洪水标准；肇兰、安肇新河使大庆、安达地区防洪除涝标准达50a一遇；北、中、南三条引嫩工程解决了大庆市城市与工业供水。建设水库工程480座，总库容130.9×108m3；各类泵站210座，抽水流量672m3/s。2018年本区水田面积145.4×104hm2，占总耕地面积的16.1%；高效节水灌溉面积186.4×104hm2,占耕地面积的20.6%。

本区存在的主要问题：山区及高平原存在严重的水土流失，水土流失面积285.0×104hm2，占耕地面积的31.5%。低平原区存在盐碱地和砂土地，盐碱地面积36.37×104hm2,占耕地面积的4.0%；砂土地面积86.87×104hm2，占耕地面积的9.6%[10]。

2 两大平原新建灌区的研究

2.1 新建灌区的设计原则

充分利用当地水、合理利用地下水、节约利用过境水；充分利用中小河道、充分利用已建工程、充分利用机电井群；最小量占用耕地、最小量破坏环境、最小量减少移民；灌溉渠排水沟一体、农田道防风林相邻、抽水站节制闸呼应；输水渠挖方、配水渠填方、深淘滩低作堰。

2.2 灌溉水源

新建灌区均采用双水源，即：配水水源—井—抽取地下水直接灌溉田间农作物的水源；输水水源—泵站或渠首—取用江河水通过输水渠道进入田间沟道的水源。

1)井。降雨是当地主要水源，最佳储存场所就是地下含水层，井是取水工程。两大平原主要作物需水量与多年平均降雨量对比见表3；可见，三江平原上玉米不用灌溉，松嫩平原上玉米前期应当灌溉；水稻必须进行灌溉。

表3 两大平原主要作物生长期需水量与多年平均降雨量对比表 mm

2)井的建设。单井抽水量按40m3/hr设计，控制面积按10hm2设计。潜水区地下水最低动水位控制在地面下8.0m，弱承压水区最低动水位控制在12.0m；最高动水位均控制在地面下3.0m[11]。一般情况下，水稻的泡田期、插秧期、返青期和分蘖前期用井水灌溉，即6月27日前用井水灌溉；此时，根据本区8个水稻试验站试验数据得出水稻田间耗水量的平均值为344mm，占总耗水量的53%[12]。

3)泵站或渠首。它是节约利用过境水的工程，供水量理论上应按控制面积需水量的47%设计。一般情况下，输水水源工程在6月27日以后启用，此时江河水多属于洪水，不受控制指标的限制。

两大平原区地下水资源非常丰富，埋深较浅，可以作为灌溉水源；但由于水稻泡田期和分孽期需水量达284.6mm，超出了地下水的补给量；因此需要用输水水源作为补充，7月份灌溉稻田，也可在水稻收获后灌满排水沟补充地下水。

2.3 渠道

输水渠道采用灌排两用渠道，配水渠道采用水力最佳断面渠道，两类渠道间用低扬程泵站连接。

1)输水渠道。新建的灌溉渠道，以少占耕地为前提，以节水节省为目标。充分利用项目区内的原有河道、排水沟道，并将其改建成输水渠道。

2)河流型输水渠道。在三江平原区，小河流的防洪工程、排水体系基本完成。此时，用泵站将松花江水等河水抽入小河道；按逆坡明渠设计，整治两岸堤防，可形成渠道。再在适当位置建设二级泵站，继续抬高水位，形成台阶状灌溉输水渠道。河道水位抬高后，河水逆坡进入原排水系统，整治原排水工程后灌溉输水体系得以形成。

3)排涝型输水渠道。两大平原区在过去很长一段时间是以建设排涝工程为重点的，随着水稻灌溉面积的增大，地下水位下降、水量不足就成了问题。抽取松花江等过境水资源灌溉稻田、补充地下水成为了灌区所需。在三江低平原的3个分区中，萝北区治理涝区18处，建设骨干排水沟1321km、211条；安邦河区治理4处，建设排水沟203km、49条；挠力河区治理23处，建设排水沟2554km、346条。这些排水沟道稍加改造就能成为灌排两用渠道。在灌排两用渠道的适当位置建设分水闸、节制闸和排洪闸，将渠道分段控制，让降雨径流和引水全部进入田间，达到“零排放”。根据黑龙江省的气候特点，5月1日-6月15日，是灌溉用水为主阶段；6月15日—8月20日，是灌溉与排水的重叠期，8月21日-9月30日，是排水为主的阶段。当天气预报通知未来3d有降雨时，要研究灌溉系统的水位、水量，研究节制闸是否开启排水、泵站是否停止供水。

4)配水渠道。固定式配水渠道原则上按单独灌溉的地上明渠布置，按水力最佳断面设计断面尺寸，以达到最大输水量的目的；工程实践中以U型断面渠道最佳，可用混凝土等污工材料做成，也可用高分子复合材料做成。

2.4 调节蓄水工程

在三江平原的防洪除涝工程建设中建设了多处滞洪区工程。黑鱼泡滞洪区位于外七星河上游，控制流域面积1086km2，库区面积81km2。二道岗滞洪区位于富锦河中游，控制流域面积998km2，库区面积90km2。三环泡滞洪区位于内七星河中游，控制流域面积3586km2，库区面积250km2。在新建灌区时应当将3处滞洪区进行提高标准，并按水库工况运行，增加蓄水深度2m，即可增加8.2×108m3的蓄水。

松嫩平原上常年积水10km2的湖泊有36个，稍加改造，就能成为良好的灌溉蓄水工程。

部分滞洪区和湖泊已被批准为湿地自然保护区，成为了“生态红线”。根据定义：“湿地与湖泊以低水位时水深2m处为界。”因此，改造后的滞洪区和湖泊仍属湿地性质；且增加了2m水深，对保护湿地与生态多样性具有重大意义。此时，引水时机和放水时机成为了研究重点；根据本区的气候特点，可在10月初开始引水，此时已进入初冬，湿地失去了生机，11月中旬引水完毕，冰盖也已形成；4月下旬开始放水，30天放水完毕，湿地恢复生机。

2.5 地下水恢复

三江平原区地下水水位变幅较大区域还有年均>75mm的地表径流；松嫩平原区有年均>30mm的地表径流。因此，可将地表径流留在本地，以恢复地下水位。

2.5.1 深挖排水沟

排水沟的深度d应<黏性土层厚度；当黏性土层厚度>5.0m时，排水干沟的深度d=4.0m；排水支、斗、毛沟的深度按水位衔接减小。排水干沟的底宽b>挖掘机的宽度，定为b>2.0m；排水支、斗、毛沟的宽度适当减小。排水沟弃土。均采用两侧弃土建设，用弃土形成田间路、防风林带，必要时形成半填半挖渠道。排水沟闸化控制。为了让地表径流渗入地下，排水干、支沟采用闸化控制，一般在上级沟道汇入处建设节制闸。

2.5.2 工程化河流和湿地

按平原型河流排涝与防洪标准对河流进行治理，使其有防御10a一遇洪水标准的防洪堤防，有排除5a一遇涝水标准的行水主槽，有相应宽度的行洪滩地，有留存径流的节制闸门实现河流工程化。

按即不改变湿地的性质与规模，又可增加湿地蓄水量的原则，对湿地进行工程化，即：在湿地的下游建设高度不超过4m的挡水堤防；建设挡水高度不超过2m的溢流堰。

3 典型灌溉工程

3.1 三江平原灌区工程

建设水田灌溉工程。2018年该区水田面积为198.6×104hm2，占总耕地面积的40.0%；文献建议水田面积应达耕地的60%以上；因此，本区水田灌溉面积还有100×104hm2以上发展空间。

3.2 松嫩平原灌溉工程

1)建设盐碱地和风沙地灌溉工程。以降低地下水位为主，辅以引河水压碱，建设盐碱地灌区；以喷灌滴喷等机械灌溉为主、保持地表湿润，辅以沟畦灌溉，建设风沙地灌区。种植水稻是治理盐碱地的最好措施，抽取地下水灌溉旱田与草原是改良盐碱地与风沙地的有效措施；用设喷滴灌是改良风沙地的有效措施。按“山水林田路草”统一规划，按“贸工农林牧渔”一体化，建设绿色产业和有机食品基地；使最后一片荒芜的土地，变成“粮丰、草茂、林密、田平、路直、水美、工强”的农业新区。

2)建设水土流失区灌溉工程。水土流失区内，坡耕地占耕地面积近90%；也是黑土地重点保护区。建设蓄水工程、留蓄沟道水；建设拦截工程、减少进田坡水；建设排出工程、降低田水流出速率；建设灌溉工程、保障作物需水。改造建设田、管、埂、路、物、跌、沟；以改变水的流向和集中度、降低水的流速。田：改造成梯田，延长渗水时间；管：利用鼠道犁(在土层60cm处)形成鼠洞，降低地表水；埂：利用现有林带，形成地埂，阻挡上水进下田；路：利用现有农田路，形成截流沟，加大排水；物：沟内栽植柳条(植物)，降低沟内流速；跌：建设跌水工程，减少沟道比降；沟：建设截流沟，阻挡外水进入；垄：改垄。改顺坡垄为横坡垄，延长产流、汇流时间。

4 结 语

黑龙江省两大平原是国家粮食安全的“压舱石”，也是农田基础薄弱的土地之一。文章提出的新建灌区建设措施在理论上符合“耕地保护政策、生态红线政策、节水节约政策”；在实践中如何克服政策的制约、技术的制约还有较长的路。希望专家与学者各抒己见，将最新的灌溉工程建设理论用于两大平原，共同努力将“压舱石”建设的更加美好。