现代化生态灌区工程设计指标及综合分析

郭吉华

(宁夏回族自治区中宁县水务局，宁夏 中宁 755100)

中宁县现代化生态灌区工程(包括喊叫水乡和徐套乡，以下简称喊叫水地区)是宁夏第一个采用PPP模式建设的农业水利基础设施项目。项目建设为喊叫水地区全面打赢脱贫攻坚战，巩固脱贫成效，实现地区水资源优化配置、水生态环境改善和可持续发展奠定了坚实基础。

1 项目区概况

喊叫水地区位于宁夏引黄灌区和南部山区分界线的中部干旱带上，区域总面积约为2200km2，年均降雨量不足200mm，蒸发量高达1900mm。该地区共有34行政村和5个生态移民安置点，近1.4万户、5.25万人(回族人口占99%以上)，是集干旱山区、革命老区、回族聚居区为一体的贫困地区，也是国家重点脱贫攻坚宁夏西海固地区的重要组成部分。降雨稀少，自然条件恶劣，生态环境脆弱，十年九旱是该地区最显著的特点。资源型缺水、工程型缺水和水质型缺水并存，水资源是制约当地经济社会发展的主要因素。农业生产主要以广种薄收的旱作农业为主，群众“靠天吃饭”，粮食产量低且不稳，群众生活、生产条件极差。生态环境恶劣、干旱缺水等特点决定了该地区经济社会可持续发展最大制约因素在水，打赢脱贫攻坚战、巩固脱贫成效的关键在水，水资源问题是该地区消除贫困、促进经济社会可持续发展和改善生态环境的首要问题。

2 工程建设任务及内容

2.1 工程建设任务

喊叫水地区在控制高程1700m以下，共有土地总面积36.41万亩，其中旱耕地12.94万亩，常年种植硒砂瓜面积15.2万亩。通过对该片区农田高程、土地利用类型、坡度、土壤等多方面综合分析，按照水资源以供定需的原则，在既有扬黄水源工程基础上，新建和完善水资源配置体系，在改善喊叫水片区现有工程控制的9.8万亩补灌面积基础上，新增灌溉面积15.2万亩，建成25万亩以硒砂瓜特色种植为主的高效节水现代化生态灌区。

喊叫水代化生态灌区是按照“泵站+蓄水池+低压管道+田间滴灌+自动化监控系统”等工程建设的农业高效节水管理运营体系，基本实现灌溉智能化、管理精细化、服务便捷化、运维专业化和工程数字化等现代管理目标。

2.2 工程建设内容

根据灌区面积分布，结合田间高效节灌工程布置，利用现有的桃山75万m3蓄水池作为本项目的沉沙池，田间各蓄水池均不承担沉沙任务，项目区按照不同高程控制共划分为五大片区，各片区根据面积确定朱家川片区调蓄规模为113万m3，下流水片区调蓄规模为80万m3，撒不拉滩片区调蓄规模为55万m3，洪岗区片区调蓄规模为80万m3，五丰台片区调蓄规模为10万m3。

工程自固海扬水五干渠桩号12+485处取水，利用现有的桃山75万m3蓄水池沉沙后，经新建的一、二级泵站加压输送至朱家川123万m3主调蓄水池，总扬程近407m。途中利用管道高低口“T”接分水送至五大片区布设的13座容积为3万～30万m3蓄水池，再经自压或首部加压系统为25万亩灌区农田供水。该项目由骨干工程、配水工程、供电工程、信息自动化工程以及25万亩田间高效节灌工程组成。

3 工程总体布局

3.1 骨干工程

骨干工程由2座加压泵站和40.55km、管径为DN1200mm压力管道和1座容积为123万m3主调蓄水池以及相应配套建筑物组成，泵站设计总扬程406.95m。

一泵站(桃山)：设计引水流量为1.6m3/s，总扬程289.5m。水泵采用DKS2400-100×3(P)(n=990r/min)卧式中开多级离心泵4台(3用1备)，以及1台MD1200-95×3(P)(n=1480r/min)小泵变频运行，总装机容量12600kW，最大运行容量9800kW，机组采用单列式并联布置。

二泵站(新庄子)：设计引水流量1.3m3/s，总扬程117.45m。共有3套输水系统(骨干供水系统、撒不拉滩配水系统以及洪岗子配水系统)构成。泵站共安装6台机组。其中，骨干供水系统设计流量为0.9m3/s，安装2台DFSS600-6/6A(N=990rpm)机组(1用1备)。撒不拉滩配水系统设计流量为0.35m3/s，安装2台DFSS350-13/4A机组。洪岗子配水系统设计流量为0.2m3/s，安装2台DFSS350-6/4A机组。二泵站总装机容量4500kW，最大运行容量2250kW。

骨干压力管道：一、二泵站均采用一排压力管道布置，压力管道自东向西南方向延伸穿越长沙河后，沿京藏高速公路北侧布置，管道总长40.55km，管径为DN1200mm，管材根据不同压力比选确定，其中：球磨铸铁管3.65km，X52螺旋钢管11.25km，BCCP管11.6km，PCCP管14.05km。

主调蓄水池：新建朱家川容积为100万m3主调蓄水池一座，主坝最大坝高13.00m，坝轴线长度375.80m，坝顶宽度均为6.0m。

3.3 配水工程

配水工程由13座容积3万～30万m3、总容积为238万m3调蓄水池和总长54.85km、管径DN400～1000mm配水管道及其配套建筑物组成。

3.4 供电工程

新建35kV专用变电所2座、总容量2×10MVA，新建35kV线路27km，泵站及田间首部加压系统10kV线路27.6km。

3.5 自动化及信息化工程

主要有田间及首部工程配套的电磁阀，视频监控、商情监控、村级管理点以及自控体系首页、灌溉一张图、智能灌溉、水费收计、系统日记、专家决策、运维管理、报警管理、系统管理、灌溉APP以及相关业务支撑平台及数据资源建设等。

3.6 灌区田间工程

灌区共分为洪岗子、上流水、朱家川、撒不拉滩、五丰台五个片区，每个片区均设独立的输水工程。

洪岗子片区位于项目区东北部，设计灌溉面积64321亩。本片区共布设4座调蓄水池，均从新建二泵站前池(调蓄水池)加压引水。

上流水片区位于项目区西北部，设计灌溉面积47200亩。本片区共布设上流水、大滩川、南台、下流水、北沿口5座调蓄水池。

朱家川片区位于项目区南部，设计总灌溉面积88514亩，均由朱家川调蓄水池控制采用配水干管自压方式灌溉。

撒不拉滩片区位于项目区东南部，设计灌溉面积70271亩，其中已建兴仁综合供水工程控制灌溉面积32800亩，本次新建上洪水、东梁2座调蓄水池控制灌溉面积37471亩，新增面积灌溉水源均由新庄子二泵站通过支干管加压供水。

五丰台片区位于项目区东部，设计灌溉面积12494亩，由中型灌区新建的五丰台调蓄水池供水。

4 水量计算及调配

综合考虑水对本区域内实现脱贫攻坚目标的影响程度、固海扬水工程和该工程供水系统运行管理的某些不确定性以及灌区种植结构和后续产业的不确定性，按照水资源以供定需原则确定新建水源工程控制灌溉面积为21万亩。经复核计算确定本项目一级泵站设计流量为1.6m3/s，二级泵站设计流量1.3m3/s。根据作物种植比例及灌水定额、灌水次数等，整个灌区用水总调蓄规模为338万m3。

4.1 水量计算

灌区种植全部采用以滴灌为主的高效节水灌溉方式，灌溉设计保证率85%，取灌区取水口的水利用系数为0.83，计算至黄河的灌溉水利用系数为0.75。

喊叫水地区主要以硒砂瓜种植为主，同时，考虑硒砂瓜种植的可持续性，每年安排一定比例的面积轮作倒茬。规划水平年，硒砂瓜种植比例保持75%，原有硒砂瓜地轮作倒茬比例为10%，枸杞、玉米、马铃薯各为5%。

项目区作物灌溉定额主要根据田间灌水方式、当地的降水等气象条件，结合《宁夏农业灌溉用水定额》全面综合考虑确定。硒砂瓜滴灌30m3/亩，硒砂瓜轮作倒茬滴灌100m3/亩(以油葵为代表)，枸杞痕量灌溉140m3/亩，枣树滴灌120 m3/亩、马铃薯滴灌100m3/亩，其他滴灌130m3/亩(详见表1)。

表1 南部山区现代化生态灌区作物种植灌溉定额一览表

本项目灌溉年需净需水量1418万m3，综合净灌溉定额58m3/亩，折算至一泵站取水口的毛需水量为1745万m3，综合亩均取水量70m3/亩，折算至黄河的取水量每年为2008万m3，综合亩均取水量80m3/亩。

4.2 水量调配

中宁县现状耗水量已经超出了自治区分配的黄河水初始水权指标。“十三五”以来，全县共发展高效节水灌溉面积18万亩，年净节水量1500万m3以上，大于本项目净需水量1418万m3。县内自流灌区每年节水量即可满足本项目新增需水量的要求，不再需要增加新的用水指标。

固海扬水泵站工程现状运行为“5+2”模式，为了确保固海五干渠上水量能够满足喊叫水扬水工程年用水量，自治区水利厅批复同意将固海扬水泵站工程现状“5+2”运行模式调整为“6+1”模式，调整后的新增水量完全能保证新增灌溉面积适时适量用水需求。

5 项目指标评价分析

按照签订的PPP合同约定，该项目建设期为3年，社会投融资企业独立运营期27年，属于准经营性项目，项目评价主要从国民经济、财政、效益等多方面进行综合评价分析。

5.1 经济评价

分析计算该项目需要国家付出的代价和对国民经济的净贡献，该工程的经济内部收益率(EIRR)为6.65%，经济净现值(ENPV)为6331万元，经济效益费用比(EBCR)为1.04，各项指标均满足规范评价指标要求。

5.2 财政评价

供水运营及成本分析，在不计折旧时，单方水运行成本为1.501元/m3，计入折旧时，单方水全成本为2.820元/m3，供水成本分析计算详见表2。

表2 供水成本分析计算表

5.3 项目效益

该项目新增灌溉面积21万亩，其中，硒砂瓜70%，枸杞比例8%，枣树5%，马铃薯5%，倒茬作物7%，其他作物5%。按照多年平均产量和收益计算，年净效益共计29494.5万元，考虑工程措施、农业措施及与田间工程的分摊，水利工程效益分摊系数0.6，至水平年，灌区年新增灌溉效益17696.7万元。新增灌区灌溉效益计算详见表3。

表3 新增灌区灌溉效益计算表

5.4 社会效益

水资源是项目区十分有限和宝贵的自然资源，项目实施有效解决了制约当地发展的瓶颈问题，同时也改变了当地农业生产落后观念和传统种植模式，在促进优势产业发展同时，扩大了农业种植的多样性，为进一步巩固脱贫成果与乡村振兴有效衔接发挥了基础性作用。

项目的实施基本上结束了该地区农业生产广种薄收“靠天吃饭”的粗放型生产局面，在实现水资源供给能力相对稳定同时，农业生态经济抵御外界风险能力得到明显加强。

项目区是回族聚居区，项目建设解决了农业生产供用水矛盾，有力推动当地经济社会全面可持续发展，密切了党群干群关系，对进一步促进当地社会全面进步、和谐及可持续发展具有重要现实意义。

5.5 生态效益

项目区农业生产一直是“靠天吃饭”的传统落后生产模式，农业产量和效益非常低，为了改善贫困现状，农民不得不想方设发扩大种植面积，形成越穷越垦，越垦越穷的恶性循环，造成生态环境日益脆弱。随着项目的建设实施，一是改变了该地区主要以硒砂瓜为主的单一种植模式，为土地轮作倒茬和农业产业结构优化调整创造了条件。二是有效遏制农民因无序开垦种植破坏当地生态环境造成水土流失，减轻生态环境破坏，维持区域生态平衡，三是能够逐步改善当地水土条件及小气候环境，可以通过涵养水源，稳固土壤，增湿降温，为灌区地表植被有效恢复及扩大林草覆盖率创造条件，不断改善水生态状况。

6 结语

现代化生态灌区建设是前瞻性、技术性、先进性要求非常高的一个复杂的系统工程，工程建设既要统筹考虑生活、生产和生态用水，更要尊重水规律、以水为主导、以水定种植、以水定发展、以水定规模，有效提高水资源调控力度和高效配置节约利用，从而达到生态系统良好、管理科学有序、配套设施完善的人水和谐的生命共同体。要更好地发展和推进现代化生态灌区建设，并最大限度地获取长期综合效益，需要多方面因素考虑。

(1)更新观念，提高对现代化灌区的认识

没有灌区建设的现代化就没有灌区农业生产的现代化。要进一步提高广大群众对现代化灌区的认知和宣传，各级政府部门要抓好科研基地和创新平台建设，积极探索适宜本地区发展的建设模式，以优惠政策积极鼓励支持社会资本、先进技术等作为多样化资本投入到现代化生态灌区建设。

(2)制定和完善节水奖励长效机制

应因地制宜逐步建立易于操作、用户普遍接受的农业用水节水奖励机制，对采取节水措施或以供定植调整种植结构节水的用水户按照定额内节水量给予适当奖励。对自主修建水窖、集(蓄)水池等微小型水利工程来解决生产和提高水资源利用效率的，应在技术上给与大力支持，经济上加大补助力度，充分调动广大群众参与节水用水积极性。

(3)加强水生态及水文化建设

要严守水资源“三条红线”，认真做好节水用水规划，从用水总量、用水效率和限制纳污控制上，加强水资源保护、水污染防治、水环境治理和水生态修复，强化山水林田湖草的系统治理。围绕人水和谐核心理念，实现科学合理的水资源集约高效配置利用、系统严格的水生态保护、特色鲜明的水文化建设和规范有效的水生态管理。

(4)加快推进农业水价综合改革步伐

应加快推进农业水价综合改革步伐，充分发挥农民用水协会优势，鼓励和支持其参与水权、水量的分配、管理、监督，充分调动用水户积极参与水资源监督管理的积极性，正面引导农民树立节水观念，增强节水意识，提高有偿用水意识和节约用水的自觉性。通过水价杠杆调动农业生产节水新技术、新工艺和新措施的升级改造和高效节水种植结构的优化调整。