汾西灌区渠道续建配套和节水改造工程效益评价

李 斌

(临汾市水利勘测设计院，山西 临汾 041000)

1 研究区概况

临汾市汾西灌区是山西省八大灌区之一，面积约163.5万亩，灌区有龙子祠泉、郭庄泉和汾河三大水源，规划年水资源年径流量7.08亿m3，其中农业灌溉用水量2.6亿m3，设计灌溉面积70.26万亩，灌区多年平均降雨量508mm，年平均气温12.1℃。经过五十余年的运行，灌区工程设施老化失修，渠道渗漏水严重，难以正常运行，有限的水资源不能充分利用，灌区的经济效益不能正常发挥。1999—2016年，省发改委和省水利厅实施汾西灌区节水续建配套工程，共对166.15km的渠道进行了防渗改造，渠道防渗配套实施后，灌溉水利用系数有所提升，灌区效益有了一定程度的提高，但还有部分干渠仍带病运行，支、斗渠大多以土渠运行，田面工程基本没有配套，水量浪费严。

为有效提高水的利用率，市汾西灌区水利服务中心继续加大投入，于2016—2020年继续对灌区部分设施进行改造，改建内容主要包括：①七一渠配套建筑物(渡槽)2座；②李村电站支渠(0+000～1+010)改建、防渗长1.01km，配套建筑物6座。③七一渠七支渠(0+000～1+879)改建长1.879km，防渗长度1.821km，配套建筑物37座。④母子河(3+000～7+771)渠道改建、衬砌长4.771km，配套建筑物16座。⑤红旗渠(1+140～4+691)改建长3.551km，防渗长3.511km，配套建筑物46座。⑥七一水库二支渠二分支(0+000～3+330)改建、防渗长3.33km，配套建筑物21座。⑦新增渠道量水设施36处、流速仪和水位尺10套；⑧改建七一渠薛村三桥(73+455)；⑨改建七一渠5+840～6+619段，防渗长度为779m；⑩改建七一渠干河村渠下涵(5+966)。

为了对改造前后灌区灌溉效果进行评价，在节水改造前和节水改造后对灌区灌溉水利用系数进行了测定，并对灌区近几年续建配套和节水工程实时效果和经验进行总结和评价，可为类似大型灌区节水改造工程提供借鉴[1- 5]。

2 试验设计

2.1 试验方法

常用的灌溉水有效利用系数测试方法包括静水法、动水法、双环入渗法、渗透仪法、经验公式法等[6- 9]。静水法主要适用于静水渠段的渗漏损失情况；双环入渗法操作过程比较复杂，需要将两个同轴心、不同直径的钢质圆环压入土质渠床内20cm才能进行测试，仅适用于土质渠床的渗漏损失；渗透仪法适用于土壤的渗漏损失；经验公式法适用于渠道的规划设计阶段或者缺乏实测资料时对渠道渗漏损失进行估算；动水试验法操作简单，不会影响渠道的正常灌溉用水，适用于渠道较长以及渗漏损失较大的土质渠道。由于汾西灌区当前灌溉水利用系数仍然较低，渠道渗漏仍然比较严重，而且灌区表层土质多为轻壤土，中壤土次之，土壤质土疏松，因此，本文采用动水法对渠道防渗改造前后的效果进行测定。

根据相关规定[10]，在利用动水法进行渠道灌溉水有效利用系数测定时，应根据渠道断面流量大小来确定所选典型渠道的长度。一般要求见表1。

表1 动水法渠道流量与长度对应关系

2.2 试验方案

测试时间选在2016年(改造前)和2021年(改造后)的春浇供水期间(一般为3—4月，试验时选取每年3月1—10日进行测试)，并分别对典型干渠(七一渠)和各典型支渠(二支渠、五支渠、七支渠)的灌溉水有效利用系数进行测算。由于七一渠的节制闸和分水闸均为平板闸门，断面为梯形，而且工程完整率高，水流条件优越，因而干渠测算主要采用“建筑物量水，流速仪校核”的方式进行。通过支开口各闸门处流量和与干开口闸门处测得流量来计算灌溉水有效利用系数。各支渠采用流速仪实测，即选取典型规则的梯形断面且足够长度的渠道，利用流速仪测得初始断面流速和终点断面流速，根据2个断面之间的流量情况计算输水利用系数。

3 试验结果分析

3.1 改造前灌溉水有效利用系数

灌区渠道改造前灌溉水有效利用系数测试结果如图1所示。从图中可知：汾西灌区在续建配套与节水改造骨干工程实施之前，七一渠的有效利用系数较低，介于0.505～0.6331之间，波动范围较大，平均灌溉水有效利用系数仅为0.5644；二支渠、五支渠、七支渠的灌溉有效利用系数较干渠更低，分别介于0.4695～0.5089、0.4064～0.5536、0.4001～0.5167之间，平均灌溉水有效利用系数分别为0.4917、0.4798和0.4922；干渠的灌溉有效利用系数高于支渠，这可能与采用的防渗等级有关，干渠在前期渠道防渗改造工程中的混凝土防渗等级为P10，而支渠混凝土防渗等级为P8；七一渠的灌溉水有效利用系数基本呈逐渐增大的变化趋势，即输水时间越长，灌溉水有效利用系数越大，而支渠的灌溉水有效利用系数一直处于动态变化过程，并无明显规律，这可能是由于干渠一直处于输水状态，而渗漏损失随着输水时间延长而逐渐减小，当渠床土质达到渗漏饱和之后便不再渗漏，因而灌溉水有效利用系数会逐渐增大，而支渠并不是时刻存在输水状态，仅仅在支渠需要分配水资源时才会供水，因而渠道渗漏会一直处于波动状态。

图1 改造前灌溉水有效利用系数测试结果

3.2 改造后灌溉水有效利用系数

经过进一步防渗改造后渠道的灌溉水有效利用系数测试结果如图2所示。从图2中可知：相比改造前，二次改造之后的渠道灌溉水有效利用系数有较大幅度提升，七一渠的灌溉水有效利用系数介于0.6947～0.793之间，平均灌溉水有效利用系数仅为0.7688，二支渠、五支渠、七支渠的灌溉有效利用系数焦干渠更低，分别介于0.6319～0.7205、0.5926～0.6741、0.5258～0.6477之间，平均灌溉水有效利用系数分别为0.6659、0.629和0.6025；渠道在二次防渗改造之后，灌溉水有效利用系数除了有较大提升之外，还更加稳定，表明在增加量水设施后，对灌区渠道水量起到了更精准的控制，可以保证灌区渠道供水的稳定性。

图2 改造后灌溉水有效利用系数测试结果

4 效益评价分析

4.1 防渗效益

灌区渠道节水改造前后的防渗效果对比如图3所示。从图3中可知：经过再一次的节水改造之后，二支渠灌溉水利用系数从0.4917提升至0.6659，提升幅度为35.4%，五支渠的灌溉水利用系数从0.4798提升至0.629，提升幅度为31.1%，七支渠的灌溉水利用系数从0.4922提升至0.6205，提升幅度为26.1%，七一渠的灌溉水利用系数从0.5644提升至0.7688，提升幅度为36.2%；经二次节水改造之后，汾西灌区的灌溉水利用系数明显提升，平均提升幅度达到32.2%。

图3 改造前后灌溉水有效利用系数对比

4.2 经济效益

截至2021年，针对汾西灌区续建配套及节水改造工程共完成投资12亿元，完成各类型渠道防渗350km，渠道加高30km，工程完好率由1999年的35%提升至目前的98%，灌溉水利用系数由1999年的0.358提升至目前的0.7688，亩用水量由原来的300m3降低至当前130m3，年可节约灌溉用水3608.5万m3，灌溉成本降低70%以上。

4.3 生态效益

通过续建配套和节水改造工程，灌区加强了对地表水的利用，封闭机井810眼和封闭水井2035眼，明显减少了对地下水的依赖，灌区地下水位平均抬升4.0～5.0m，通过控制地下水位，可有效改善灌区土壤的盐碱化程度或者防止灌区耕地土壤盐碱化。

5 结语

汾西灌区是一个大型灌区，灌区水资源年径流量7.08亿m3，可供年径流量4.48亿m3，现状灌溉面积51.84万亩，可发展灌溉面积为70.26万亩，但灌区内部分渠段缺乏量水设施，严重影响到渠道的灌溉管理。通过现场试验可知：经过多年的续建配套和节水改造工程，灌区干渠和支渠的灌溉水有效利用率均有较大幅度提升，支渠灌溉水利用系数目前已>0.6，干渠灌溉水利用系数>0.75，灌溉水利用系数平均提升幅度达到32.2%，可取得良好的防渗效果、经济效益和社会生态效益，相关改造经验可为类似大型灌区提供借鉴。当然，本文仅从一年的灌溉水有效利用系数来评价灌区节水改造成果略显不足，需要在多年平均观测的基础上，尽量减少偶然测量误差的影响，以提升测量结果和评价结果的准确性和科学性