小水库灌区节水节能改造的探讨

陈源流

摘要:小水库不仅有为农作物提供的水源,而且还具有天然的水能。小水库灌区现状农业灌溉方式不仅存在着水量的浪费,而且还存在着水能的浪费。针对这一问题,本文探讨采用“比较水头损失法”——充分利用小水库的水能,通过管道输水来满足农作物需水要求的方法,达到节水节能的效果。

关键词:水库灌区节水节能灌溉水头损失

1. 问题的提出

安庆市宜秀区位于安徽省西南部,境内山、丘、湖、圩俱全。区内现有小(二)型水库16座,总库容726.7万立方米,兴利库容417.4万立方米,灌溉面积1050公顷。现状小水库灌区输水灌溉方式均为明渠输水田间漫灌方式。这种落后的、粗放的输水灌溉方式普遍存在着以下的问题:

(1)串灌串排,水、土、肥流失。(2)粗放式大水漫灌,不适应经济作物用水要求。(3)田间串水,灌水不及时。(4)不能根据各田块农作物需要适时、适量灌水。(5)田间过水,输水损失大,水的利用率低。(6)用水无法计量,水费不能计量收取。(7)田块间用水矛盾,可能引起农户矛盾。(8)由于受地形、水源条件的限制,为满足灌区自流灌溉,保证渠道水位,往往渠道抬的很高占地较多,投资大,而且破坏了原有自然排水水系,需要工程措施解决。(9)灌区内上下游矛盾较多,特别是遇到干旱年景,这种矛盾显得更为突出,灌区内局部高地及远离水库的农作物需提水灌溉。

针对小水库灌区存在的上述问题,要使灌区灌溉工程能适应农业经济发展的需要,必须将这种输水灌溉方式改造为先进的、节水节能的的输水灌溉方式。本文探讨采用“比较水头损失法”以充分利用小水库的水能,通过管道输水来满足农作物需水要求,达到节水节能的效果。

2. 基本原理

如何利用小水库的水能,使管道输水来满足农作物需水要求?总结过去对小水库灌区的规划设计及现状调查中发现,小水库灌区节水节能改造潜力因素有以下几个方面:

(1)现状小水库一般库内水面与灌区地面高程比较位势较高。

(2)灌区内地势较陡,灌渠沿途跌水较多,水能损失大。

(3)灌区为明渠输水、田间串水,水量损失也大。

(4)灌区农作物现状种植作物大多为水稻,产量低。

根据上述分析,小水库灌区改造成管道输水有自然的有利条件,通过典型调查,大部分小水库的水能满足管道输水到田间后,还有一定的富裕水头H富裕能够满足田间节水灌溉要求。“比较水头损失法”就是充分利用小水库的水能,通过管道输水来满足农作物需水要求的方法,也就是将小水库灌区改造成管道输水,通过比较不同管径时管道的水头损失,选择富裕水头H富裕满足田间节水措施要求的方法。这样小水库所具有的水能,满足了管道输水到田间和农作物节水措施要求的水压,避免了水库水能白白浪费在明渠输水的跌水上,起到了节水节能的作用。其方法步骤是:

(1)根据灌区设计流量、输水管长度、管材摩阻系数,按照管道输水公式计算出不同的输水管径时,灌区参考点到水库的各级输水管道沿程、局部损失,然后计算出总水头损失H损;(2)富裕水头为小水库水位与灌区地面的高差△Z减去总损失水头H损,即:H富裕=△Z - H损 。灌区同一个参考点的△Z为确定的值,H富裕随着H损的变化而变化,所以,可以比较不同管径时的总水头损失H损的大小,选择出一个H损既能满足了管道输水到田间,又能保证农作物节水措施要求的水压H富裕。(3)根据选择的H损,计算出富裕水头H富裕的值,确定农作物节水灌溉方式。目前比较先进的节水灌溉方式有管灌、喷灌、微喷灌、滴灌等,对于小灌区,若H富裕为0.2～1米时,可选择管灌;若H富裕为1～5米时,可选择滴灌;若H富裕为5～15米时,可选择微喷灌;若H富裕为15米以上时,可选择喷灌。规划中,若要增大富裕水头,改变农作物节水灌溉方式,可采取适当增大管径措施,来减小总水头损失达到,但管径过大,灌溉工程投资增大,应进行技术经济比较;小水库水位与灌区地面的高差△Z越大,所需的管径越细,灌溉工程投资也就越省。

3. 改造后的优点

(1)减少了渠道压废土地,也就等于增加了种植面积。(2)输水快捷、灌水方便,能够根据作物需求适时适量控制用水,促进作物增产。(3)用地埋管道输水、配水,减少了蒸发渗漏损失,提高了渠系水利用系数,节约了水资源。(4)地埋管道适应农业机械化耕作要求。(5)可实现灌水阀门自动控制,维护管理简单,节省人力。(6)管道上便于安装计费水表,可实现用水计量收费,合理核算农作物灌溉成本,总结农作物高产灌水经验。(7)由于管道输水、配水,大大的减少了水资源消耗,汛期水库可适当降低汛限水位,枯水期可缓解水资源不足的矛盾。(8)改变了人们的用水观念,促进了农业科学用水技术的推广。

4. 结束语

(1)本文中小水库是一个广义的概念,是指比灌区地面较高的水源,且水源高度能满足管道输水要求,它也可以是水塘、渠道等。(2)采用“比较水头损失法”改造小水库灌区,完全利用水库的自然水能,不需要泵站,也就没有电能损耗,不会增加农业供水成本。(3)目前全国各地小水库除险加固正在进行,其中灌溉用的放水涵是除险加固三大件(大坝、溢洪道、放水涵)之一,如何使加固后的放水涵适应管道输水要求应得到重视。(4)由于采用了管道输水,可很方便地在管道上安装阀门和计量水表,核算各用水户的用水费用。从而避免用水矛盾,也节约了水资源。(5)小水库灌区利用地埋管道输水,将进一步促进灌区农作物种植结构的调整,使农业由粗放型朝着集约型方向发展。(6)管道输水减少了输水过程中的水量损失,要真正做到高效用水,应配套喷、滴灌等田间节水措施。目前尚无力配套喷、滴灌设备的地方,对管道布设及管材承压能力等应考虑今后发展喷、滴灌的要求,以避免造成浪费。(7)采用“比较水头损失法”改造小水库灌区,要考虑农作物的种植需要,因地制宜地进行规划设计和技术经济论证。

参考文献:

[1] 水利部科技教育司. 低压管道输水灌溉技术. 北京:水利电力出版社,1991.

[2] 喷灌工程设计手册编写组. 喷灌工程设计手册. 北京: 水利电力出版社,1989.

[3] 华东水利学院主编.水工设计手册.第八卷灌区建筑物. 北京: 水利电力出版社,1984.