咸淡水混浇在节水型社会建设中的实践探索

柳金杰,李晓亮,刘庆华

(河北省邢台水文水资源勘测局,河北邢台 054000)

在缺水的咸水地区,由于长期干旱,地表无径流产生,过境河流无客水流入,地表水资源实际利用量为零。地下水长期超采,开采量大于补给量,浅层淡水资源日趋枯竭,随着工农业生产的发展和居民生活水平的提高,用水量迅猛增加,全部依靠开采深层承压淡水资源,势必会使深层淡水水位急剧下降,造成地面下沉,咸淡水分界面下移,地下水环境遭到不可恢复的破坏。若充分开发利用浅层微咸水与淡水混合用于农业灌溉必然可以缓解淡水资源供需矛盾,因此,建设咸淡水混合灌溉是非常必要的。

1 示范点基本概况

示范点位于北方干旱缺水的咸水地区,控制面积约 2.2万亩,现有深层井 50眼,以农业生产为主。多年平均降水量530mm,降水年际变化大,年内分配不均的特点。旱灾是当地农业生产的主要灾害。农业灌溉主要依靠开采深层地下淡水,水资源十分紧缺。人均水资源量 160 m3,亩均水资源量 90m3。地下水长期超采,开采量大于补给量,浅层淡水资源日趋枯竭,深层水水位急剧下降,由原来的 30～40 m已经降到 60～75 m,年平均下降速度 2～3 m,形势非常严峻,势必会造成深层地下水水位下降,地面沉陷,咸淡水分界面下移,地下水环境将遭到严重破坏。面对严峻的现实,只有坚持开源节流,保护并重,充分利用上层微咸水能有效缓解水资源短缺的供需矛盾。

2 咸淡水混浇的条件

在干旱缺水的咸水地区,利用 2～5 g/L的咸水与淡水混合灌溉能够取得不错的效果,土壤次生盐渍化可避免。五年实验表明,土壤的含盐量平水年基本实现周年平衡,雨量偏少年份稍有积盐,如遇丰水年或次雨量较大的平水年,土壤的积盐可以淋脱,达到多年平衡。

3 工程规划设计

示范区总面积 2.2万亩,共计 50个系统单位,全部为大田灌溉。每个灌水单元利用现有一眼淡水深井,在附近 20 m以内新打一眼微咸水浅井联合运行,连接现有管道进入配水池混合后,达到符合农田灌溉标准要求的农田灌溉用水,实现节水目的。

3.1 灌溉制度

示范区内以种植棉花为主,75%的年份降雨量为385mm,70%降雨(270mm)集中在棉花生育期,因此按种植棉花进行典型设计。有效降雨量按发育期总降水量的 80%计算为 216mm,根据当地种植棉花多年的经验,实际缺水量为197mm。

1)设计灌水定额

以满足棉花生长期需求为依据,用公式 M=667rH(θ上-θ下)/η田计算为 65.3mm。

式中：r为土壤容重,砂壤土取值为 1.45,g/cm3;H为计划湿润层深度,取值为 0.6,m;θ上-θ下为土壤适宜含水率上限 θ上取值为 0.9θ田持,下限 θ下取值为 0.65θ田持,θ田持为田间持水率,取值为 24%;η田为灌溉水利用系数,管灌取值为 0.8。

2)灌水周期

根据示范区实际资料,取 Ep=6 m3/亩,T=m/Ep=43.5/6=7.25 d,取值为 8天。

3)管道总设计流量

示范区内机井原配有流量为 50 m3/h的水泵,配合出水量 15m3/h浅层咸水井灌溉,故管道总设计流量为 65m3/h。

4)管径校核

式中：D为干管的经济管径(mm);V为经济流速,取1.5m/s;Q为干管的设计流量(m3/h)。

3.2 水头损失计算

沿程水头损失按公式 hw L=fLQm/Db计算。其中：m取1.77;b取 4.77;f取 94 800。局部水头损失按沿程水头损失的 10%计算,沿程水头损失计算结果见下表：

表1 沿程水头损失计算成果表

3.3 管网运行时水泵最大扬程计算

其中 Hp─灌溉系统设计扬程,m;Hmax为管道系统最大工作水头,m;Z0为管道系统进口扬程 m;Zd为机井动水位m

∑hf0,∑hj0为分别为水泵吸水管进口至管道进口间的管道沿程水头损失及局部水头损失,m。一般取值为水泵管长的5%。

以管道进口高程为 0计算,即 Z0为 0,则深井 Zd为110m,浅井为 35m。计算成果见表2 ：

表2 管道系统水力计算成果表

3.4 管理措施及水权机制

(1)提取工程运行管理费,项目建成后,为保证工程的正常运行,按农民增加的效益提取 3%～5%用于工程维修和管理及设备更新。

(2)按定额收取水费,项目区内按用水定额收取水费,超定额用水成倍加收补偿费,促进节水不灌溉的发展,增强农民的节水意识。

(3)水权时水事活动中有关各方权利关系的总和,是水资源所有权、水资源使用权,水产品与服务经营权和转让权等与水资源有关的一组权利的总称。协会把水权按照耕地面积、灌溉定额、灌水次数确定其年用水量,明确各农户的水资源配置。水权可以转让、买卖。用水户节约用水,少用部分协会进行购买,达到激励节约用水的目的。

4 效益分析及环境影响

4.1 经济效益

经计算,示范区的 1 500亩耕地,年灌水定额按 160m3/亩计算,年灌水量 240万 m3,其中利用深井水 184.6万 m3,利用浅层微咸水 55.4万 m3。浅井比深井每方水可节电0.35 KW,共节电 19.39万 KW,电价按 1.0元 /KW,可节省电费 19.39万元,经济效益明显。

4.2 节水效益

项目实施后,示范区内合理利用微咸水,每年减少 55.4万 m3深层承压淡水的开采量。对缓解淡水资源供需矛盾,降低深层地下水位的下降速度和地面下沉,保持淡水资源的课持续利用。对于保持农业和国民经济高效持续发展将起到很大促进作用。

4.3 社会效益

示范区内项目实施后,极大的调动了农民的积极性,推动了种植业的发展。同时,提高作物抗旱能力,保证农民增产增收,减轻农民的负担,在一定程度上,维护了农村社会的稳定。

为当地的农田灌溉走上可持续发展的道路,为缓解水资源缺乏和地下淡水资源超采起到巨大作用。

5 结语

(1)保护地下水资源

实施咸淡混合水灌溉,能有效减少开采地下淡水,能有效的保护项目建设区内的地下水资源。根据项目示范区的经验证明,对环境没有不利影响。

(2)达到耕地增产不坏地目的

利用咸淡水混合灌溉严格掌握咸水灌溉的条件和技术要点,必须具备较好的排水出路。渠排井排相结合,利用深渠在雨后及时将表层盐分淋出,利用浅井将地下水控制在3m以下,限制潜水盐分表聚,同时有为盐分锋面下移提供了一定厚度的土层。

[1]冯智学,檀领革等.河北省威县节水型社会建设试点方案[J].2008,10.

[2]张登杰,冯智学等.威县水资源评价(1956-2005)[J].2009,5.