试论小河西水库灌区节水改造的技术问题

赵志杰 朱晓伟

【摘 要】小河西水库灌区水毁重建规划工作已经圆满完成，部分渠段已开始实施，但从规划中还存在着节水改造有关的问题，由于干渠所在的地质条件比较复杂，渗水比较严重，所以必须进行节水改造。节水以干渠防渗为重点，结合农艺措施、田间措施、非充分灌溉技术、井渠结合的方法，并针对不同的作物采用不同的灌溉标准，达到节水和扩大灌溉面积的目的。

【关键词】小河西水库灌区；节水改造；技术

1.前言

小河西水库灌区水毁恢复工程与节水改造规划工作已经完成，并且已经开始建设。小河西水库灌区兴建于1958年，以小河西水库为灌溉地表水源，小河西水库灌区位于通辽市扎鲁特旗中西部，距旗政府所在地鲁北镇25km，地理坐标是东经120°36′-120°43′，北纬44°23′-44°37′，灌区全长74km（其中：香山灌域54km，工农灌域20km），平均宽2km，总面积148km2（合22.2万亩），所辖服务范围香山镇六个村，鲁北镇四个村及香山农场两个村，灌区总耕地面积11万亩，播种面积8.4万亩。灌区原设计灌溉面积5.0万亩，历史最高年度灌溉3.2万亩，最少年份1.1万亩，多年平均灌溉1.6万亩。

2.小河西水库灌区节水改造任务艰巨

根据通辽市水利勘察设计院完成的小河西水库水毁恢复工程设计报告，规划灌溉面积2.3万亩，其中工农灌域2.0万亩，全部为旱田；香山灌域0.3万亩，全部为水田。水田灌溉保证率为75%，旱田灌溉保证率为50%。年可供水量为1160万立方米。小河西灌区兴建于1958年，以小河西水库为灌溉地表水源，该灌区经过40余年的运行，渠系建筑物出现了严重的破损现象。1998年8月8日的特大洪水使小河西水库的主坝决口，水库溢洪道、工农涵洞及香山涵洞被冲毁，水毁以后，水库原有的灌溉能力全部丧失，99年至2003年春旱，灌区人民群众用柴油机水泵从河道抽水解决春种灌溉用水问题。

小河西水库除险加固工程的实施，相继重建了水库香山涵洞及工农涵洞，恢复水库向灌区输水灌溉的功能。小河西灌区工农干渠下游的主要渠系建筑物建设年代久远，多为砌石及草木结构，经多年运行，都相继出现了不同程度的破损现象，并且在98洪水中也遭到了不同程度的破坏，均损毁废弃，因此，小河西水库除险加固的成功实施后，为了能尽快发挥其原有的灌溉效益，解决下游灌区人民群众农田无法灌溉的难题，急需对小河西灌区水毁建筑物进行恢复重建。由于水源有限，为了扩大灌溉面积，必须对灌区进行节水改造。

小河西灌区面临干渠工程不够配套、建设标准偏低、老化失修、管理落后等一系列问题，还面临灌溉水量不足的严峻问题。通过节水改造，不但要解决现状缺水，而且在不增加灌溉用水总量的前提下，还要在灌区控制范围内扩大灌溉面积。灌区节水改造建设周期长，综合性强，投入巨大，技术方案和技术路线既要立足于生产上已经得到验证的成套技术，同时应有必要的前瞻性，制定科学、合理的改造标准，积极、慎重地采用新技术、新材料、新工艺，以增加灌区改造的科技含量、提升灌区功能，保证工程质量，降低建设费用和运行成本，提高灌区经济效益。

3.小河西灌区节水改造的技术问题

根据小河西灌区所处气候条件有显著差异，节水改造技术决策可归纳为下述几个主要方面：

3.1以可供水资源总量确定灌区规模

我国农业面临的水资源严峻形势不仅表现为水资源的人均占有量和亩均占有量低，而且更突出地表现为水土资源配置失衡。小河西水库灌区垦殖率仅为50%左右，即灌区控制范围有近一半的面积为各类荒地。充足的光热资源和丰富的土地资源引起人们以扩大灌溉面积发展农牧业生产的愿望，但往往忽视了水资源承载能力的限制，造成上游开荒、下游弃耕，湖泊干涸，河道断流，绿州萎缩，自然生态恶化的严重后果。因此灌区改造必须正确把握水资源的承载能力，确立以水资源承载能力决定灌区发展规模的技术原则。

水资源承载能力主要取决于水资源条件，一般而言，水资源丰富地区的水资源承载能力大，而水资源匮乏地区的水资源承载能力小。但是，水资源的承载能力又表现出明显的可变性，广义上讲开源、节流都是为了提高水资源的承载能力，当然这种提高是有限制的。水资源开发程度超出安全限度意味着水资源的承载风险加大；超出技术、经济合理性的节流，也必然带来运行、管理上的风险。水资源承载能力还表现为相当大的弹性，例如超采浅层地下水的短期合理性与长期危害性是并存的。正确利用水资源承载能力的弹性可以大大提高水利工程的经济合理性，超出限度则最终会影响农业生产。

在考虑水资源承载能力时，还必须考虑对生态环境的影响。水资源短缺的北方地区，在当前技术水平下，提高水资源对经济发展的承载能力，不能不影响到生态环境用水，因此本地区应首先保证必要的生态环境用水，也要同时从长远上考虑生态环境的承受能力。

3.2 确定不同的灌溉标准

灌区通常采用单一灌溉设计保证率，例如有关规范规定的影响因素中，作物影响是以“作物组成”的形式出现的，并未明确同一灌区的不同作物可采用不同的灌溉设计保证率。这种状况与我国农业传统上强调粮食生产有关，也与规划设计的粗放有关。灌区节水改造中如何正确选择灌溉设计保证率是一个有争议的问题，一方面该区域水资源短缺，不可能选择过高的灌溉标准，另一方面灌区节水改造的效果又应该体现在灌溉保证率的提高上。

小河西灌区建于50～70年代，灌溉设计保证率是根据当时的水文气象、水土资源、作物组成、灌区规模等因素确定的。80年代以来气候呈现逐年干旱的态势，河流年径流量明显减少，灌区的灌溉实际保证率并未达到设计保证率。例如工农灌域有65%的灌溉面积每年只能灌水1次，且远低于设计灌溉定额。因此，灌区节水改造的效果首先不是体现为提高灌溉设计保证率，而应该体现在恢复灌溉保证率上。

现在农业种植面临重大结构调整，即由目前以粮为主的“粮、经”二元结构变为“粮、经、饲”均衡发展的三元结构，农业用水形态呈多样化趋势。优质、专用粮食作物和大多数经济作物因产值高、适用水肥条件好等原因，要求较高的灌溉保证率，而耐旱牧草和一般粮食作物则不要求较高的灌溉保证率，因此同一灌区应该针对作物要求确定不同的灌溉设计保证率，这是适应农业种植结构调整，发展灌区经济的必然选择。

采用多种灌溉设计保证率给灌区规划设计和运行管理带来技术上的难度，解决的办法应依水源条件不同而异。在单一水源条件下，可通过调整作物种植布局和实行作物区域种植、规模经营的方法解决，在多水源特别是开发利用地下水的条件下，应在供水保证率高的水源受益地区种植要求灌溉保证率高的作物。渠道也可以采用既适合大流量输水，也适合较小流量输水的形式。

3.3 合理开发和运用水资源，建设井渠结合灌区

灌区以小河西水库为主水源，但并未对区内全部水资源实行有效的统一管理。降雨形成的土壤水是水资源的重要赋存形式，有效利用降水是提高农田水份生产效率，解决水资源短缺的重要技术方向。本地区多年平均降水量为399.5mm，降水年内分配不均，主要分布在6～9月份，站全年降水量的80%。属补充灌溉农业，对降水有较大的依赖性。据有关研究表明，本地区土壤水的资源量占降水资源量的60%～70%，玉米生育期土壤水可达其全部耗水量的1/3，但土壤水并未得到充分利用。开始在有效利用降水上做文章。但是降水集中在7、8、9三个月，春季少雨，为此在有条件的地区建设蓄水工程，集蓄雨水，降水不足时则少量利用渠水补足蓄水，形成了“渠引库蓄”的用水模式。这种用水模式大大减少了灌溉用水量，对该类灌区节水改造方向影响深远。

地下水是该灌区的重要水资源，在井渠结合方面取得了不少经验，特别是水库冲毁之后，农民自发地打了部分机电井，为利用地下水打下了基础，地下水开发利用对灌区的意义并不仅仅是增加可供水量，而且能控制耕地盐渍化，为种植结构调整提供便利的水利条件。西因为该地区降水少，浅层地下水主要靠灌溉补给；浅层地下水往往矿化度较高，且在垂直方向和水平方向呈不均匀分布；灌区垦殖率低，灌区内各类荒地大量分布，潜水蒸发损失大，这些因素都给小河西灌区的地下水开发利用带来多方面的特殊性。实行井渠结合是小河西灌区节水改造的重要内容。

3.4以干渠防渗为重点

小河西水库灌区渠系复杂，渠线较长、渠道的工程地质条件为部分强风化岩层和含砾砂壤土层，输水损失大，以渠道防渗作为节水改造主要措施是符合实际情况的。但是渠道防渗耗资巨大，而且还存在冻涨破坏的威胁，如何正确选择渠道防渗措施是灌区节水改造面临的技术决策。干渠与田间渠道比较有以下特点：①干渠一般按续灌方式运行，行水时间长；田间渠道一般按轮灌方式运行，行水时间短。②各级渠道的合计设计流量，田间渠道一般为骨干渠道的几倍至十几倍，即一级田间渠道的合计断面远大于一级干渠的合计断面。③比较单条渠道长度，干渠较田间渠道要大得多，但比较单位灌溉面积的渠道长度，结果正好相反。由此可以看出，干渠输水损失水量一般大于田间渠道输水损失水量，干渠防渗亩均费用一般小于田间渠道防渗亩均费用。因此，从投入的有效性考虑，灌区的渠道防渗应以干渠为重点。

渠道的功能主要是输水、配水，同时还要求不冲、不淤，尽可能减少洇渗对周围农田的影响，缩短行水时间，保证行水安全等。从这些要求上看，干渠防渗也应优先于田间渠道防渗。井渠结合灌区，渠道通常都有引水补源的作用，因此田间渠道除确有必要的渠段外，一般不宜采取防渗措施。根据以上的特点，小河西灌区干渠采取钢筋混凝土防渗是比较经济合理的。

3.5 农艺措施是充分发挥节水改造效益的关键

提高降水利用率和生产效率的农艺措施主要是：①以平整土地为中心的坡地整治措施，②以秸秆和地膜覆盖为重点的覆盖保墒措施，③以少耕、免耕为主的耕作保墒措施，④以平衡施肥和施用抗旱剂为重点的化学调控措施，⑤以选用抗旱品种为重点的生物节水措施，⑥以优化农业资源配置为主的产业化发展措施等等。灌区节水改造的目的是为了提高水利用率和水分生产效率，应在技术方案和技术路线中明确农艺措施的重要作用，也应对农艺措施的筛选和配套提出指导性要求。

4.小河西水库灌区节水改造的几项关键技术和措施

根据小河西灌区的具体条件，面临的问题有其特殊性，对节水改造技术有如下几点需求：

4.1 灌区水循环的模拟和评价技术

灌区引水量的减少以及渠道防渗等节水措施的广泛采用将影响灌区水循环，特别是地下水的补给和消耗将发生显著变化，并进一步影响到土壤盐分运动以及自然植被、人工植被的生态耗水。如何依据节水改造实施前后条件的变化比较准确地推演未来的状况和变化趋势，是对这项技术的基本要求。

4.2 渠道防冻涨措施

由于冬季气候寒冷，防渗渠道破坏的主要原因是冻涨问题，特别是干渠沿线的地下水位有时甚至高于渠底，致使冻涨量过大。国内外渠道防冻涨研究成果和成功经验不少，技术上没有大的障碍，问题在于防冻涨措施的有效性往往和建设费用、运行费用成正比，对于我们这样经济落后地区尚难以承受。灌区渠道防冻涨问题不宜单纯依靠防冻涨措施解决，应提倡针对渠段实际情况采用综合措施解决。例如，干渠两侧地下水补给条件好，水质也较好，可以沿渠布设机井（或埋设水平排水管），将地下水提入渠中，一方面增加了可供水量，另一方面也可有效降低骨干渠道两侧的地下水位，减轻冻涨威胁，比单纯排水的经济性好。

4.3 高标准平整土地技术

高标准平整土地是提高灌区田间水利用率的基础性工作，现在主要用人工和推土机结合进行土地平整，但是精度不高，耕地大平小不平，致使灌水仍不够均匀，灌水定额过大。目前提高田间水利用率的有效措施是划小畦块，缩短沟长，但不利于农机作业。国外采用激光平地，保证灌溉效率。但是由于技术和经济原因近期我们还不可能采用激光技术平整土地，可以在继续采用人工和推土机的同时，瞄准先进的激光技术，一旦实际成熟则立刻采用。也可以向有关科研部门提供实验基地，与科研部门进行合作，实验成功马上申请大面积推广。

4.4 非充分灌溉技术

非充分灌溉缺水灌区节水技术改造的必然选择，但如前所述，由于农艺节水技术的进步和广泛应用，充分灌溉和非充分灌溉界限已发生明显变化。故这里所讲的非充分灌溉，应该是在较好农艺节水措施条件下进行的灌溉。普遍采用非充分灌溉的关键在于需要对灌溉系统功能重新定位，对灌区运行调度也提出严格要求，否则如果按照目前的工程条件和调度能力，作物水分的“短期亏缺”很可能成为“永久亏缺”。给农民带来无法挽回的经济损失 。

4.5 灌排结合，控制耕地盐渍化

小河西灌区因降水稀少，蒸发强烈，以及排水工程不配套等原因，开灌后不同程度存在盐渍化问题，因此必要的排水配套措施应该是这次灌区节水改造的重要内容之一。在干旱、半干旱地区，要解决岩渍化问题，目前最好的办法就是灌排结合，井渠结合，放弃原有的重灌轻排思想，在加强灌溉管理的同时，也要加强排水措施。从田间排水开始，合理布设排水沟渠，使排水通畅。还要注意观察，随时发现和解决排水中的问题，严格控制耕地的岩渍化问题。

4.6 灌区分析评价技术

灌区分析评价包括二方面的目的：一是对现状灌排设施进行调查，总结经验，找准问题；二是根据水资源条件、农业种植结构等变化趋势，提出灌区节水改造的目标、标准、技术方案、技术路线、经济技术指标、管理体制等等。灌区分析评价是灌区节水改造规划工作的基础，也是一项重要的前期性研究工作，但目前这项工作非常薄弱，仍停留在常规现场调查的水平上。

5. 结束语

小河西水库灌区在当地农业和农村经济发展中，起着不可替代的重要作用，但也面临着严峻的水资源短缺、工程设施老化和实现农业现代化等多方面的挑战，进行以节水为中心的重建配套和节水改造势在必行。当地政府和群众已经认识到了水资源短缺对经济和社会生活的影响，意识到了节水的重要性和紧迫性，我们进行节水改造时应该认识到经济和技术方面的困难，但同时也要看到干部群众对节水改造的积极性和能动性，从而增强战胜困难的信心和决心。

参考文献：

[1]扎鲁特旗小河西水库除险加固工程初设报告.

[2]扎鲁特旗小河西水库灌区水毁恢复工程规划报告.

[3]灌区节水工程设计规范 .

[4]中国水资源现状评价和供需发展趋势的分析.