关于黑龙江省克山县高效节水灌溉的探讨

2017-07-19刘之毅

水利科学与寒区工程 2017年5期

关键词：轴式黑龙江省节水

刘之毅，杨兴

(1.黑龙江省水利科学研究院，黑龙江哈尔滨 150080；2.黑龙江省龙研水利规划设计有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150080)

关于黑龙江省克山县高效节水灌溉的探讨

刘之毅1，杨兴2

(1.黑龙江省水利科学研究院，黑龙江哈尔滨 150080；2.黑龙江省龙研水利规划设计有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150080)

黑龙江省克山县以盛产马铃薯闻名，是全省乃至全国的产粮“标杆县”。农业生产离不开用水灌溉，克山县在作为产粮大户的同时也成为了农业灌溉的用水大户，实行高效节水灌溉能够有效节约农业灌溉用水。本文结合克山县的土壤情况、气象因素、水文地质条件和作物的灌溉制度等实际情况，分析高效节水灌溉的先进性及其带来的有利影响，比较各种高效节水灌溉模式的优、缺点，探寻适合克山县的高效节水灌溉模式。

高效节水；灌溉；灌溉模式

20世纪40年代以来，黑龙江省累计生产粮食突破20 000亿斤，20世纪90年代后期，每年向国家提供400亿斤商品粮[1]，一直都是国家粮食安全方面的中流砥柱。在作为产粮大户的同时，黑龙江省又是一个用水大户，特别是农户节水意识淡薄，在旱田中一直采用漫灌的灌溉形式，由于地表蒸腾和地下渗漏等原因，使得灌溉水利用系数非常低。因此，2012年12月，国家启动了东北四省区“节水增粮行动”计划，主要在黑龙江省、吉林省、辽宁省、内蒙古自治区四个省份推广高效节水灌溉，黑龙江省的建设任务占四省区的40%。克山县位于黑龙江省齐齐哈尔市，以盛产马铃薯闻名，是全省乃至全国的产粮“标杆县”，称得上是“粮仓中的粮仓”，在气候、土壤等方面也具有代表性，因此选取克山县进行高效节水灌溉模式的探讨。

1 克山县基本情况

1.1 地理位置

克山县位于齐齐哈尔市东北部，黑龙江省中部，地处小兴安岭东麓与松嫩平原连接的过渡地带，地理坐标东经125°10′57″～126°08′18″，北纬47°50′51″～48°33′47″之间。境内南北最大距离79.9 km，东西最大距离67.7 km，辖区总面积3320 km2。

1.2 气象因素

克山县年平均风速3.1 m/s，春季多风少雨，蒸发量大，当受内贝加尔湖低压影响时，往往出现7～8级的西南转西北大风，8级以上的大风日数平均15 d/a，占全年大风日数的68.5%。秋季因受大陆季风控制而盛行西北风。平均年无霜期121 d，平均日照为2703 h，盛行西北风，带有大风、干旱、冰雹，及早霜等灾害天气。克山县平均冻土深2.20 m，最大冻深2.82 m。克山县多年平均气象因子见表1。

1.3 土壤结构

克山县地处东亚大陆地带性土壤、黑钙土带内。在形成过程中，受周围自然条件影响，又发育了较大面积的隐域性土壤。

表1 克山县多年平均各气象因子表

克山县以黑钙土为主，pH值在7.0～8.0之间。土壤层厚度15～40 cm，土壤容重1.40 g/cm3，田间持水量23%，土壤含盐量0.18%～0.34%，土壤肥力中等。

1.4 水文地质条件

克山县位于松嫩中断(坳)陷带北部倾没区，自中生代以来，沉积了巨厚的白垩纪陆相碎屑岩沉积物，主要岩性为粉砂岩、细砂岩及泥岩，为碎屑岩类孔隙裂隙承压水提供了赋存空间。白垩纪后，区内大部分沉积了第三纪地层，地层厚度由东南向西北逐渐增厚，含水层厚度也随之变厚，为地下水赋存提供了良好条件。在河谷中沉积了厚度不等的第四纪松散堆积物，蓄存了较丰富的地下水。

1.5 地形地貌

地形总体趋势东北部地势高，丘陵起伏，割切剧烈，沟壑纵横，西南部地势较低，波澜起伏，漫川漫岗，多宽长坳谷。南北分布有乌裕尔河及讷谟尔河两条带状阶地及河漫滩。地势从东北向西南倾斜2°～6°之间，平均海拔236.9 m。地貌类型以高平原为主，分布面积占境内面积的80%，地势由东北向西南微倾，乌裕尔河及讷谟尔河河谷平原为辅。东部地形起伏较大，沟深坡陡，第四纪底层覆盖很薄，具有明显的线状侵蚀；西部地形起伏和缓，地面坡度小。

2 高效节水灌溉模式探索

2.1 主要节水措施

2.1.1 中心支轴式喷灌

中心支轴式喷灌机可自行对土地进行喷灌，每天可连续24 h工作，灌溉面积大，水资源利用率高，省工省地，无论作物在什么时候需要灌水都可以得到满足，产量提升明显，由于桁架跨度足够大，动力足，所以它不仅可以灌溉平地，也可适应具有一定坡度的地形。中心支轴式喷灌能一机多用，可用来喷施化肥、农药、除草剂等。缺点是结构复杂，耗用钢材多，技术条件要求高，运行方式为圆形或半圆形，地角有漏喷情况，坡度大于7°时行走有困难[2]。

2.1.2 软管牵引绞盘式喷灌

软管牵引绞盘式喷灌[3]简称为绞盘式喷灌，由于绞盘式喷灌机的水压较大，水滴离开喷头后速度很快，很容易打坏作物的茎、叶，所以这种喷灌机适用于茎叶强壮的植物。该设备对定性的要求是可以有坡度，但不能过于崎岖，否则喷灌车可能会陷入地势低洼的地方，影响灌溉效果。相对于中心支轴式喷灌，绞盘式喷灌没有中心支轴式喷灌控制面积大、效率高，但单位投资小，土地流转规模不大，适用地形、水源条件能力强。缺点是入机压力要求较高，机组移位困难。

2.1.3 移动管道式喷灌

移动管道式喷灌，就是可以移动的喷灌设备，该喷灌系统是由提水设备、动力设备、输水设备、给水设备等独立的个体组成，这些个体在工作时可以组装在一起，有损坏的时候只需拆卸更换损坏部件，还可以在不同的地块轮流使用。但是设备在搬运的过程中可能会对植物造成伤害，刚刚灌溉后的土壤还会给搬运工作造成困难，生产效率较低，设备的维修保养工作量大。

2.2 灌溉模式探索

2.2.1 灌溉水利用系数分析

由于微灌的造价高，粮食作物适合采用喷灌的灌溉形式，所以克山县的粮食作物种植区域可采用喷灌技术。由于喷灌系统中的水是通过管道运输，减少了阳光蒸发和土壤渗漏这两大损失，大大提高了水资源利用系数，从原来的0.4提高到现在的0.90～0.96。同时，喷灌设备将水雾化或变成小水滴，很快就会被作物根系附近的土壤吸收保存，避免了水积聚在地表或渗漏到更深层的地下，提高了田间水分利用效率，田间喷洒水利用系数可达到0.8～0.9。

2.2.2 灌溉制度分析

因为马铃薯和玉米的生育季节和需水期类似，所以克山县农户经常采用马铃薯和玉米两种作物间作的耕作模式，这样能够充分利用光能、提高产量、增加土壤肥力、改良土壤。故按照玉米灌溉制度灌溉：播种期—抽穗期降雨量较少，需要补充灌溉，花期和灌浆成熟期和雨季同步，不需灌溉。具体拟定的灌溉制度见表2。

2.2.3 灌溉形式分析

由于克山县蕴含着丰富的地下水，为灌溉井奠定了良好的水文基础，因此克山县的灌溉水源多可选择井灌。克山县地貌类型以平原为主，故可将中心支轴式喷灌选为主要灌溉形式，在地脚漏喷处辅以软管牵引绞盘式喷灌，部分地面倾斜角度过大或崎岖不平的地区可考虑选择移动管道式喷灌。

表2 喷灌玉米节水高效灌溉制度

3 效益分析与生态环境影响评价

3.1 增产效益分析

灌溉增产效益可采用分摊系数法计算。增产效益是指节水灌溉较传统灌溉增加的产量或产值。增产效益可用式(1)计算：

Δy=(y1-y0)A

(1)

式中：Δy为增产量，kg；y1为节水灌溉平均单产，kg/hm2；y0为传统灌溉平均单产，kg/hm2；A为种植面积，hm2。

根据类似工程经验，节水灌溉工程实施后，增产效益显著，根据玉米和马铃薯的现行价格，马铃薯、玉米增收分别约为10 500元/(hm2·a)、4050元/(hm2·a)，灌溉效益分摊系数取0.4，效益值分别为4200元/(hm2·a)、1620元/(hm2·a)。具体年经济效益计算见表3。

表3 年经济效益计算表

3.2 生态环境影响评价

3.2.1 有利影响

克山县地处黑龙江省西部地区，是黑龙江省商品粮主产区，应用先进的节水灌溉技术，保证建成后项目区的作物全生育期需水量，促进粮食作物正常生长、发育，在增加作物产量的同时，促进系统物质循环和能量转化。节水灌溉工程建成后，不仅能够增产增收，还能调节当地的地表温度和湿度，降低水土流失的风险[4]。合理布设机井间距，遵循水土平衡规律，合理开发利用地下水资源，促进该地区农业可持续发展[5]。

3.2.2 不利影响

工程实施对环境的不利影响主要表现在施工期。由于工程涉及土方工程、砌砖工程、砌石工程和机械设备的使用，施工期会产生低程度的生态污染。但该工程以设备安装为主，涉及的土方工程、砌砖工程、砌石工程和机械设备的使用较少，故不利影响是可控的。