桑干河灌区末级渠系配套工程设计探析

胡志东

（朔州市桑干河水利管理局，山西 朔州 036001）

水资源短缺是制约我国农业产值增长的主要因素之一。为解决我国农业用水紧张的现状，缓解农业需水压力，节水灌溉设施已逐渐应用于农业生产中。末级渠系配套工程中，通过管道的铺设，以减少渠系水源蒸发，提高农田水利用系数，是促进农业发展，节约农业用水的重要途径。

1 工程概况

工程位于朔州市桑干河灌区，灌区内的应县为全国商品粮生产基地、山阴县为全省奶牛业发展基地，农作物主要有玉米（占50%），经济作物有甜菜、油料、葵花等（占40%），其他粮食作物（占10%）。项目区包含2县4个乡镇，项目区主要经济情况见表1。

灌区开发以来，对当地农业生产发挥了重大作用，但经过多年的运行，渠道淤塞，建筑物老化、退化、毁坏，漏水严重，管理设施落后，灌溉水有效利用率降低，严重影响了灌区效益的正常发挥，制约了当地经济的发展。实施续建配套与节水改造工程，是提高灌区效益的必要途径。

表1 项目区社会经济情况表

2 项目区水资源平衡分析

2.1 供水量计算

根据山西省水利厅批复桑干河灌区近年来节水续建配套和首都水资源项目的设计方案，桑干河灌区灌溉面积采用统一灌溉制度，灌区作物播前及全生育期内综合灌溉净定额2 025 m3/hm2。灌区上游控制性水源的水库天然径流（1968—2014年）多年平均2.29亿m3，50%的设计水平年为2.29亿m3，考虑上游工农业规划用水后水库的设计入库水量见表2。

表2 水库设计入库水量表 单位：万m3

2.2 需水量分析

根据桑干河灌区近年来节水续建配套和首都水资源项目的设计方案，项目规划末级渠系灌溉面积1.2万hm2，全部在桑干河灌区有效灌溉面积区域内，设计为U型渠输水灌溉，净灌溉定额为2 025.45 m3/hm2，灌溉水利用系数为0.56，年需水量4 339.29万m3。

2.3 水资源平衡分析

本次设计拟规划末级渠系灌溉面积1.2万hm2，全部在桑干河灌区的有效灌溉范围内，均设计为U型渠输水。按照桑干河灌区近年来节水续建配套和首都水资源项目的设计方案，灌溉定额为2 025 m3/hm2，灌溉水利用系数为0.585。经复核计算，本次项目渠灌制度采用桑干河灌区统一灌溉制度，净灌水率及净灌溉定额不变，灌溉水利用系数由0.56提高到0.61，年需水量3 983.61万m3。

永定河流域给桑干河灌区1.82万hm2有效灌溉面积的年分配水量为6 078万m3。本次项目区规划分配水量为3 983.61万m3。

3 工程设计

本次规划拟对桑干河1.2万hm2灌区内，急需配套改造的斗农渠进行改造。其中，防渗配套斗渠175条，256.5 km；农渠231.53 km。

3.1 设计灌水定额计算

3.1.1 灌区作物组成

目前灌区的作物组成是玉米、经济作物和其他作物，其中经济作物主要包括甜菜、油料等，其它作物包括谷黍、土豆等。根据灌区粮食及经济作物发展规划，此次设计对作物的种植比例做适当的调整，并根据灌区试验资料和调查资料确定各种作物生长期内的总耗水量。灌区作物需水量成果见下表3。

表3 灌区作物需水量表

3.1.2 作物生长期有效降水计算

作物生长期有效降水量计算公式：

式中：P——日有效降水，mm；

P0——日降水量，mm；

σ——降水有效利用系数，当日降水小于3 mm时，σ取0，否则，取0.85。

计算结果见表4。

表4 灌区年降水量频率计算成果表

3.1.3 灌溉净定额计算

采用水量平衡方程式估算灌溉定额，计算公式为：

式中：M——作物生长期灌溉用水量，m3/hm2；

ET——作物需水量，m3/hm2；

P0——生长期有效降水量，m3/hm2；

W土——前期土壤水可利用量，m3/hm2。

计算结果见表5。

表5 灌区灌溉定额计算表 单位：m3/hm2

3.2 设计灌水周期及工作时间

由于本地区降水量少，特别是冬春季节雨量更少，绝大部分土地播前墒情不足，不能保证适时下种，所以冬春汇是本地区一次保墒的关键水。它既可以充分利用秋后和春季较多的水量灌溉，将水暂时储蓄在土壤中，便于春季适时下种，促进作物的发芽生长，又能洗盐压碱。因此，按照原雁北地区“灌溉制度”，编制时春秋汇另列一项，未计入作物生长期的灌溉用水量内。本次设计在桑干河灌区的1.2万hm2有效耕地中，安排春汇灌溉面积为总面积的55%，净灌水定额确定为900 m3/hm2，秋汇占45%，净灌水定额为900 m3/hm2。

根据当地历年灌溉实际调查，结合“雁北灌溉制度”，初步拟订，一般生长期内玉米1～2次、经济作物1次、其他1次。据此和理论计算净灌溉定额分析，并考虑灌溉的不均匀性，降水的不均匀性，设计灌溉制度结果见表6。

表6 桑干河灌区P=50%作物灌溉制度表

3.3 渠道设计布置

桑干河灌区现有五级（总干、干、支、斗、农）固定灌排渠道，总干、干、支三级渠道系统基本健全，斗、农两级配套情况较差，因此本次设计针对典型田块的渠系状况，配套部分斗农渠及斗农退水沟。田面工程配套后，均为斗、农两级固定渠系。各级渠系统尽量利用原有渠道，尽可能同级渠道相互平行，上下级渠道相互垂直，渠道长度和间距满足机耕和方便排灌要求。

桑干河灌区最末一级固定渠道为农渠，其间距一般为200～300 m，基本符合园田化建设要求，但由于农渠均较长，远远超过园田化标准，因此本次设计在农渠布局的基础上，加布毛渠构成园田化建设基本单元。毛渠间距由灌水畦长度控制。田面工程配套后，畦长一般在75 m左右，畦宽在3 m。具体指标见表7。

表7 田面工程配套指标表

3.4 渠道尺寸及设计流量确定

渠道类型尺寸、建筑物设计参照2011年6月山西省水利厅下发的《山西省小型U型渠道防渗工程标准图集》。经调查灌区内斗渠比降1/700～1/1500，流量0.334～0.488 m3/s，斗渠采用C 20混凝土D 80 U型渠。农渠比降1/700～1/1500，流量0.135～0.197 m3/s，农渠采用C 20混凝土D 60 U型渠，均能满足灌溉需求。

4 结语

桑干河灌区末级渠系配套工程设计工作严格按照规范要求，根据当地不同作物，通过水资源平衡分析，结合灌溉定额，制定了合理的灌溉制度，以保证灌溉用水的高效利用。项目实施过程中，建设单位与监理单位应切实负责，保证项目按质、按量、按时完成，以解决灌区用水问题。设计方案的研究，可为末级渠系配套工程的设计，提供一定的借鉴与参考。