浅谈宁夏引黄灌区高效用水关键技术

王 锐

（沙坡头区南山台电灌站，宁夏 中卫 755000）

1 区域及灌区现状

宁夏是一个水资源严重短缺的省份，水资源日益紧张和用水总量减少成为制约宁夏地区经济发展的主要因素之一。因此大力倡导和普及节约用水和高效节水灌溉技术，提高水的利用效率，是进一步解决水资源短缺，保证区内经济向好发展的主要措施。

根据宁夏水资源管理部门的权威数据，2025 年50%、75%不同降水频率下的水资源优化配置结果，总配水量分别为56.1 亿m3、53.8 亿m3，其中农业配水量分别为44.8 亿m3、42.6 亿m3，工业配水量分别为6.5 亿m3、6.1 亿m3，生活配水量均为2.5 亿m3，生态配水量分别为2.3 亿m3、2.6 亿m3。

2025 年，50%降水频率下，灌区总需水量56.6 亿m3，缺水量为0.5 亿m3，缺水率0.8%，生活和生态不缺水，农业和工业有少量缺水，基本能够满足需求。在降水频率75%下，引黄灌区总需水量59.5 亿m3，缺水量为5.7 亿m3，缺水率9.5%，只有生活不缺水，农业、工业和生态水量分别为5.1 亿m3、0.5 亿m3、0.1 亿m3。

水源地供水、主干、支渠配水和农田用水是农业灌溉的基本组成部分，用水的精细准确性是现代化灌溉的核心内容[1]，故本文对达到高效节水、用水的精细准确目标的关键技术进行分析。

2 测控一体化闸门关键技术

引黄灌区乃至整个农业灌溉中测控一体化闸门是现代水利工程建设中尤为重要的一项基础的水利设备，在农业灌溉的流量控制等众多水利工程应用中能够发挥重大用途。目前大多数灌区的水位控制、水量分配等基本上是由水管员靠手动模式控制，以流速仪和量水设施计量流量，管理水平及效率低下，与加快灌区现代化信息化建设的任务和要求有着很大差距。因此在灌区实施测控一体化闸门技术，对提高灌溉供水服务的安全性、公平性、可靠性、灵活性和资源的使用效率有重要意义。

2.1 设备组成

现代化测控一体化闸门集闸门、启闭设备、测流设备、控制设备、供电设备于一体，主要包括：测流箱、闸门及门框、供电模块、控制模块、通信模块等。

2.2 测流方式

目前测流方式主要有箱式超声波时差法、电磁法及前后水位计法。

2.3 测流精度

超声波时差法与电磁法测流均是测箱产品出厂前，清水、正向进水、水面平稳条件下，实验室测箱测流精度误差为:满箱计量精度误差≤±2.5%，不满箱（水位≥测水箱高度1/2）计量精度误差≤±5%。在多泥沙介质条件下，测流精度不低于设计要求。

上下游水位法是集成槽闸产品出厂前，清水、正向进水、水面平稳条件下，实验室测箱测流精度误差≤±5%。分离板闸产品出厂前，清水、正向进水、水面平稳条件下的元器件测流精度误差≤±6%。

对引黄灌区已建成的由澳大利亚潞碧垦、北京福道、内蒙水华等厂家生产的测控一体闸门开展启闭精度、闸门启动响应时间、测流精度及泥沙淤积状况等方面的逐项测试工作，总体上看泥沙淤积对设备测流精度影响较大。

2.4 智能控制终端要求

1）智能测控终端主要由控制模块、输入输出模块、通讯模块、安全防护单元(含防雷)电源管理单元以及其他附件组成(宜为芯片化结构)，宣采用成熟的CPU 和操作系统。

2）闸门智能测控端用Modbus 等标准通信协仪，《水资源监测数据传输规约(SZY 206-2012)》规定的规约。

3）闸门智能测控终端应采用专门的安全措施及加密技术，采用国产安全芯片和专用国密算法SM1，保障数据传输的完整性、可靠性及安全性。

4）按照“硬件平台化、软作APP 化”设计原则；采用开放式硬件平台，通过APP 应用软件的方式，灵活升级、扩展终端业务功能，可满足定制化应用。

5）支持本地存储和SCADA 远程控制两种存储方式，内置大容量存储器，可存储3 a 及以上的采集数据。

6）本地软件具备设备自诊断功能，能定时自动检测，及时进行故障诊断和预警，如自动增益控制、信号强度及接收率、信噪比等，并在使用说明书中给出各指标的正常范围[2]。

3 灌区田间高效节水关键技术

推广高效节水灌溉既是改变千百年来传统灌溉习惯，压减单位面积耗水量，缓解宁夏地区水资源短缺，提高用水效率和效益的必经之路，也是发展节水型社会的根本措施，更是实现农业现代化的必然要求。

3.1 灌区节水灌溉发展趋势

总结宁夏地区多年来的节水灌溉发展历程，概括出以下几点转型发展：由传统的单一型节水技术发展为与农艺技术互相结合，由原来的单一型向与节水节肥节药的一体化发展，由原来的追求节水高产发展为节水提质高效，大力发展节水科学技术推广与服务体系，综合出台农业灌溉节水补偿制度与标准，及配套节水产品进入的市场制度，同时加强农业灌溉节水的科研力度，相继出台和完善节水灌溉技术标准，实现标准化、规范化、模式化、定量化、集成化和智能化。

3.2 黄河水滴灌安全净化处理模式

经试验测定，可扬黄渠道沙含量为0.5 kg/m3～6.5 kg/m3。水中泥与沙的粒径＜0.1 mm，主要是以粘性粒和粉砂居多，中值粒径0.015 mm～0.045 mm。化学成分主要以SiO2、Al2O3、Fe2O3三种化合物为主，这几种化合物易附着在输水管路和灌水器壁内，引起灌水器堵塞。所以用黄河水进行滴灌，很容易引起灌水器严重堵塞，这是滴灌系统中的一大难题，也是宁夏地区滴灌系统发展的主要短板和制约因素。

3.2.1 灌区黄河水净化处理的组合模式

（1）在渠水供水保证率高的情况下采取渠水(高含沙水)→沉淀→沙石反滤墙→过滤设备→进入滴灌管网的净化模式，但是对管理要求高。

（2）在滴灌项目区面积较大且集中地区采用渠水（高含沙水）→调蓄沉淀池→浮筒取水（卧管取水）→过滤设备→进入滴灌管网的净化模式，易于管理。

3.2.2 过滤设备类型

对于黄河水泥沙处理滴灌设备可选择为：砂石过滤器→网式或叠片过滤器。对于地下水机井加压微灌工程泥沙处理一般采用2 级过滤，泥沙处理方式可选择为：机井→离心式过滤器→网式过滤器(机井水质较差，含粗颗粒)；机井→叠片式过滤器[3]。

3.2.3 水肥药一体化灌溉技术

主要以苜蓿地下滴灌灌溉制度为例，滴灌带应埋深35 cm，偏枯年（P＝95%）型，滴水间隔10 d～15 d，滴水次数约10 次～12 次，次滴水量20 mm～30 mm，灌水定额256.4 mm。土壤水分下限应控制在70%以上，第一茬需滴水量大于第二茬，滴水间隔、滴水次数应根据苜蓿生长期内的天气状况进行适量调整[4]。

针对苜蓿生长特点及营养需求规律，研制高氮型、均衡性、高钾型3 种肥料。高氮型肥料用尿素、磷酸一铵和磷酸钾按照1∶0.26∶0.33 的比例配成；均衡性肥料用尿素、磷酸一铵和磷酸钾按照1∶1.27∶1.02 的比例配成，同时加入少量的硝酸钙、硫酸镁、硫酸锌、硫酸铜、硫酸锰等中微量元素肥料高钾型肥料用尿素、磷酸二氢钾和磷酸钾按照1∶1.27∶2.34 比例配成，同时加入少量的硝酸钙、硫酸镁、硫酸锌、硫酸铜、硫酸锰等微量元素肥料。

4 灌区水价改革与灌溉管理制度适度优化关键技术

量测水计量设施是当前乃至今后进行农业水价综合改革的主要硬件基础，在现有实施基础上尽量精确量化每一农户的单元终端水价，要努力改革使渠系水量精准到斗、农口计量，逐步淘汰以前传统的按亩或按人口的收水费方式和硬件计量设施，实现按用水方量或按灌水时间等收费计量方式。目前采用的两部制水价是最广泛且要沿用相当长一段时间的定价形式，即计量水价和基本水价相结合。

政府部门出台建立农业用水节水奖励补贴的制度已成必然，因为建立此项制度能够很好地鼓励并发挥灌区农户节水潜力。农业灌溉节水的补贴标准应依据规定的定额内用水量与运维成本两者之差额确定，侧重点应放在农民定额标准内用水的补贴。但对于补贴的标准、方式、对象、程序、环节及财政资金的管理使用等按照国家总体规定实行各地探索[5]。

应逐步改革灌区管理、建设、运行体制，提高灌区管护服务和用水效率为重点，以灌区水利配套设施“产权到位、权责明确、保障经费、管用得当、持续发展”为总目标，逐步建立政府主管和市场资源相结合的灌区建设管护体制，推进灌区建设转变管理方式、建设和改进基层水利服务体系，灌溉水价和计收水费的方式标准化，从而使灌区更好地实现自主管理、良性发展。

5 结论

在分析宁夏引黄灌区用水形势日益严峻的情况下，普及节约用水、高效用水已迫在眉睫，必须通过更换老旧设备，逐步推广测控一体化闸门技术的应用，实现远程控制和大数据、物联网，使智慧水利落地生根。同时也通过试验总结得出引黄灌区田间高效节水关键技术及灌区水价改革与灌溉管理制度适度优化技术对农业高效用水技术的重要作用。