水利节水灌溉工程的利用与建设

2021-11-10哈尼克孜吐尼牙孜

水科学与工程技术 2021年5期

哈尼克孜·吐尼牙孜

（新疆水利水电科学研究院，乌鲁木齐 830049）

灌溉用水是社会用水的主要部分，为了缓解社会用水紧张的问题，对于灌溉用水水资源利用的问题研究有待进一步发展，目前灌溉技术仍存在灌排规划不合理、缺乏科学有效管理机制、水资源污染和短缺等问题。

因而，农田灌溉问题需要从工程的设计规划布局、管理的维护使用制度、经济的提高效益降低成本、生态的环境保护几个方面进行研究。目前已有专家学者取得了较为丰硕的研究成果：张蔚榛等［1］通过总结国外的灌溉技术经验，结合中国内的实际农田水利状况，提出了较为经济合理的灌溉方式方法；高焕芝等［2］研究通过控制灌溉用水进而控制农田中的氮磷含量；刘建刚等［3］研究了排水沟埋深与地下水含盐量的关系，进一步分析了排水沟埋深对灌溉用水与节水的影响；朱彬等［4］通过试验研究了农田水利中排水的处理及对排水的有效利用；彭世彰等［5］构建了农田排放水资源有效利用的模型，进而达到循环用水与节水相结合的作用；姜翠玲等［6］研究了湿地对农田水利灌溉用水的净化作用，分析了净化过程中水资源化学成分的变化；翟丽华等［7］对人工湿地净化水的流程进行了优化，提高了人工湿地对水资源净化的效率；董斌等［8］分析了农田中氮磷含量的与原始灌溉用水量的关系。

基于以上专家学者的研究成果，本研究以喀什地区伽师县农田水利工程为研究对象，通过对比分析3种排灌模式的平面布置等特点，并对其功能作用进行分析。

1 高标准生态农田建设

生态高标准农田建设的核心是将生态学发展理论融入到农田合理规划、水利建设与治理的应用中，其中较为关键的是农田灌溉与排水工程与生态学理念的结合，生态高标准农田的主要特征如下：

1.1 经济可持续发展

可持续经济是当前较为重要的经济发展要求，要求经济发展的同时不能影响后代的持续发展需要，农田灌溉技术要求满足作物生长的同时，也要合理节约利用水资源，提高水资源利用率。

1.2 生态水利工程建设

水利工程的建设不能影响自然生态环境，在合理布置水利工程实施的同时，要兼顾河流形态存在的多样化、河流与周边农作物生长的协调性、合理考虑河流两岸动物的生殖繁衍与食物来源。

1.3 人水和谐发展

合理布置农田灌溉与排水工程的整体布局，使人与自然和谐相处，增强水生态系统的自净能力。

1.4 水工景观设计

通过合理的规划布局，改善河流渠道周边景观的协调性、一体性，通过适度改善景观格局，进而影响到周边的生态环境。

通过合理布置农田水利设施排灌工程，使农田水利工程在适用性的基础上满足经济可持续发展、水工生态性、人水和谐发展、水工环境景观协调性。

2 灌溉工程建设分析

2.1 农田工程状况

本研究以喀什地区伽师县农田水利工程为研究对象，该区域天然水资源较为丰富，地形较为平坦，水流分布较为均匀密集，河流在区域主要分布有渠道、支流，农田位于河道边缘，支流之间的距离约550m，渠道之间的距离约400m，该区域总农作物年耕种面积为1600hm2，其中主要农作物有水稻、小麦、玉米、油菜、果蔬，农作物种植面积如表1。该区域农田种植为 “水稻-小麦”一年两熟作物，可以有效提高土地利用率及年农作物产量，本研究以其中一块长600m、宽400m的农田为研究对象，其整体布置如图1，对其灌溉管网布置进行分析。

表1 农作物种植面积

图1 农田整体布置

2.2 灌排模式设计

2.2.1 “明渠+明沟”排灌模式

“明渠+明沟”排灌模式是目前应用较为广泛的且运行效率较高的灌溉模式，“明渠+明沟”排灌模式布置如图2。

图2 “明渠+明沟”排灌模式布置

布置方式如下：在河道与生态渠道交汇处布置一个节制闸，泵站布置在节制闸旁边，泵站的取水可以通过节制闸进行控制，这样使得灌溉用水既可以从河道取水，也可以从生态渠道取水，因地形平坦的优势，沟渠的布置如图1中，采用灌排相间的布置模式，将农田分为矩形布置模式，长和宽分别为100，30m，农渠与农渠之间间隔距离为200m，生态拦截沟与生态拦截沟间隔距离也为200m，因而将农田划分为长100m，且农田之间道路沿着中心斗渠等间隔布置，在道路两侧种植高度不高的绿化植物，不仅可以提高环境的美观性，也避免植物阻挡农作物采光。

该种布置方式主要有以下优势：在一般水量灌溉期，节制闸关闭，灌溉用水取自生态渠道，当灌溉结束后，农田中多余的灌溉用水和排水通过生态拦截沟排回生态渠道，可以实现水资源的合理利用及循环使用，大大提高灌溉用水利用率，防止水资源浪费；当生态渠道水位较低时，无法完全满足农田的灌溉用水时可以采用切换控制闸的方式从河道抽水灌溉农田；若生态渠道水位过低时，此时无法满足生态环境的要求，此时可以将河道中的水引入生态渠道中，使生态渠道的水不至于干涸，进而影响周边的生态环境；当偶遇暴雨洪水天气时，可以通过直接调整节制闸使农田区域的水排除，达到排涝的效果；种植小麦作物时，可以将生态渠道的水引入河道中，使农田下地下水位降低，进而避免水对小麦作物的影响。

2.2.2 “管道+明沟”排灌模式

“管道+明沟”排灌模式利用低压输水技术，管道输水灌溉与明沟排水相结合，达到节水的效果，还能节约土地的作用。“管道+明沟”排灌模式布置如图3。

图3 “管道+明沟”排灌模式布置

布置方式如下：节制闸和泵站布置与“明渠+明沟”排灌模式相同，干管布置在水平且沿着河道方向及水平于生态渠道方向且东西方向居中布置，支管垂直于南北向的干管布置且间距为200m，放水口在支管位置间距30m左右非等间距布置，放水口的放水方向如箭头所示，南北方向表示放水，在管网布置中分布有分水井分布于干管转折部位、干管与支管交接部位，田间道路布置与南北向干管紧挨布置。

“管道+明沟”排灌模式与“明渠+明沟”排灌模式基本相同，但将“明渠+明沟”排灌模式中的明渠替换为管道进行布置，且均可以利用生态渠道及河道中的水对农作物进行灌溉，水流通过管道运输至农田中，这样可以实现农作物的灌溉。

“管道+明沟”排灌模式将“明渠+明沟”排灌模式中的明渠替换为管道，水在农田地面以下流动，这样既可以减少灌排水对农田土地的占用，又可以降低水流的蒸发，起到了节约用地与节约水资源利用的作用。且管道中存在有输水压力，可以提高水流的流动速率，降低水泵的工作时间，提高利用率。

2.2.3 “管道＋暗管”排灌模式

“管道＋暗管”排灌模式利用低压输水技术，管道输水灌溉与暗管排水相结合，更有效地达到节水与节约土地的作用。“管道+暗管”排灌模式布置如图4。

图4 “管道+暗管”排灌模式布置

布置方式如下：节制闸和泵站布置与“明渠+明沟”排灌模式相同，干管与支管布置与“管道+明沟”排灌模式相同，暗管布置于地下1.2m的位置，暗管之间的间距为33.33m且沿东西走向布置。“管道+暗管”排灌模式布置既可使农田灌溉保持均匀性，又可有效降低土地的使用与水资源的浪费。但相比前两种灌溉模式，“管道+暗管”排灌模式的成本较高，该种灌溉适用于较高经济性且对灌溉用水均匀性要求较高的灌溉区域。