低山丘陵区小型蓄水工程的优化布局研究

孔祥勇李艳华常小燕

(1.山东明瑞土地工程技术有限公司，山东 泰安 271000；2.山东云景土地开发整理有限公司，山东 济南 250102；3.山东农业大学信息科学与工程学院，山东 泰安 271018)

低山丘陵区由于可利用水资源量少且水源呈点状分布，为满足农业生产灌水需求，各地都修建了不同形式的集雨蓄水工程，以蓄存雨季降水，解决工程性缺水，缓解旱季农业生产需水紧张的状况。大量集雨蓄水工程设施的出现有助于帮助农民灌溉农田，但大型蓄水工程造价高，加之一些地区特殊的地形地貌条件和当地政府财政预算资金的限制，很多地区逐渐转为修建小型蓄水工程。小型蓄水工程投资少、形式灵活、施工简单、取水方便，既能满足农业生产灌水需求，又能减少工程实施与维护的成本，适用于中国“一家一户”的分散经营种植模式。本文以泰安市高新区北集坡街道西旺村等5个村的土地整治项目为例，对小型蓄水工程的利用模式及规划布局进行研究，以期为低山丘陵区小型蓄水工程的建设提供参考依据。

1 项目区概况

泰安市高新区北集坡街道土地整治项目位于北集坡街道南部，涉及北集坡街道的西旺村、张家庄村、南官庄村、杨泉村、庵上村共5个行政村。

本项目所在区域属于典型的低山丘陵区，海拔106.51～156.39m，地势西北高，东南低。项目区主要以1°～8°的缓坡和8°～15°的中坡为主。该区域多年平均降水量约为670mm，年内分配不均，具有明显的季节性。由于项目区内田块小而零散，且存在一定的高差，部分区域雨季容易发生水土流失。项目区地下水属于寒武系中统，上统石灰岩，裂隙熔岩水，地下水埋深8～50m；项目区紧邻大汶河，且位于已建成的颜谢拦河坝上游，拦河坝拦蓄效果显著，水利丰沛。项目区内现有可利用塘坝10座，兴利库容40万m3，现有提水站1座，需要配套，农民灌溉多使用自备柴油机泵进行抽水，水资源利用率低。

2 丘陵区小型蓄水工程利用模式

2.1 雨水径流集蓄利用模式

雨水径流利用，是指将田块、自然坡面、道路、沟渠等产生的径流，经沉淀处理而导入水池(窖)中蓄存，以供浇灌作物的一种利用雨水的方法[1]。此模式是利用雨水集流，通过截引蓄集工程，在地形适宜和有集水面的位置建池(窖)，使分散的农田能够就近用水，大大降低工程造价及运行费用，具有规模小、投资少、易推广、见效快、技术简单、便于维护等特点。

2.2 沟道潜流拦蓄利用模式

沟道即自然冲沟，在低山丘陵区，降雨通过田面、自然坡面汇流或潜水下渗至沟道内。通过在沟道平缓地段修建塘坝、大口井、蓄水池等拦蓄工程，能够保证周边农田的灌溉用水。另外，雨季降水会造成水土流失并对沟道两侧的农田造成破坏，因此，沟道地的拦蓄工程应综合考虑排蓄水措施[2,3]。

2.3 “以集为主、以提为辅”的综合利用模式

在低山丘陵区，在耕作田块、道路、排水沟旁开挖水池(窖)，大量收集雨水，浇灌作物，在沟道内有潜流和长流水的地方，修建塘坝(拦水坝)，并通过小型泵站，向上游各个水池(窖)内及时补充水源，使水池(窖)中时常储存有水，作物能适时得到灌溉[4]。

本模式通过修建水池、塘坝和现有水库，形成“小雨入池、中雨入塘、大雨入库”的3级拦蓄体系，同时修建提水站将水库和塘坝的水适时补充水池，打造低山丘陵区“灌排一体化”的水资源循环利用体系。

泰安市高新区北集坡街道土地整治项目区是典型的低山丘陵区，常年处于靠天吃饭的状态，由于区域内缺乏拦蓄灌溉设施，雨季形成的地表径流及潜流得不到有效利用，是典型的工程性缺水区域。为了更好地利用雨季形成的地表水，根据现状田块、道路、排水沟的布置以及自然沟道的分布走向，建立阶梯式拦水体系，充分截留地表径流，打造水池(窖)、塘坝(拦水坝)和水库3级蓄水体系。针对该区域远离村庄，电力匮乏的问题，配套光伏提水，建设“光伏泵站+PE管道+蓄水池”的自动提水灌溉系统，真正的实现灌排一体化的地表水循环利用，如图1所示。

3 丘陵区小型蓄水工程的优化布局

3.1 项目区现状分析

泰安高新区北集坡街道土地整治项目属低山丘陵地貌，受地形条件和经济条件的限制，现有蓄水工程空间分布极不均匀，现状有可利用塘坝10座，为周边耕地提供灌溉水源。但大部分塘坝由于长年使用欠维护，土质坝体出现损坏、漏水、坝内淤积等现象严重，使用现状较差，塘坝的有效利用率较低，致使项目区内大部分耕地处于有水不能用、靠天吃饭的状态。

3.2 选址基本要求

丘陵区小型蓄水工程的选址需具备一定的条件。尽量选择自然沟道或道路沟渠旁，上游具有一定的汇水面积，方便蓄水和保证足够的蓄水量；尽量靠近地势较高的农田地块，便于取水自流灌溉；需考虑地形地貌和工程地质条件，以减少工程造价、容易施工和方便使用[5]。

3.3 工程布局

通过实地勘察，结合水资源的分布情况，项目区分为地表水和地下水2个灌区。其中，张家庄村东部，紧邻大汶河，使用提水站并布设管道进行灌溉；西旺西部、南官庄村西南部及张家庄村西南部，现有塘坝水量丰沛，同样规划提水站并布设管道进行灌溉。根据该区域水文地质情况分析，项目区属地下贫水区，在张家庄村西部、杨泉村，西旺村北部、南部及南官庄村西北部，分布部分少量地下水，规划在该区域新打机井、大口井，使用地下水进行补充灌溉。

提水站、农用井周边均布设管道，建立“泵站+低压管道”的灌溉系统，提高项目区灌溉水利用率。同时，道路两侧、排水沟、自然冲沟处新建蓄水池或集水窖集蓄地表径流，提水站或农用井使用管道与之连接，进一步保证水源。

项目区主干道两侧进行排水沟清淤，以确保项目区排水通畅。

3.4 小型蓄水工程数量的确定

小型蓄水工程的数量依据所在区域的蓄水总量和种植农作物的灌溉需水量来确定。蓄水总量是由所在地区的地表径流量来确定，因此地表径流量是影响小型蓄水工程数量的主要因素之一。地表径流量除了与该地区的降雨量和降雨强度有直接关系，还受所在区域的地形、地质条件的影响，同样的降雨因地形、地质条件不同所产生的地表径流量也会不同，如土层较薄或基岩裂隙较少的区域，大部分降雨能够转化为地表径流，而土层较厚或基岩裂隙较多的区域，大部分降雨则不能转化为地表径流。另外，为了保证工程建成后的使用效益，所修建的小型蓄水工程总蓄水量不得超过一般年份降水后所产生地表径流量的1/3，一般地表径流量以总降水量的30%计算[6]。如，该项目年均降水670mm，则集水区的地表径流量为2000m3·hm-2左右，建成小型蓄水工程总蓄水量以小于660m3·hm-2为宜。再根据种植农作物的灌溉需水量最终确定小型蓄水工程的建设数量。

3.5 小型蓄水工程的设计

小型蓄水工程的种类主要有蓄水池、塘坝、大口井、集水窖等，这些小型蓄水工程的建设非常有利于雨水资源的收集和分配利用，提高了农业用水灌溉率，也促进了低山丘陵区农业的发展[7]。泰安市高新区北集坡街道土地整治项目，主要小型蓄水工程是蓄水池、集水窖和塘坝(拦水坝)。

3.5.1 丘陵区蓄水池

3.5.1.1 蓄水池设计分析

在低山丘陵区，受不同地形地貌影响，项目区往往被分割成几个相对独立的灌排区域，蓄水池需根据所处的不同区域进行独立设计。蓄水池的设计要兼顾灌溉和排水2个方面，蓄集雨水解决周边农田的灌水需求，蓄集坡面地表径流，减少水土流失和防止雨季降水冲刷田块破坏耕地。对于以农田灌溉供水为主的蓄水池，选址高程偏低，水低田高，难以实现农田自流灌溉，相应的人工提水灌溉的成本也就越高[8]，因此，蓄水池对于高程的选址至关重要。

3.5.1.2 蓄水池规划设计

泰安市高新区北集坡街道土地整治项目新建小型集雨设施19座；其中，新建蓄水池3座，新建集水窖16座。

根据泵站灌溉控制面积，蓄水池全部采用块石砌筑，半地下结构，蓄水容量分别为60m3、80m3、580m3；根据集水面和地形条件，集水窖全部采用块石砌筑，全地下结构，蓄水容量分别为50m3、200m3。

3.5.2 丘陵区塘坝

3.5.2.1 塘坝设计分析

塘坝是丘陵区常见的小型蓄水工程，相较于大型的水库工程，在低山丘陵区的塘坝不仅具有低投速效和灵活方便的特点，而且可以很好地解决该区域内年内降雨分布不均引起的季节性水资源短缺问题，是低山丘陵区小流域灌排水系统循环中不可或缺的一环[9,10]。

3.5.2.2 塘坝规划设计

泰安高新区北集坡街道土地整治项目新建小型塘坝2座，维修塘坝3座。

新建塘坝采用全断面溢流式重力坝，用来拦蓄自然沟地表水，抬高地下水位，涵养水源。拦河坝坝身均采用浆砌块石修筑，设现浇混凝土防渗墙，坝身下方修筑浆砌块石消力池。消力池后部采用乱石抛填减少水流冲击，起到消能作用。

维修塘坝现状为土质坝体，坝内淤积严重，部分坝体损坏，出现坝体漏水和蓄水能力不足等问题，因此对坝体进行维修、清淤，防止坝体漏水，恢复蓄水能力。

4 结语

本文以泰安高新区北集坡街道土地整治项目为例，对低山丘陵区小型蓄水工程进行优化布局设计，解决了该地区工程性缺水的问题；通过项目的实施，既促进了丘陵山区农业的发展，为当地社会经济发展作出了贡献，又在一定程度上提高了农业用水灌溉率，保护了生态环境。