吉木萨尔县高效节水建设项目浅析

赵 华

(新疆昌吉方汇水电设计有限公司，新疆 昌吉 831100)

1 项目区概况

吉木萨尔县行政隶属昌吉回族自治州，地处亚欧大陆腹地，是古代“丝绸之路”新北道通往欧亚诸国的必经之路。行政区地理位置E88°30′～89°30′，N43°30′～45°30′，呈南北向带状分布。县域东西宽60km，南北长214km，总面积8117km2，占昌吉州总面积的10.47%。吉木萨尔县城至乌鲁木齐市171km，G216国道和S303省道贯穿县境，交通便利，地理位置优越。吉木萨尔县下辖6镇3乡(吉木萨尔镇、北庭镇、二工镇、三台镇、老台乡、庆阳湖乡、大有镇、新地乡、泉子街镇)，11个社区、57个行政村，境内驻有兵团农六师107团和红旗农场。本次实施项目区位于吉木萨尔县二工镇六户地村、上沟村、下六户村，距离吉木萨尔县城15km。

2 现状问题

项目区属资源性缺水和工程性缺水并存的区域，随着流域以及地区社会经济的飞速发展，对水的需求量逐年增加，流域水资源供需矛盾将日渐突出。项目区目前存在的主要问题：现状地块面积小，以户为界，大小不一；杂小地块坡度不一，种植方向不一，不利于标准化、规模化经营和管理；田间节水灌溉投入不足，农民用水节水意识不足，严重影响了灌区正常的农业生产活动。

3 工程任务和规模

工程任务为建成高效节水农田面积合计401hm2。其中，六户地村167hm2、上沟村57hm2、下六户村178hm2。

本次吉木萨尔县2021年二工镇高效节水农田建设总面积401hm2，依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》[1](SL 252-2017)和《灌溉与排水工程设计标准》(GB 50288-2018)，工程规模为小(1)型工程，工程等别为IV等，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级[2]。

建设内容为改造滴灌面积401hm2。水源采用地下水，依据工程总体布局，配套首部过滤器及施肥罐，滴灌系统共划分为10个井水加压滴灌系统；重建井房10座；配套过滤器10套、施肥罐10套(其中下六户地村系统五、六户地村系统三，配备水肥一体化设备)。

表1 高标准农田建设项目主要建设内容统计表

4 灌溉工程布置

4.1 灌溉方式的选择

灌溉方式的选取一般有常规地面灌、喷灌、滴灌、低压管道灌等几种方式，不同模式适用的环境和对象不同，本项目任务是建设高效节水农田，并配套灌溉系统，提高水资源利用率，提高灌溉保证率，保证农作物的灌溉用水。根据项目区水源条件、水资源管理政策、工程投资、后期运行管理投入、地形地貌、土壤条件、作物的种植模式、生产技术水平、经济发展要求、灌溉技术的可靠性、灌溉材料设备的经济性等多方面考虑，滴灌是最适宜的灌溉模式，其原因是灌水均匀、控制性好(包括控制灌水深度，范围及灌水量等)，节水效益显著。因此具有明显的省水、省肥、省药、省工、增产、增效的特点。根据新疆近几年的滴灌推广经验，与常规地面灌溉相比，滴灌可大幅度节水，并减少田间渗漏水，作物增产20%以上；作物生长期内无需机力进行中耕、施肥及打药等，节省劳力50%以上。

4.2 管材比选

目前常用的管材有玻璃钢管、高密度聚乙烯(HDPE)管、硬聚氯乙烯(PVC-M)管、聚乙烯管(PE管)，各有优缺点，下面从施工进度、使用寿命、管材运输、防腐性能、承受内压、抗震及断裂韧性等方面进行比选分析，具体详见表2。

表2 各类管材比较表

项目区为土地平整后实施的滴灌，地形起伏不大，对管材韧性要求不高，为节省投资，结合工程特点，综合比较分析后，本次工程干管、分干管管材选用PVC-U管。

4.3 过滤系统形式选择

目前，滴灌系统采用的过滤形式主要有2种：离心式过滤器加网式过滤器组，全自动反冲洗砂石加网式组合过滤器。

离心加筛网式组合过滤器由水泵供水经水管切向进入罐内，旋转产生离心力，推动泥砂及其它密度较高的固体颗粒向管臂移动，形成旋流，促使泥砂进入砂石罐，清水则顺流进入出水口。完成第一级的水砂分离，清水经出水口、弯管、三通，进入网式过滤器罐内，再进行后面的过滤。根据已实施滴灌工程经验和项目区的水源特点，本次节水灌溉工程水源为井水，采用离心式过滤器加网式过滤器组更加经济适用。

4.4 灌水器的选择

滴灌系统的“心脏”就是滴头，其质量和性能决定了滴灌工程的性能和投资。目前滴灌灌水器的主要形式有管上式滴头和内镶式滴灌管(带)、圆柱压力补偿式滴灌管3种。管上式滴头的抗堵性较差，施工安装较繁琐，且不能浅埋，必须回收。圆柱压力补偿式滴灌管使水在管内形成汹涌的水流，因而抗堵塞性能强，适用于长度较长、起伏较大的地块。单翼迷宫式滴管带一次真空整体热压成型、紊流态多口出水，抗堵塞能力强，出水均匀，可达85%以上，重量轻，安装管理方便，人工安装费用低。经比较单翼迷宫式滴管带较为经济，故本项目选择单翼迷宫式滴管带，技术参数：工作压力为0.1MPa；毛管直径为Φ16；滴头流量为玉米2.1L·h-1；滴头间距为0.3m。

4.5 管网布置选择

项目区以井水为水源，本次设计考虑各灌水小区压力均衡，井位决定了管网的布置方案。滴灌管道分为干管、分干管、支管、毛管。干管平行于等高线，或与等高线小角度相交，管线方向坡度值小。分干管与等高线大角度相交，管线方向坡度值大。毛管顺作物种植方向。

4.6 管理设施布置方案

项目区内现有井房均面积较小且年久失修，存在极大的安全隐患，对农田管理极为不便。因此，本次将对现有老旧井房进行更新改造。

本次重建井房10座，单座建筑面积24m2，砖墙外围护加彩钢顶(蓝色岩棉板夹芯板)，层高2.8m，将首部设备全部放入井房内。

5 效益分析

本项目通过对田间工程建设，使401hm2农业建设成为“优质、高效、高产”的农业；为实现流域与区域水资源可持续利用和农业可持续发展提供科学、合理的技术和管理经验；通过高效节水灌溉项目的实施，灌区综合毛灌溉定额显著降低，与现状年相比，项目实施后水资源有效利用率有了明显提高，充分发挥了灌区节水灌溉工程效益。滴灌系统利用施肥装置后，肥料、农药随水施入，不仅满足了作物生长发育所需要的养分，且提高了肥料、农药的利用率。

5.1 社会效益分析

实施高效节水灌溉工程，不仅使土地能够得到充分利用，还可使农牧民群众增产增收，初步提高生活水平，有利于人心安定、社会安定，有利于国家综合国力的增强，对农村种植业结构调整起到积极的作用。对改善农村的生态环境，提高农民节约用水、保护水土环境、树立可持续发展的意识都有较大的增强。

5.2 经济效益分析

本工程的经济效益主要包括项目建成后的增产效益及省水、省地、省肥的效益。

5.2.1 增产效益

项目建成后，小麦单产由目前的7500kg·hm-2提高至8625kg·hm-2，增产幅度可达到15%，玉米单产由目前的9000kg·hm-2提高至10350kg·hm-2，增产幅度可达到15%，瓜菜单产由目前的5250kg·hm-2提高至6030hg·hm-2，增产幅度可达到15%，增产效果明显，水利分摊系数0.4，共增加效益35.02万元。

表3 项目实施前后效益对比表

5.2.2 节肥效益

滴灌利用施肥装置后，肥料随水施入，不仅满足了作物生长发育所需要的养分，且提高了肥料的利用率。根据新疆北疆膜下滴灌管理经验，采用膜下滴灌后比常规灌节肥434.35元·hm-2，则401hm2滴灌节肥效益为17.44万元。

5.2.3 省工效益

由于滴灌系统的机械化程度高，可以大大降低灌水劳动强度，节省大量的劳动强度。常规灌溉一般1人只能管理2hm2，滴灌1人可管理4hm2，400hm2可省劳动力100人，按人均年收入5307元计，共节约费用53.07万元。

5.2.4 节水效益

通过高效节水灌溉项目的逐步实施，灌区综合毛灌溉定额的降低，通过水资源供需平衡分析灌区每年可节约水量19.27万m3，保证了农业经济的发展，推进水利及国民经济的可持续发展，与现状年相比，项目实施后地表水资源有效利用率有了明显提高，充分发挥了灌区节水灌溉工程效益。按现行标准0.113元·m-3计算，则工程节水效益为2.18万元。该项目实施后，增加总效益为107.70万元。

5.3 生态效益分析

节水灌溉工程实施后，使水土资源得到有效的利用和合理的配置，改变了项目区的田间小气候，水土流失得到有效的控制，植被覆盖率大为提高，同时可以涵养水分，调节气候，净化空气，保持生态平衡，不仅为农业生产创造了财务财富，而且创造了稳定的社会环境和自然生态环境。

6 结论

通过本次高效节水农田建设项目实施，配套完善田间滴灌系统，调整优化农村经济结构，提高项目区水资源有效利用率，减少农业用水，改善灌溉条件，落实最严格水资源管理制度，在一定程度上缓解了灌区供需矛盾，并有利于提高农业生产效益，从而减轻农民生产性投入支出，促使粮食产量稳定增加、品质稳定提高、农民收入增加，达到农业经济可持续发展的目的。