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井渠结合实现以节水为中心的灌区改造
  薛克宗 贾大林 周福国  
    编辑:中国灌溉排水发展中心 归档时间:2002/12/26    

井渠结合是我国北方一些灌区创造出的好经验。当前各地灌区正在开展以节水为中心的灌区改造规划工作,希望能充分考虑井渠结合的优点,把井渠结合应用于灌区改造的实践中,以提高灌区改造的节水效果,防治土壤盐碱化,有利于灌区农业生产的可持续发展。

一、井渠结合的必要性

井渠结合的必要性在于充分利用灌区水资源和防治土壤盐渍化。

1、充分利用灌区水资源

大中型灌区经过续建配套可以较大幅度地减少灌溉渗漏损失和浪费,但对改建后的渗漏损失仍不可低估。原因之一是大中型灌区输水渠线长且渠道级数多,设想一个灌区由6级渠系组成,全部进行防渗处理,每级渠道水的利用率既使能达到0.94,则渠系水的利用系数还不到0.7。二是对田间灌溉水的利用系数也不能预期过高,一般田间灌溉的水利用率在0.6左右,要达到0.8应该说是偏高的。若二者均取高限值,则灌溉水的利用率也只能达到0.56。换句话说渗漏损失将达到灌溉总引水量的44%。若按现行的节水规范要求,大型灌区的灌溉水利用系数不低于0.5,中型灌区不低于0.6来考虑,则灌溉引水量的50—40%为无益的损耗。这部分无益损耗中如果有一半左右为渗漏损失补充地下水,即25—20%的灌溉引水量将补入地下水。

这部分渠道和田间渗漏损失水量补入地下水,经过回归再利用,对于提高灌溉水利用率的作用是很显著的。如果井灌提地下水量为灌溉补入地下水量的一半,即自渠首引入总水量的1/8,则全灌区水利用率在原有基础上可提高0.1左右。据有关文献报导,河北省临西县由卫河引水的堤下灌区1986-1987年,灌溉面积8万亩,实测灌溉水利用系数为0.48,若入井灌提取的灌溉回归水量后,溉水利用系数则0.69,提高了0.21。

井渠结合为灌区水资源的水文循环创造了必要条件,使降水得以蓄存和再利用。以灌代排,季节性的调控地下水位,汛前腾空地下水库容,最大限度承纳降雨,减轻涝渍灾害。在北方地区,地下水位汛前控制到5米,在日降雨量150mm的条件下,已有多处基本上不出现地表径流的观测记录。充分利用当地降水,削减引用客水是节水灌溉的重要组成方面。

蓄水于地下可为作物提供良好的生长条件和减少蒸发损失。在作物生育期内,通过提水和蓄水合理调控地下水位,为作物生长发育提供良好的土壤水分环境。根报季节需要调控地下水位可起到抑制潜水蒸发效果。现有的地中渗透仪实测潜水蒸发成果表明,随地下水位下降,潜水蒸发系数锐减,如石家庄和德州试验站观测资料所示,地下水从1米降到4米,潜水蒸发系数减少了8倍至22倍之多。如山东茬平和禹城北京廖公庄,太原等地试验站资料显示,当地下水位从1米降到3米,潜水蒸发系数减少到5倍至15倍之多。在蒸发强烈的北方地区,把蓄水藏于地下较之裸空暴露于大气损失要小几十倍到上百倍,单从蓄水角度来看,这比北方地区修建水库蓄水既经济又损失少。

在北方地区,依靠井渠结合这种方式实现水资源的水文循环和重复利用,高效充分利用当地灌区地表水、地下水、降雨和土壤水资源,削减引水,达到最大限度地提高水分生产率的目的。

2、防治土壤盐渍化

引水灌溉不可避免地要抬高地下水位,在干旱半干旱地区如不能有效地控制地下水位,将引起土壤盐渍化,严重时致使土壤弃耕。如果灌区排水条件较差,就不得不采取加大灌水定额,淋洗土壤盐分来维持农业生产。例如,内蒙河套灌区秋浇洗盐的灌水定额为100立方米/亩,相当于正常灌水定额的两倍,这个定额还兼有着冬季蓄墒的作用。由于大量灌水带来的负面影响是灌水后地下水位迅速上升,引起排水沟塌坡,影响排水效果,加重灌区水工建筑物和防渗设施的抗冻涨负担。秋浇洗盐蓄墒是该灌区多年形成的经验,年复一年的洗盐,不仅耗水量大,而且无法摆脱由此造成的负面影响。为补救该灌区排水能力的不足,还需利用灌区现有盐荒地和水域进行蒸发消耗。管区内总面积为1679万亩,灌溉面积为861万亩,占总面积的51.2%,需利用的非耕地占总土地面积的48.7%,用来蒸发积盐,以此来保护灌溉土地的盐分年际间平衡。从而加重非耕地的土壤盐渍化,形成严重的土地资源的环境污染。

为防治灌区土壤盐渍化,建设有效的排水设施是灌区改造中的重要组成部分。可选用不同的排水措施,如排水沟渠统或利用井灌排水。但从管理使用和回归水利用条件来比较,井灌排水优于水平排水,这在我国不少灌区证明井渠结合是防治盐渍化的切实可行的有效措施。

3、发展高效农业的需要

目前全国正在进行农业生产结构的调整,推动种植结构的调整,当地的优势农业和名优产品将得到发展。灌溉也要为高效农业和提高产品质量服务,在灌区实行轮灌条件下,轮灌期一般较长,无法保证作物适时供水和勤浇浅灌。

在灌区内部正在兴起的设施农业,种植反季节的蔬菜、瓜果等作物,对适时适量供水要求高,而北方一些灌区冬季停水。因此,在渠灌区内发展井灌,并渠结合也是开展多种经营发展高效农业,增加农民经济收入所必需的。

二、井渠结合的成功经验

黄河下游河南、山东境内的引黄灌区在50年代末随着灌溉面积的迅速扩展,大量引用黄河水,而忽视了排水,结果引发了大面积盐渍化,导致引黄灌区大面积停灌。经过此次挫折,模索出井渠结合地表水、地下水联合运用的道路。山东省引黄灌区的经验是“以井保渠,以河补源”适度发展井灌,利用黄河水补井水之源,合理调控地下水位,防涝防盐,高效利用灌区水资源,以保证农业稳产高产。多年的实践经济表明,在黄淮海地区采用井渠结合是综合治理旱涝碱的成功经验。

另一类井渠结合的灌区为陕西关中地区的泾、浴、渭等灌区,由于灌溉面积增大和灌区供水不足,在灌区内打井,形成井渠双灌。如泾惠渠灌区135万亩耕地每年引泾河水约4亿立方米,提取地下水1.2—2亿立方米。多年的实践证明井渠双灌是实现灌区水资源良性循环,合理利用水资源的必由之路。但实践中还存在一些问题有待解决,如井灌管理环节少,成本低;而渠灌区管理层次多,工程的建设维修成本高,因而渠灌要比井灌水费高,这成为地下水超采的重要原因。目前,计划采取措施做到“以井补渠,以渠养井”采补平衡。类似的情况还有河北省的石津灌区。

国外井渠结合的成功例子如巴基斯坦的印度河平原,其面积为34万平方公里,略大于我国的黄淮海平原。年降雨量不足300毫米,大部分地区高温干燥,属于热带草原和沙漠气候。1860年从印度河及其支流引水发展灌溉,数千公里长的运河及干支渠渗漏引起地下水的大幅度上升。20世纪60年代约有一半地下水埋深小于3米,有1/6地区地下水埋深小于1.5米。到1980年灌溉面积达到2.475亿亩,其中1.29亿亩受到沼泽和盐碱危害。在20世纪上半页,采取了部分停灌、水平排水、渠道衬砌和渠旁植树等多种措施均无明显效果。1980年以后开展打井,形成井渠结合的农田灌溉和排水体系,实现了地表水与地下水的联合运用。每年从印度河引水1000亿立方米,每年灌区提用地下水400亿立方米,最终寻找到了彻底摆脱沼泽和盐害的井渠结合的成功模式。

国内外的灌溉实践表明,井渠结合是高效利用灌区水资源防治涝碱的成功经验。地表水、地下水联合运用也是灌排行业国际交流的重要议题。在我国干旱半干旱地区井渠结合有普遍的推广应用意义。当前正在开展的以节水灌溉为中心的灌区续建改造,应考虑采用灌区水资源的循环再利用与其它节水工程技术相结合的技术路线,以充分挖掘灌区节水潜力和合理利用灌区水土资源,促进灌区农业生产持续发展。

三、发展井渠结合需要解决的问题

1、存在的问题

发展井渠结合在不同地区有不同问题需要解决。 般常遇到的突出问题有投资渠道与管理体制和水费等方面的问题等。

大中型灌区建设列为国家基建项目,以国家财政投入为主。灌区建成后由灌区管理部门行使对国有资产进行管理职能。对于流量小于1立方米的工程设施,包括井灌投入,则不列入国家基建项目,井灌不归灌区管理部门管理。灌区的地表水、地下水、降水、土壤水本是可以相互转化且是不可分割的,但却被人为地分为渠灌和井灌用水两部分,无法实现可利用水资源的统一管理。

其次是渠灌、井灌水费不同的影响,对不同灌区其水费影响不同。如水源宽余引水方便的灌区,渠灌水费低廉,农民不愿用井水。而有的灌区渠水水费高于井水水费,加上用井水方便适时,甚至出现舍渠用井形成地下水超采现象。

2、问题的解决要依靠水资源的统一管理与灌区工程统一规划

(1)灌区水资源的统一管理

水利工作从过去对水资源开发、利用、治理为主转移到对水资源的合理开发利用治理、配置、节水、保护上来,从工程水利到资源水利这一变化,有利于实现对水资源的统一管理和水资源的优化配置。在这种新形势下,须扭转过去单纯追求工程节水,而忽视水资源的优化配置所产生的节水效果。形势要求对灌溉引水,降雨存蓄,地表水、地下水联合运用进行统筹安排,全面利用一切可利用水资源,抓好减少损耗的各项措施,包括一系列非工程性的措施。这些转变都为发展井渠结合创造了前提条件。

利用民主管理体制实现灌区水资源的统一管理,扩大原有渠灌区的管理范围,增加井灌的管理内容。吸收地方水利、有关部门和井灌区的代表参与管理,把地表水、地下水联合运用列入议事日程。在灌区的干渠以下成立农民用水协会,实行用水户参与地表水和地下水的联合运用并落到实处。对井灌工程设施放开建设权,搞活经营权,吸引广大农民参与井灌的建设和管理。

(2)、灌区续建改造的规划要统筹安排井渠结合的灌排合理配置

在灌区改造规划中应进行渠灌与井灌结合的多种方案比较论证。比较引用流量,灌溉水利用率,水分生产率等节水指标,工程规模和投资概算等项目。在此基础上选用优势井渠结合方案。

在规划工作中对引水灌溉,拦蓄雨水,地下水的补给及地下水的开采利用等因素进行全面定量分析。通过优化选择进行引水灌溉渠系,地面排水系统和井灌的合理配置,以保证各项工程设施和节水措施的有机衔接。

3、政策导向与制约

发展井渠结合,减少灌区从河道引用水量,从客观上来说是为流域内上下游间水资源供需矛盾的缓解作贡献,或为缓解本地区的供需矛盾作贡献。在一个流域内要求上游地区发展井灌少引河水需要政策的导向与制约,限定引用水量。对主动节省引水作出贡献者,应给予一定的奖励。我国还没有用水者水权的法律规定,也无从谈水权转让。但对减少引用水量的灌区上游用水户应给予补偿,以利居上游优势的灌区节水潜力的深入挖掘,上下游同享节水效益。

水价是项政策性极强的问题,应执行国家有关规定。但在市场经济条什下,面对井渠结合的复杂引蓄提的特殊情况,需要制定相应的水价政策,以体现利用经济杠杆来引导节水灌溉行为。

在井渠结合条件下,地下水来自灌溉、降雨和排水沟的补给,是通过一定的工程设施补入地下水,应具有商品水的属性,并不是无“本”之源,用井水也应缴纳水费。在不同井渠结合灌区条件下,要制定渠灌区、井灌区公平合理的水费政策,由灌区管理部门统一收缴。

四、依靠科技进步提高井渠结合的技术水平

井渠结合灌区的水资源和工程的统一管理较单纯的渠灌区复杂,技术条件要求更高,有些问题需要深入开展研究。

1、井渠结合的合理规划布局的研究

针对有代表性的灌区水文地质条件、气候特点、灌排需求、河道来水特点及上下游关系等因素,进行地下水采补平衡与其它防渗节水等技术措施相结合的合理性研究,寻求最佳的节水措施组合方案。

2、灌区资源的统一管理的研究

由于降雨的随机不确定性,与此有关连的引用河水、地下水、土壤水的因素都具有不确定性,而灌溉用水一般是有时段性要求,因而水资源管理要根据用水要求及时作出引水、配水、蓄水、提水等行为决策。对于一个井渠结合的大中型灌区来说是一项复杂的系统工程,需要采用计算机管理,为此需要建立数学模型,确定有关参数并开发相应软件。

3、适用调控地下水位井型的应用研究

采用辐射井代替传统管井,可大幅度减少井眼数量。辐射井的结构是由竖井和水平集水管组成,在含水层内沿水平方向可打进多层水管,每层可打多条集水管。其特点是调控浅层地下水位能力强,降低地下水位速度快;调控范围大,出水量大,具有成井成本和管理运行费用低,便于集中管理等优点,应积极开展辐射井的适用性研究。

4、先进节水灌溉技术的研究

灌区田间工程配套工程量大面宽,需要大量的资金和物资投入。长期以来,田间工程不配套是个难以解决的老大难问题。结合此次续建配套工程应开展多种田间节水地面灌溉技术的应用研究,如移动式低压输水管道系统,闸管灌溉,波涌灌的应用研究。这类技术由于管道的可移动性,节约投资,节约占地并减少田间工程的维护工作量。在有条件的灌区,采用精细激光平地可以实行格田灌,简化地表工程。

在井灌区内采用辐射井时,其出流量每小时在200立方米左右,可考虑应用大型自走喷灌机进行低压喷灌。喷灌系统末端的工作压力仅为0.1—0.2兆帕,运行费用低,同时喷头距地表为700毫米,增强了抗风能力,减少了漂移损失,改善喷灌雾化指标。亩投资费用大体与半固定式喷灌相当。在节约投资,节省平田整地用工和灌水用工等方面,圆形喷灌机都有着突出的优点。它适用大规模机械化规模的农场,采用大型自走喷灌机简化了田间工程配套和地表灌水工程,可达到适时适量灌溉,充分体现高效自动化的优点。这已在我国黑龙江、河北、新疆等农场中的多年应用经验所证实。

在我国的灌区续建改造工作中应具有一定的前瞻性发展眼光,考虑采用先进的节水灌溉技术,以期灌区改造在不远的未来不致于落后,而需再次进行改造。

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