水利工程論文-試論北方大型灌區節水改造的共性技術問題摘要：全國大型灌區續建配套與節水改造規劃工作已經圓滿完成，但從規劃審查中所接觸的一些問題看，大型灌區續建配套與節水改造的技術論證和決策，仍是一個有待進一步研究和總結的問題。不同地區、不同條件、不同類型的大型灌區應該因地制宜、科學地論證和選擇自己的技術方案和技術路線、本文僅就規劃審查中反映出的共性技術問題，談幾點對北方大型灌區節水改造的認識，供參考。關鍵詞：北方大型灌區節水改造共性技術1.前言全國大型灌區續建配套與節水改造規劃工作已經圓滿完成，但從規劃審查中所接觸的一些問題看，大型灌區續建配套與節水改造的技術論證和決策，仍是一個有待進一步研究和總結的問題。不同地區、不同條件、不同類型的大型灌區應該因地制宜、科學地論證和選擇自己的技術方案和技術路線、本文僅就規劃審查中反映出的共性技術問題，談幾點對北方大型灌區節水改造的認識，供參考。2.北方大型灌區節水改造任務艱巨根據水利部1999年組織的大型灌區續建配套與節水改造規劃成果，規劃灌溉面積30萬畝以上的大型灌區共402處，現狀有效灌溉面積2.37億畝，占全國耕地面積的12.2%，規劃灌溉面積2.88億畝。其中位于北方地區的大型灌區有252處，占總數的62.7%，現狀有效灌溉面積1.55億畝,占全國現狀有效灌溉面積的65.4%，規劃灌溉面積1.82億畝，占大型灌區規劃灌溉面積的63.2%。由此可見，北方大型灌區在節水改造中占有非常重要的位置。北方大型灌區和全國大型灌區同樣面臨工程不夠配套、建設標準偏低、老化失修、管理落后等一系列問題，還面臨灌溉水量不足的嚴峻問題。通過節水改造，不但要解決現狀缺水，而且在不增加灌溉用水總量的前提下，還要在灌區控制范圍內擴大灌溉面積。大型灌區節水改造建設周期長，綜合性強，投入巨大，技術方案和技術路線既要立足于生產上已經得到驗證的成套技術，同時應有必要的前瞻性，制定科學、合理的改造標準，積極、慎重地采用新技術、新材料、新工藝，以增加灌區改造的科技含量、提升灌區功能，保證工程質量，降低建設費用和運行成本，提高灌區經濟效益。3.北方大型大型灌區節水改造共性技術問題北方和南方大型灌區所處氣候條件有顯著差異，節水改造方向和技術路線也有明顯的差別，但就北方大型灌區而言，節水改造技術決策也存在一定的共性，可歸納為下述幾個主要方面：3.1以水資源承載能力確定灌區發展規模我國農業面臨的水資源嚴峻形勢不僅表現為水資源的人均占有量和畝均占有量低，而且更突出地表現為水土資源配置失衡。黃河、淮河、海河三大流域的土地面積占全國的13.4%，耕地占39%，人口占35，GDP占32，而水資源僅占7.7%，是水資源最為緊張的地區。我國西部大部分灌區墾殖率僅為50左右，即灌區控制范圍有近一半的面積為各類荒地。充足的光熱資源和豐富的土地資源誘發起人們以擴大灌溉面積發展農業生產的愿望，但往往忽視了水資源承載能力的限制，造成上游開荒、下游棄耕，湖泊干涸，河道斷流，綠州萎縮，自然生態惡化的嚴重后果。因此大型灌區改造必須正確把握水資源的承載能力，確立以水資源承載能力決定灌區發展規模的技術原則。水資源承載能力主要取決于水資源條件，一般而言，水資源豐富地區的水資源承載能力大，而水資源匱乏地區的水資源承載能力小。但是，水資源的承載能力又表現出明顯的可變性，廣義上講開源、節流都是為了提高水資源的承載能力，當然這種提高是有限制的。水資源開發程度超出安全限度意味著水資源的承載風險加大；超出技術、經濟合理性的節流，也必然帶來運行、管理上的風險。水資源承載能力還表現為相當大的彈性，例如超采淺層地下水的短期合理性與長期危害性是并存的。正確利用水資源承載能力的彈性可以大大提高水利工程的經濟合理性，超出限度則最終會影響農業生產。在考慮水資源承載能力時，還必須考慮對生態環境的影響。水資源短缺的北方地區，在當前技術水平下，提高水資源對經濟發展的承載能力，不能不影響到生態環境用水，因此生態環境脆弱地區應首先保證必要的生態環境用水，其他地區也要同時從長遠上考慮生態環境的承受能力。3.2根據作物要求分別確定灌溉標準大型灌區通常采用單一灌溉設計保證率，例如有關規范規定的影響因素中，作物影響是以“作物組成”的形式出現的，并未明確同一灌區的不同作物可采用不同的灌溉設計保證率。這種狀況與我國農業傳統上強調糧食生產有關，也與規劃設計的粗放有關。大型灌區節水改造中如何正確選擇灌溉設計保證率是一個有爭議的問題，一方面北方水資源短缺，不可能選擇過高的灌溉標準，另一方面灌區節水改造的效果又應該體現在灌溉保證率的提高上。我國大型灌區多建于5070年代，灌溉設計保證率是根據當時的水文氣象、水土資源、作物組成、灌區規模等因素確定的。80年代以來全國氣候呈現北旱南澇的態勢，北方河流年徑流量明顯減少，不少灌區的灌溉實際保證率并未達到設計保證率。例如山西省有65的灌溉面積每年只能灌水12次，且遠低于設計灌溉定額。因此，北方大型灌區節水改造的效果首先不是體現為提高灌溉設計保證率，而應該體現在恢復灌溉保證率上。我國農業種植面臨重大結構調整，即由目前以糧為主的“糧、經”二元結構變為“糧、經、飼”均衡發展的三元結構，農業用水形態呈多樣化趨勢。優質、專用糧食作物和大多數經濟作物因產值高、適用水肥條件好等原因，要求較高的灌溉保證率，而耐旱牧草和一般糧食作物則不要求較高的灌溉保證率，因此同一灌區應該針對作物要求確定不同的灌溉設計保證率，這是適應農業種植結構調整，發展灌區經濟的必然選擇。采用多種灌溉設計保證率給灌區規劃設計和運行管理帶來技術上的難度，解決的辦法應依水源條件不同而異。在單一水源條件下，可通過調整作物種植布局和實行作物區域種植、規模經營的方法解決，在多水源特別是開發利用地下水的條件下，應在供水保證率高的水源受益地區種植要求灌溉保證率高的作物。渠道也可以參照國外經驗，采用既適合大流量輸水，也適合較小流量輸水的形式。3.3實現水資源的合理開發和聯合運用我國大型灌區均以河流、湖泊、水庫等為主水源，但通常并未對區內全部水資源實行有效的統一管理。降雨形成的土壤水是水資源的重要賦存形式，有效利用降水是提高農田水份生產效率，解決水資源短缺的重要技術方向。除西北部年降水量小于200mm的地區外，北方大部地區屬補充灌溉農業，對降水有較大的依賴性。據有關研究表明，北方地區土壤水的資源量占降水資源量的60%70%，小麥生育期土壤水可達其全部耗水量的1/3，但多數地區土壤水并未得到充分利用。北方地區有為數不少的高揚程灌區，總揚程達200300m，運行費用高，多年來一直由地方政府給予補助或享受優惠電價，但農民負擔仍然很重。有效利用降雨給高揚程灌區節水改造提示了新的出路。例如陜西省東雷灌區實行九級揚水，最高揚程331.7m，平均揚程214.7m，因運行費用高，有的二級泵站不能正常開機，灌溉效益也無法發揮。當地農民針對這種情況，開始在有效利用降水，種植果樹上做文章。但是降水集中在7、8、9三個月，春季少雨，為此農民打水窖，分散集蓄雨水，降水不足時則少量利用渠水補足蓄水，形成了“渠引窖蓄”的用水模式。這種用水模式大大減少了灌溉用水量，對該類灌區節水改造方向影響深遠。地下水是北方灌區的重要水資源，我國在井渠結合方面取得了不少經驗，地下水開發利用對大型灌區的意義并不僅僅是增加可供水量，而且能控制耕地鹽漬化，為種植結構調整提供便利的水利條件。西北地區降水少，淺層地下水主要靠灌溉補給；淺層地下水往往礦化度較高，且在垂直方向和水平方面呈不均勻分布；灌區墾殖率低，灌區內各類荒地大量分布，潛水蒸發損失大，這些因素都給西北灌區的地下水開發利用帶來多方面的特殊性。實行井渠結合是大型灌區節水改造的重要內容，但處于不同自然條件的西北大型灌區，實行井渠結合的技術方案、工程布局、工程形式、管理方式等，仍有必要認真研究和總結。3.4骨干渠道應是渠道防滲的重點大型