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水利工程论文试论北方大型灌区节水改造的共性技术问题摘要全国大型灌区续建配套与节水改造规划工作已经圆满完成,但从规划审查中所接触的一些问题看,大型灌区续建配套与节水改造的技术论证和决策,仍是一个有待进一步研究和总结的问题。不同地区、不同条件、不同类型的大型灌区应该因地制宜、科学地论证和选择自己的技术方案和技术路线、本文仅就规划审查中反映出的共性技术问题,谈几点对北方大型灌区节水改造的认识,供参考。关键词北方大型灌区节水改造共性技术1.前言全国大型灌区续建配套与节水改造规划工作已经圆满完成,但从规划审查中所接触的一些问题看,大型灌区续建配套与节水改造的技术论证和决策,仍是一个有待进一步研究和总结的问题。不同地区、不同条件、不同类型的大型灌区应该因地制宜、科学地论证和选择自己的技术方案和技术路线、本文仅就规划审查中反映出的共性技术问题,谈几点对北方大型灌区节水改造的认识,供参考。2.北方大型灌区节水改造任务艰巨根据水利部1999年组织的大型灌区续建配套与节水改造规划成果,规划灌溉面积30万亩以上的大型灌区共402处,现状有效灌溉面积2.37亿亩,占全国耕地面积的12.2,规划灌溉面积2.88亿亩。其中位于北方地区的大型灌区有252处,占总数的62.7,现状有效灌溉面积1.55亿亩,占全国现状有效灌溉面积的65.4,规划灌溉面积1.82亿亩,占大型灌区规划灌溉面积的63.2。由此可见,北方大型灌区在节水改造中占有非常重要的位置。北方大型灌区和全国大型灌区同样面临工程不够配套、建设标准偏低、老化失修、管理落后等一系列问题,还面临灌溉水量不足的严峻问题。通过节水改造,不但要解决现状缺水,而且在不增加灌溉用水总量的前提下,还要在灌区控制范围内扩大灌溉面积。大型灌区节水改造建设周期长,综合性强,投入巨大,技术方案和技术路线既要立足于生产上已经得到验证的成套技术,同时应有必要的前瞻性,制定科学、合理的改造标准,积极、慎重地采用新技术、新材料、新工艺,以增加灌区改造的科技含量、提升灌区功能,保证工程质量,降低建设费用和运行成本,提高灌区经济效益。3.北方大型大型灌区节水改造共性技术问题北方和南方大型灌区所处气候条件有显著差异,节水改造方向和技术路线也有明显的差别,但就北方大型灌区而言,节水改造技术决策也存在一定的共性,可归纳为下述几个主要方面3.1以水资源承载能力确定灌区发展规模我国农业面临的水资源严峻形势不仅表现为水资源的人均占有量和亩均占有量低,而且更突出地表现为水土资源配置失衡。黄河、淮河、海河三大流域的土地面积占全国的13.4,耕地占39,人口占35%,GDP占32%,而水资源仅占7.7,是水资源最为紧张的地区。我国西部大部分灌区垦殖率仅为50%左右,即灌区控制范围有近一半的面积为各类荒地。充足的光热资源和丰富的土地资源诱发起人们以扩大灌溉面积发展农业生产的愿望,但往往忽视了水资源承载能力的限制,造成上游开荒、下游弃耕,湖泊干涸,河道断流,绿州萎缩,自然生态恶化的严重后果。因此大型灌区改造必须正确把握水资源的承载能力,确立以水资源承载能力决定灌区发展规模的技术原则。水资源承载能力主要取决于水资源条件,一般而言,水资源丰富地区的水资源承载能力大,而水资源匮乏地区的水资源承载能力小。但是,水资源的承载能力又表现出明显的可变性,广义上讲开源、节流都是为了提高水资源的承载能力,当然这种提高是有限制的。水资源开发程度超出安全限度意味着水资源的承载风险加大超出技术、经济合理性的节流,也必然带来运行、管理上的风险。水资源承载能力还表现为相当大的弹性,例如超采浅层地下水的短期合理性与长期危害性是并存的。正确利用水资源承载能力的弹性可以大大提高水利工程的经济合理性,超出限度则最终会影响农业生产。在考虑水资源承载能力时,还必须考虑对生态环境的影响。水资源短缺的北方地区,在当前技术水平下,提高水资源对经济发展的承载能力,不能不影响到生态环境用水,因此生态环境脆弱地区应首先保证必要的生态环境用水,其他地区也要同时从长远上考虑生态环境的承受能力。3.2根据作物要求分别确定灌溉标准大型灌区通常采用单一灌溉设计保证率,例如有关规范规定的影响因素中,作物影响是以作物组成的形式出现的,并未明确同一灌区的不同作物可采用不同的灌溉设计保证率。这种状况与我国农业传统上强调粮食生产有关,也与规划设计的粗放有关。大型灌区节水改造中如何正确选择灌溉设计保证率是一个有争议的问题,一方面北方水资源短缺,不可能选择过高的灌溉标准,另一方面灌区节水改造的效果又应该体现在灌溉保证率的提高上。我国大型灌区多建于5070年代,灌溉设计保证率是根据当时的水文气象、水土资源、作物组成、灌区规模等因素确定的。80年代以来全国气候呈现北旱南涝的态势,北方河流年径流量明显减少,不少灌区的灌溉实际保证率并未达到设计保证率。例如山西省有65%的灌溉面积每年只能灌水12次,且远低于设计灌溉定额。因此,北方大型灌区节水改造的效果首先不是体现为提高灌溉设计保证率,而应该体现在恢复灌溉保证率上。我国农业种植面临重大结构调整,即由目前以粮为主的粮、经二元结构变为粮、经、饲均衡发展的三元结构,农业用水形态呈多样化趋势。优质、专用粮食作物和大多数经济作物因产值高、适用水肥条件好等原因,要求较高的灌溉保证率,而耐旱牧草和一般粮食作物则不要求较高的灌溉保证率,因此同一灌区应该针对作物要求确定不同的灌溉设计保证率,这是适应农业种植结构调整,发展灌区经济的必然选择。采用多种灌溉设计保证率给灌区规划设计和运行管理带来技术上的难度,解决的办法应依水源条件不同而异。在单一水源条件下,可通过调整作物种植布局和实行作物区域种植、规模经营的方法解决,在多水源特别是开发利用地下水的条件下,应在供水保证率高的水源受益地区种植要求灌溉保证率高的作物。渠道也可以参照国外经验,采用既适合大流量输水,也适合较小流量输水的形式。3.3实现水资源的合理开发和联合运用我国大型灌区均以河流、湖泊、水库等为主水源,但通常并未对区内全部水资源实行有效的统一管理。降雨形成的土壤水是水资源的重要赋存形式,有效利用降水是提高农田水份生产效率,解决水资源短缺的重要技术方向。除西北部年降水量小于200mm的地区外,北方大部地区属补充灌溉农业,对降水有较大的依赖性。据有关研究表明,北方地区土壤水的资源量占降水资源量的6070,小麦生育期土壤水可达其全部耗水量的1/3,但多数地区土壤水并未得到充分利用。北方地区有为数不少的高扬程灌区,总扬程达200300m,运行费用高,多年来一直由地方政府给予补助或享受优惠电价,但农民负担仍然很重。有效利用降雨给高扬程灌区节水改造提示了新的出路。例如陕西省东雷灌区实行九级扬水,最高扬程331.7m,平均扬程214.7m,因运行费用高,有的二级泵站不能正常开机,灌溉效益也无法发挥。当地农民针对这种情况,开始在有效利用降水,种植果树上做文章。但是降水集中在7、8、9三个月,春季少雨,为此农民打水窖,分散集蓄雨水,降水不足时则少量利用渠水补足蓄水,形成了渠引窖蓄的用水模式。这种用水模式大大减少了灌溉用水量,对该类灌区节水改造方向影响深远。地下水是北方灌区的重要水资源,我国在井渠结合方面取得了不少经验,地下水开发利用对大型灌区的意义并不仅仅是增加可供水量,而且能控制耕地盐渍化,为种植结构调整提供便利的水利条件。西北地区降水少,浅层地下水主要靠灌溉补给浅层地下水往往矿化度较高,且在垂直方向和水平方面呈不均匀分布灌区垦殖率低,灌区内各类荒地大量分布,潜水蒸发损失大,这些因素都给西北灌区的地下水开发利用带来多方面的特殊性。实行井渠结合是大型灌区节水改造的重要内容,但处于不同自然条件的西北大型灌区,实行井渠结合的技术方案、工程布局、工程形式、管理方式等,仍有必要认真研究和总结。3.4骨干渠道应是渠道防渗的重点大型灌区渠系复杂,渠线长、渠道的工程地质条件和施工条件不同,输水损失大,以渠道防渗作为节水改造主要措施是符合实际情况的。但是渠道防渗耗资巨大,而且还普遍存在冻涨破坏的威胁,如何正确选择渠道防渗重点是大型灌区节水改造面临的技术决策。骨干渠道与田间渠道比较有以下特点①骨干渠道一般按续灌方式运行,行水时间长田间渠道一般按轮灌方式运行,行水时间短。②各级
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