浅析井灌区节水灌溉技术规划方法

1　前言
节水灌溉是用尽可能少的水投入，取得尽可能多的农作物产出的一种灌溉技术。其目的是提高水的利用率和水分生产率。其主要内容包括水资源的合理开发、田间工程规划、节水模式规划、输配水系统设计、用水管理的规划、农艺节水增产规划等方面。实践表明：节水灌溉技术是北方地区解决农业灌溉问题的关键技术和主要的工程措施。“九五”期间，山东省比较重视节水灌溉技术的推广，建设了一大批节水灌溉工程，为全省大面积推广奠定了基础。“十五”开始又投巨资大力发展节水灌溉技术，并且实行了招标、投标制。采用综合、先进的规划方法，于2001年、2002年分别投入3000万元建立了25个成片联方的节水灌溉项目示范区，并且取得了较好的经济效益和社会、生态效益。
2　项目区概况
陵县地处鲁西北平原，德州市腹部。总面积1213.4km2，耕地面积6.2万hm2（93万亩），辖9镇3乡、988个自然村，总人口54.5万，其中农业人口47.5万人。2001年国内生产总值29.16亿元，人均国民收入3817元。粮食总产量40.6万t，农民人均纯收入2513元。义渡乡位于陵县北部，包括57个自然村，农业人口2.55万人，土地总面积0 .678万hm2(10.17万亩)，耕地面积0 .371万hm2(5.57万亩)，2001年国内生产总值1.7亿元，农业人口3.2万人，人均纯收入2100元。粮食总产量3.63万吨，棉花总产量4500t，是全县重要产粮乡，历史上素有“陵县粮仓”之称。节水灌溉项目区位于陵县义渡乡东北部，马颊河故道以北，涉及北小高、潘家、边家、小吕家、果园、张家等12个行政村，1720个农户，人口0.6万人，其中农业人口0.59万人，土地总面积8.94km2，耕地面积0.07万hm2(1.05万亩)，人均耕地0.16hm2(2.4亩)，该项目区地理位置优越，基础设施齐全，农田水利建设完善，农业生产具有较大的发展潜力。项目区基础设施齐全，方田建设基本完善，浅层地下水较为丰富。本次规划在节水灌溉项目区内建设高标准的低压管道输水工程、大棚蔬菜变频调速恒压滴灌工程、半固定式喷灌带喷灌工程及果园微喷灌工程。
3　节水灌溉技术规划原则与指标
根据全省“十五”节水灌溉发展总体规划，结合《陵县水利建设第十个五年计划》的要求和目标，依靠科技进步，合理确定项目区用水量、节水灌溉工程规模，积极推广应用以提高水的有效利用率和作物水分生产率为中心的工程、农艺和管理等综合措施，改善农业生产条件，提高农业抗旱抗灾能力，促进和推动全县农业产业结构和种植结构的优化调整，为效益农业和现代农业提供强有力的支撑和保障，为农业增产、农民增收创造条件，实现项目区水土资源、环境、社会和经济可持续发展。
3.1规划原则
⑴以改善水环境、增加粮食生产能力为主要目的，加强节水灌溉技术的发展，提高水利工程效益的最大限度的发挥。
⑵既要坚持全面规划、综合治理、旱涝并防、资源优化配置的原则，又要坚持节水灌溉工程规划与农田水利建设长远规划相结合的原则。对项目区沟、田、渠、林、路、桥、涵综合规划，体现生态田园景观化。
⑶坚持高标准、高起点、高效益和综合节水的原则。采取工程措施、农艺措施、管理措施和节水灌溉新技术相结合的综合节水模式。
⑷坚持因地制宜、先进性和实用性相结合的原则。从实际出发，充分考虑自然、气候条件和社会经济发展水平，在大力发展投入少的常规节水措施的基础上，推广利用适合当地实际的智能自动化节水灌溉新技术。
⑸重视工程建设与运行管理机制的创新。在工程建设过程中，积极推行项目法人责任制、招标投标制和建设监理制。工程建成后，及时建立健全先进的组织管理体系，制定高效的运行管理方案，努力实行新水价政策，按成本计费，利用市场机制促进农业节水。
3.2规划中要求的主要技术指标
根据《节水灌溉技术规范》SL207-98和《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-99，本次规划采用以下主要技术指标：
[1]项目区内灌溉水利用系数，管道灌溉区不低于0.80，喷灌、微灌区不于0.85，滴灌区不低于0.90，管道输水利用系数不于0.95。
[2]田间水利用系数不低于0.9。
[3]管道输水灌溉应满足：固定管道用量每亩不低于6m长，支管间距单向布置不大于75m，双向布置不大于150m，出口间距不大于50m，用于喷灌的管道还应符合喷灌工程的技术要求。半固定式管灌，地面移动软管长度不大于50m。
[4]微灌工程，条播作物移动式微灌系统灌水毛管用量不应小于每亩60m。
[5]地面灌溉田间工程，应平整土地，畦田长度不超过75m，畦宽不大于3m，并与农机具作业要求相适应，沟长不超过100m。
[6]实现节水灌溉后，粮、棉总产量应增加15％以上或水分生产率应提高20％以上，且不应低于1.2kg/m3。与原灌区相比，节约水量不应小于20％。节水灌溉项目效益费用比大于1.2。

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4　田间工程规划
项目区位于素有“陵县粮仓”之称的义渡乡东北部区域内，随着区域内种植结构的不断调整，初步形成粮食作物以小麦、玉米为主，经济作物以棉花、蔬菜为主的种植格局。由于项目区的主要客水资源是黄河水，随着黄河断流次数的增加，来水量的日趋减少，供水的不可靠性，该项目区的地表水已无法满足灌溉要求，引黄水量只能作为补源水。经过近几年的探索实践，在水利建设方面逐步形成了“井灌保丰，以河补源”的灌溉模式。
4.1畦田规划
[1]田块规划
田块规划是农田基本建设的重要内容，也是实现园田化，高效节水农业的基本途径。搞好田块规划可有效杜绝大水漫灌、大畦漫灌，节约灌溉用水，提高灌水质量，降低灌溉成本。
按照“土地平整、精耕细作，高产稳产”的要求，结合渠、沟、路、林、村及作物类别、灌水方法、耕种作业条件等，因地制宜对项目区农田进行规划整治。平整深耕土地0.06万 hm2(0.9万亩)，达到土地平整，畦田细化种植。按方田化规划整修道路(干沟路宽10m，支沟路宽8m，斗沟路6m)，做到田间灌排畅通无阻。同时，大力调整产业结构，使粮经作物种植比例达到1:2.65，并实行区域化种植，建良种繁育区、高产栽培区、高档蔬菜种植区等几个主要区域。建良种繁育基地75.3hm2(1130亩)。
目前项目区经过多年的农田水利建设，已按300×500m的方田治理完毕，区域内的良田已基本成方，方田耕地面积一般在170～250m之间。对面积较大的个别地块，将结合本次节水灌溉工程规划进行调整。根据力求节约，合理布置，最大限度发挥效益的原则，规划项目区共建方田58个，田间开挖干沟一条，垂直方向每1000m开挖支沟一条，与支沟垂直方向每500m开挖斗沟1条，与斗沟垂直方向每300m开挖农沟一条。
[2]畦田规格
在大田作物种植区将结合冬季农田水利基本建设秋种耕地，平整土地，利用3～5年时间，使项目区大田土地平整一遍，同时实行小畦灌和长畦分段灌溉。采取长畦改短畦、宽畦改短畦、大畦改小畦，将畦长由现在的100～200m调整到30～50m，畦宽由3～5m调整到1.5～2m。或利用地面移动软管，将长畦分成若干个没有横向畦埂的短畦，自下而上依次逐段灌水，以提高灌水均匀度和田间水利用系数。
4.2道路、林带及排水系统及桥涵规划
［1］道路规划
项目区现有乡镇公路2条，乡村道路和干线生产路30.9km，田块成方联片；项目区内排水系统完善，排水沟分布合理，汛期降水能迅速汇集，排入河道不会造成洪．涝灾害。项目区内道路、林带及排水系统基本配套。田间排水沟间距一般300m左右，稍加疏通后排涝标准均达到10年一遇标准。
[2]林网规划
目前，在项目区道路和沟渠两侧，已种植防护林带，主要品种为毛白杨，但存在缺株、漏植及管理责权不明确的问题。现结合道路整修，对项目区的林网按照防护农田、道路、调节小气候的原则，统一规划，分步实施，责任到村、到人。规划高标准的农田防护林及道路绿化50.7km，植树5.25万株，造林折实面积60hm2(900亩)。计划利用1～2年的时间使项目区初步建成以农田林网为中心的带、网、片、点相结合的综合防护林体系。
[3]排水系统规划
项目区排水沟采取灌排合一的方式，按干、支、斗、农沟四级配套，垂直于潘张河修建干沟一条，田间支沟垂直于干沟布置，间距1000m左右，斗沟垂直于支沟，间距500m左右，农沟垂直于斗沟，间距300m左右。斗沟与农沟组成生产方田；农路两侧植1行乔木，干、支、斗路植2行乔木，乔木行距2.0m，株距3m，共计52547棵；跨越干沟生产路设一孔15m跨生产桥，跨越支沟生产路，设一孔12m跨生产桥，跨越斗沟生产路，设一孔6.0m跨生产桥，跨越农沟生产路，埋设Φ100mm涵管。据统计，项目区排水系统规划需修建桥、涵、闸共计155座。详见表1。

表1　　　　　　　　　　项目区方田设计参数表
沟网名称间距(m) 长度(m) 控制面积(亩) 断面因素
沟深(m) 底宽(m) 边坡比降
干沟 3000 13416 4 5 1:3 1/10000
支沟 1000 3300 4455 3.5 3.0 1:3 1/10000
斗沟 500 3000 2475 3.0 2.0 1:2.5 1/10000
农沟 300 3300 1485 2.0 1.0 1:1.5 1/10000

[4]桥涵规划
结合项目区道路的情况，项目区共需桥、涵、闸155座，目前有桥、涵、闸147座,需新建桥涵闸8座，其中干沟桥2座，支沟桥3座，斗沟桥2座，干沟节制闸1座，修复桥20座。全部为石料结构。
4.3作物种植规划
项目区地处义渡乡东北部，是全县重要的粮食生产基地。为丰富市民菜篮子，增加农民收入，本着与社会需求结构、自然资源、可持续发展相适应以及农业节水与高产高效相统一的原则，结合节水灌溉规划，将部分粮田作物调整为蔬菜和其它经济作物，充分利用项目区地利条件，增加农民收入，提高农民的生活水平。作物种植调整后，粮食与经济作物的种植比例已由规划前的1∶0.57调整到规划后1∶2.65。规划前后作物种植结构调整情况见表2。

表2　　　　　　　项目区作物种植结构调整结果表
作物粮食作物（亩）经济作物（亩）合计粮经比例
小计露地瓜菜大棚蔬菜果园良种基地棉花
项目实施前 6690 3810 1860 160 1790 10500 1:0.57
项目实施后 2880 7620 3030 1000 460 1130 3130 10500 1:2.65

5　节水灌溉工程规划
根据《陵县水利建设“十五”规划及2015年发展思路》和《陵县节水灌溉“十五”计划及2015年发展规划》，按照因地制宜，量力而行，注重实效的原则，根据项目区的自然、经济状况，以及近几年发展节水灌溉所取得的成绩和经验，以科技为先导，大面积推广群众易于掌握和管理的节水灌溉形式：即低压管道灌溉、喷水带喷灌及大棚滴灌等节水形式，并结合农田土地平整技术和农艺节水技术实行综合节水技术的示范推广。
5.1节水灌溉工程模式规划
[1]大棚蔬菜灌溉工程模式
规划后项目区内有大棚作物66.7hm2(1000亩)，由于大棚作物是常年生产，要求供水量大，均衡而且频繁，特别是冬季生长对环境湿度要求高。且单棚由用户单独管理，供水流量变化较大。因此大棚作物宜采用灌水均匀、能及时降低空气湿度且自动调节供水流量的“变频调速恒压大棚滴灌”工程模式。
[2]大田作物、棉花灌溉工程模式
规划后项目区内大田作物主要种植小麦、玉米、良种、棉花等。其中小麦、玉米为192hm2(2880亩)，良种基地77.3hm2(1130亩)，棉花208.7hm2(3130亩)，共计400.7hm2(6010亩)。原田间输水以土渠为主，水利用系数低。为提高畦田标准和灌溉水利用系数，故采用投资较低，管理方便，群众易于接受和管理方便的高标准的半固定式管灌结合“射频卡读卡器（IC）”管理技术的节水模式。
[3]露地蔬菜灌溉工程模式
规划后项目区内有露地蔬菜202hm2(3030亩)，由于蔬菜需水量大，灌水次数多，换茬频繁，对灌溉要求较高，故灌溉模式选用灌水均匀、及时，管理方便，投资较低的“半固定式喷水带喷灌”工程模式。
[4]果园灌溉工程模式
规划后项目区内有果园面积30.7hm2(460亩)，成龄果树花期以后需水量较大，对田间小气候要求较高，同时为了发挥项目示范效应，规划采用灌水均匀便利，雾化程度较高，能结合药物喷洒和施肥的“果树微喷灌”工程模式。
节水灌溉工程模式规划结果见表3。

表3　　　　　　　项目区节水灌溉工程规划表
节水灌溉型式作物种类及控制面积（亩）
大田粮食作物露地瓜菜大棚蔬菜果园良种基地棉花合计
大棚滴灌 1000 1000
低压管道灌溉 1750 1130 3130 6010
喷灌带喷灌 3030 3030
微喷灌 460 460
合计 1750 3030 1000 460 1130 3130 10500

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3楼

6　农艺节水规划
农艺节水措施是节水农业的一项重要组成部分，也是节水农业的发展潜力所在，针对该项目区农作物的种植结构和规划采取的节水灌溉工程措施，可采用深耕保墒技术、秸秆覆盖技术、化学保水剂等农艺节水措施。
深耕保墒措施应用于大田作物、棉花和露天蔬菜种植区，结合深耕保墒，整平土地，大田作物区及棉花地块由过去的12m深耕到20～30m左右，打破犁底层，增加耕层蓄水保水量，露天蔬菜区由过去的15m深耕到30m以上，打破“犁底层”，形成“海绵田”。规划大田作物区内全部采用深耕蓄水保墒技术。
秸秆覆盖具有培肥地力、增加土壤含水量、调节土壤温度、改良土壤结构、提高水分利用效率、控制水土流失等抗旱增产作用。在该项目区，与地膜覆盖相比，秸杆覆盖材料充足，成本地，不污染土壤，是该项目区的重要采用形式。规划对192hm2(2880亩)的大田作物和30.7hm2(460亩)果园采取秸秆覆盖，玉米秸秆粉碎覆盖冬小麦，覆盖量一般为4500—5220kg/hm2；夏玉米可在灭茬除草后，用麦秸、麦糠覆盖株间，通常覆盖量一般为300—350kg/亩。在果园行间采用秸秆覆盖，减少水分蒸发，提高土壤肥力。
旱地龙是一种以黄腐酸为主要成分的作物抗旱增产调节剂，可进行拌种和喷施，喷施一次一般亩用量100g，500倍液配水使用，大田粮食作物、棉花、露天蔬菜、大棚蔬菜、大棚西瓜等均可使用，特别是在露天蔬菜、大棚蔬菜及大棚西瓜使用后效果更佳，大田作物使用后增产幅度达15%以上，露天蔬菜及大棚瓜菜使用后增产幅度达20—30%以上。因此在规划区内露天蔬菜、大棚瓜菜及部分大田作物等使用旱地龙。
地膜覆盖措施可提高作物地温，减少土壤水分蒸发，有利于作物生长，规划33.2hm2(500亩)大棚瓜菜、208.7hm2(3130亩)棉花采用该项技术。
项目区农艺节水措施规划结果见表4。
表4　　　　　　项目区农艺节水措施规划表
措施作物种类及实施面积（亩）
大田粮食作物露地瓜菜大棚蔬菜果园良种棉花合计
秸秆覆盖 2880 460 3340
地膜覆盖 500 3130 3630
旱地龙 2000 1000 500 3500
深耕保墒 2880 3030 3130 9040

7　结语
本文结合2002年度山东省节水灌溉项目――陵县项目区的规划方案，介绍了发展节水灌溉技术的田间工程规划、综合节水灌溉工程规划及农艺措施规划等内容。这种规划方法在2001年度山东省节水灌溉项目区中已得到充分应用，并且取得了良好的效果。