于麗君

(包頭市水利事業(yè)發(fā)展中心，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

小型農(nóng)田水利設(shè)施作為農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力提高的重要前提，也是鄉(xiāng)村全面振興和農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)保障。針對我國小型農(nóng)田水利設(shè)施發(fā)展滯后的問題，2005年中央財政設(shè)立了專項補助資金，支持各地進(jìn)行小型農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)。2009年起以縣域為單位進(jìn)行整體推進(jìn)，開展小型農(nóng)田水利重點縣建設(shè)，重點解決影響農(nóng)業(yè)綜合能力提升的“最后一公里”，示范作用顯著，有效提高了農(nóng)業(yè)抗御自然風(fēng)險的能力。

1 小型農(nóng)田水利工程作用

1.1 提高水資源利用效率

農(nóng)田水利工程建設(shè)目的是對灌溉用水進(jìn)行合理調(diào)配，充分發(fā)揮水資源價值，防止大規(guī)模農(nóng)田灌溉產(chǎn)生的水資源浪費情況，緩解淡水資源不足和環(huán)境污染的問題。同時，建設(shè)小型農(nóng)田水利工程能產(chǎn)生很好的宣傳效果，通過完善節(jié)水灌溉工程基礎(chǔ)設(shè)施，增強農(nóng)民節(jié)水意識，提高農(nóng)民自發(fā)節(jié)水的主動性，提升生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 加快農(nóng)村經(jīng)濟(jì)建設(shè)

農(nóng)田水利工程對于促進(jìn)農(nóng)村發(fā)展、提高農(nóng)民收入方面具有顯著作用。農(nóng)田節(jié)水灌溉工程提升了農(nóng)田灌溉技術(shù)水平，滿足農(nóng)業(yè)灌溉需求，提高灌溉水資源利用效率；小型農(nóng)田水利工程推動新型農(nóng)業(yè)技術(shù)的投入，能夠有效提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率、質(zhì)量和產(chǎn)量，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展打下基礎(chǔ)。

1.3 改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境

農(nóng)田水利工程能夠滿足農(nóng)田灌溉需求，緩解淡水資源浪費及水生態(tài)環(huán)境的破壞，不僅有效提高了防洪排澇的保障能力、減少區(qū)域旱澇災(zāi)害數(shù)量，還能通過合理灌溉，減少農(nóng)田水灌溉量，全部或部分退還生態(tài)用水，有效改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

2 農(nóng)田水利節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

小型農(nóng)田水利工程設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)對實際用水程度具有決定作用，工程標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計水平?jīng)Q定了工程最終能夠保證實際灌溉用水的程度，因此需要在工程設(shè)計階段充分考量各方面的復(fù)雜情況，以當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求、經(jīng)濟(jì)實力、現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施狀況以及水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量作為參考標(biāo)準(zhǔn)，做好統(tǒng)籌謀劃和系統(tǒng)設(shè)計。

2.1 水利節(jié)水設(shè)計保證率

農(nóng)田水利工程節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中有一個指標(biāo)為“P百分?jǐn)?shù)”，即農(nóng)業(yè)水利灌溉運行中農(nóng)田用水能夠完全滿足需求的年份占全部年份的比例，如果占比達(dá)到80%則表明該水利工程在100a內(nèi)能滿足農(nóng)田80a內(nèi)的灌溉需求，余下20a有缺水的可能，因此農(nóng)田水利工程的節(jié)水保證率P值即為80%。因此，工程設(shè)計前應(yīng)對灌溉條件、農(nóng)作物種植情況、基礎(chǔ)設(shè)施條件等狀況進(jìn)行綜合評估，根據(jù)不同的農(nóng)作物需水量要求，因地制宜地設(shè)計節(jié)水保證率。

2.2 挨過旱季的最低標(biāo)準(zhǔn)

除了節(jié)水保證率，還需要考慮水資源分布狀況以及現(xiàn)有水利基礎(chǔ)設(shè)施情況，如水庫、河塘等蓄水設(shè)施的水量供給。結(jié)合這些現(xiàn)有水利設(shè)施補水量的測算，考量該水利工程在旱季降雨減少的情況下能夠維持生產(chǎn)的具體天數(shù)，把能夠挨過旱季的最低標(biāo)準(zhǔn)作為當(dāng)?shù)刈钌俟喔刃枨蟮墓喔攘吭O(shè)計。如，旱季本地水利基礎(chǔ)設(shè)施能夠提供60d的灌溉，就應(yīng)把節(jié)水灌溉的標(biāo)準(zhǔn)定為旱季60d。

3 包頭市小型農(nóng)田水利重點縣工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)確定

3.1 項目區(qū)灌溉條件

2014年度包頭市小型農(nóng)田水利重點縣的專項資金項目涉及1個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。經(jīng)深入調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，項目區(qū)北靠大青山，南臨黃河，土壤肥沃，土地平整，因大青山的天然屏障遮擋住了來自西伯利亞的寒冷空氣，使當(dāng)?shù)匦纬瑟毺亓说男夂?，非常適合發(fā)展蔬菜、果樹、葡萄等高效農(nóng)業(yè)。

項目區(qū)屬于典型的大陸性季風(fēng)氣候，最大凍土層深1.60m，多年平均風(fēng)速3.4m·s-1，最大風(fēng)速23.3m·s-1。黃河是包頭市過境河流，流經(jīng)項目區(qū)長度為32.4km，河面平均寬度300m左右。水深5～7m，河道比降1/10000，平均流速1.4m·s-1，平均流量830m3·s-1，年平均徑流量262億m3。項目區(qū)地下水資源十分豐富，有供水意義的含水層分布很廣，地下水主要來源于山麓沖、洪積湖積層承壓水，地下水埋深20～40m，水質(zhì)礦化度小于0.5g·L-1的超淡水，適宜飲用和灌溉。

3.2 項目區(qū)地下水可開采量

3.2.1 降水入滲補給量

降水入滲補給量計算公式：

Q降=0.1αFP

式中，Q降為降水入滲補給量，萬m3·a-1；α為年平均降水入滲系數(shù)，取0.12；F為降水入滲面積，km2；P為年降水量，mm，P=310mm。

3.2.2 地下水側(cè)向補給量

地下水側(cè)向補給量計算公式：

Q側(cè)=0.0365KIBH

式中，Q測為地下水側(cè)向補給量，萬m3·d-1；K為含水層滲透系數(shù)，m·d-1，K=20m·d-1；I為地下水水力坡度；B為計算斷面寬度，m；H為計算斷面含水層厚度，m。

3.2.3 地下水資源量計算

本次評價以項目區(qū)補給總量評價項目區(qū)地下水資源量為451.72萬m3·a-1。

3.2.4 地下水資源可開采量

地下水可開采資源量采用可開采系數(shù)法進(jìn)行計算，公式：

Q開=Q資t

式中，Q開為計算區(qū)內(nèi)地下水資源可開采量，萬m3·a-1；Q資為計算區(qū)內(nèi)地下水資源量，萬m3·a-1；t為可開采系數(shù)，取0.75。

經(jīng)計算，項目區(qū)地下水資源量為451.72萬m3·a-1，可開采量為338.79萬m3·a-1。

3.3 項目區(qū)需水量分析

項目區(qū)實施后，發(fā)展高效節(jié)水灌溉面積907.07hm2，其中，建設(shè)大田玉米膜下滴灌工程686.33hm2，建設(shè)設(shè)施農(nóng)業(yè)滴灌工程220.73hm2。經(jīng)過計算，大田玉米膜下滴灌的灌溉定額為118m3·667m-2，設(shè)施農(nóng)業(yè)滴灌的灌溉定額為403m3·667m-2，項目區(qū)需水量為254.58萬m3。

3.4 項目區(qū)水資源平衡分析

項目區(qū)地下水可開采量為338.79萬m3，灌溉需水量為254.58萬m3，灌溉需水量小于項目區(qū)地下水可開采量，項目實施水量得到保障。

4 小型農(nóng)田水利工程設(shè)計

4.1 節(jié)水取水灌溉方式確定

農(nóng)田水利灌溉工程設(shè)計水源及取水方式會直接影響最后取水方式的設(shè)計方案，在設(shè)計之初必須先弄清當(dāng)?shù)厮磳θ∷绞竭x擇的影響。一般情況下，依據(jù)水源取水方式不同分為提水取水方式、自留取水方式2種。使用河流作為灌溉來源的設(shè)計方式稱為自留取水，自留取水也可分為有壩取水和無壩取水2種類型。在設(shè)計過程中，有壩取水需要注意的是，要能保障水位的高度，取水方式的設(shè)計能否成功最關(guān)鍵的就是引水位置的選擇，必須要在水位較高的河流上游位置進(jìn)行引水、開渠、建水閘。修建過程中，實際需要添加的土石方具體耗工量、需要修建的水渠的實際長度，以及整個修建過程中水頭和水量的損耗，都和引水位置有直接關(guān)系，除此以外周圍建筑數(shù)量也會有差別。設(shè)計無壩取水根據(jù)實際情況也可以分成有閘以及無閘2種類型。無閘引水口最大缺點就是在發(fā)生洪水時無法對出水量進(jìn)行有效控制，也會對新建的渠道存在一定的威脅甚至是被沖毀，造成農(nóng)田受災(zāi)的嚴(yán)重后果，所以正常情況進(jìn)行無壩取水方案有閘的渠道設(shè)計是設(shè)計人員首先考慮的。

項目區(qū)主要種植作物為大田玉米，根據(jù)作物適宜的灌溉方式，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦螚l件和管理水平，確定采用滴灌這一高效節(jié)水灌溉方式。

4.2 灌溉制度設(shè)計

項目區(qū)建設(shè)高效節(jié)水灌溉為906.67hm2，土壤容重為1.4g·cm-3，田間持水量重量百分比為23%，滴灌工程設(shè)計保證率為85%，設(shè)計耗水強度取4mm·d-1。

經(jīng)計算，最大凈灌水定額mmax=25.1mm，設(shè)計灌水周期T=6d，設(shè)計灌水定額md=24mm，一次灌水延續(xù)時間t=4.0h。

4.3 水源設(shè)計

共設(shè)水源井57眼，井深110m，成孔孔徑600mm，終孔深度110m，混凝土井壁管規(guī)格為Φ300×50mm，含水層位置為40～57m、60～104m，靜水位埋深10m，動水位埋深40m，單井涌水量80m3·h-1。

4.4 量水設(shè)施設(shè)計

對項目區(qū)內(nèi)每眼機電井都設(shè)計配套量水設(shè)施，新安裝流量計進(jìn)行用水量量測，所安裝流量計量設(shè)備均計入系統(tǒng)首部構(gòu)件中。

4.5 滴管設(shè)計

4.5.1 灌水器水頭偏差率計算公式

式中，hv為灌水器水頭偏差率；qv為灌水器流量偏差率，為0.2；x為灌水器流態(tài)指數(shù)，取0.6。

經(jīng)計算得，hv=0.34。

4.5.2 毛管允許的極限長度公式

式中，Lm為毛管允許的極限長度，m；qa為滴頭設(shè)計流量，L·h-1，為1.8L·h-1；S為毛管上出水孔間距，m，為0.3m；D為毛管內(nèi)徑，mm，為16-0.2×2=15.6mm；K為毛管局部水頭損失加大系數(shù)，取1.1。

經(jīng)計算得，Lm=83m。

4.6 管網(wǎng)系統(tǒng)布置與輪灌組劃分

大田玉米膜下滴灌系統(tǒng)共布置四級管道，即干管、分干管、支管和毛管(滴灌帶)。干管南北向布置，分干管垂直干管東西向布置，支管平行分干管布置，毛管垂直支管平行種植方向布置。干管選用dn160/0.63MPaPVC-U管，分干管選用dn90/0.63MPa PVC-U管，共布置6條分干管，每條分干管上按60m間距布置出水口，出水口雙側(cè)連接支管，支管雙向分水，支管選用Φ63/0.25MPa PE管，支管單側(cè)長30m。

4.7 水泵及動力確定

系統(tǒng)首部水頭損失按10m計，機井動水位30m，地形高差為0m。所以，水泵的設(shè)計揚程為54m，設(shè)計流量為72.16m3·h-1，選擇井用潛水泵，水泵型號為200QJ80-54/3。

5 小型農(nóng)田水利工程管理措施

5.1 構(gòu)建節(jié)水灌溉工程管理體系

小型農(nóng)田水利工程是與農(nóng)民息息相關(guān)的民生工程，對于水資源的有效利用、提升農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境等方面都具有重要作用。因此，完成小型農(nóng)田水利工程設(shè)計與施工建設(shè)后，還需有完備的管理措施，構(gòu)建管理人員和施工方共同參與的完善管理體系，制定并嚴(yán)格遵守管理規(guī)定，避免因管理失當(dāng)造成損失，確保農(nóng)田水利工程運行良好，發(fā)揮成效。

5.2 培養(yǎng)生產(chǎn)主體節(jié)水灌溉意識

農(nóng)田水利灌溉的服務(wù)主體是參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)民，農(nóng)民是否具有良好的節(jié)水灌溉意識對于水資源的高質(zhì)高效利用發(fā)揮著關(guān)鍵影響。因此，要加強農(nóng)民對節(jié)水灌溉器具的使用，加強對農(nóng)民節(jié)水灌溉意識的宣傳和培養(yǎng)，引導(dǎo)其認(rèn)識到節(jié)水灌溉在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收、農(nóng)民經(jīng)濟(jì)水平提升等方面的重要作用。

5.3 完善管理法律法規(guī)

政府主管部門應(yīng)加強各職能部門間的配合協(xié)作，在做好群眾動員的基礎(chǔ)上加強溝通交流，促進(jìn)相關(guān)管理條例的制定，完善法律法規(guī)，明確責(zé)任主體，有效避免農(nóng)田水利工程管理中遇到的多頭管理、權(quán)責(zé)不清等問題。

5.4 加強技術(shù)研發(fā)推廣

為有效推動小型農(nóng)田水利工程的順利實施和進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)對農(nóng)田灌溉技術(shù)進(jìn)行深入研究和試點建設(shè)，在全面分析梳理我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況的基礎(chǔ)上，加強對國外先進(jìn)灌溉技術(shù)的研究和引進(jìn)，制定研究鼓勵措施，對富有成效的節(jié)水灌溉技術(shù)增設(shè)獎勵措施，促進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的全面推廣和有效應(yīng)用。

5.5 加強對管理人員的培訓(xùn)

管理者的管理水平和能力對于農(nóng)田水利工程的作用效果有最直接的影響，農(nóng)田水利工程的管理者不僅需要具備實際工程的操作能力，還應(yīng)具備提前發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。因此，要加強對農(nóng)田水利工程管理者的培訓(xùn)力度，增強其能力水平和責(zé)任意識，充分發(fā)揮田間灌溉中的管理作用。同時，還應(yīng)做好專業(yè)技能操作和突發(fā)狀況的應(yīng)急處置能力培訓(xùn)，暢通意見反饋渠道，讓管理人員能夠把管理過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時反饋，對遇到的難題和棘手問題也能及時進(jìn)行咨詢溝通，從而解決工程實施中遇到的多變復(fù)雜的問題。

5.6 完善農(nóng)田水利工程監(jiān)督管理體系

小型農(nóng)田水利工程的有效實施，需要建立完善的監(jiān)督機制，設(shè)置完備的監(jiān)督管理體系。用好“抽調(diào)、三方、媒體”“三位一體”的監(jiān)管管理辦法，即從生產(chǎn)隊伍和工程管理隊伍中共同抽調(diào)精干力量組建相應(yīng)監(jiān)督管理團(tuán)隊，加強并引入第三方監(jiān)督管理，借助媒體輿論宣傳形成社會的廣泛監(jiān)督，多個渠道共同發(fā)力，形成監(jiān)督管理的合力，促進(jìn)農(nóng)田水利工程高質(zhì)量發(fā)展。

6 結(jié)語

小型農(nóng)田水利工程是一項長期性和綜合性并存的工程項目，對農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、水資源的合理調(diào)配以及生態(tài)環(huán)境的發(fā)展都具有重要作用，是實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興和農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。應(yīng)全面做好農(nóng)田水利工程標(biāo)準(zhǔn)確立，做好區(qū)域水資源、農(nóng)作物等環(huán)境信息的分析研究，做好農(nóng)田水利灌溉工程的方案制定和實施，提升工程項目管理水平，切實把農(nóng)田水利灌溉技術(shù)對農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展的推動作用落到實處。