吉木薩爾縣高效節(jié)水建設(shè)項(xiàng)目淺析

趙 華

(新疆昌吉方匯水電設(shè)計(jì)有限公司，新疆 昌吉 831100)

1 項(xiàng)目區(qū)概況

吉木薩爾縣行政隸屬昌吉回族自治州，地處亞歐大陸腹地，是古代“絲綢之路”新北道通往歐亞諸國的必經(jīng)之路。行政區(qū)地理位置E88°30′～89°30′，N43°30′～45°30′，呈南北向帶狀分布?？h域東西寬60km，南北長214km，總面積8117km2，占昌吉州總面積的10.47%。吉木薩爾縣城至烏魯木齊市171km，G216國道和S303省道貫穿縣境，交通便利，地理位置優(yōu)越。吉木薩爾縣下轄6鎮(zhèn)3鄉(xiāng)(吉木薩爾鎮(zhèn)、北庭鎮(zhèn)、二工鎮(zhèn)、三臺(tái)鎮(zhèn)、老臺(tái)鄉(xiāng)、慶陽湖鄉(xiāng)、大有鎮(zhèn)、新地鄉(xiāng)、泉子街鎮(zhèn))，11個(gè)社區(qū)、57個(gè)行政村，境內(nèi)駐有兵團(tuán)農(nóng)六師107團(tuán)和紅旗農(nóng)場。本次實(shí)施項(xiàng)目區(qū)位于吉木薩爾縣二工鎮(zhèn)六戶地村、上溝村、下六戶村，距離吉木薩爾縣城15km。

2 現(xiàn)狀問題

項(xiàng)目區(qū)屬資源性缺水和工程性缺水并存的區(qū)域，隨著流域以及地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對水的需求量逐年增加，流域水資源供需矛盾將日漸突出。項(xiàng)目區(qū)目前存在的主要問題：現(xiàn)狀地塊面積小，以戶為界，大小不一；雜小地塊坡度不一，種植方向不一，不利于標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?jīng)營和管理；田間節(jié)水灌溉投入不足，農(nóng)民用水節(jié)水意識(shí)不足，嚴(yán)重影響了灌區(qū)正常的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。

3 工程任務(wù)和規(guī)模

工程任務(wù)為建成高效節(jié)水農(nóng)田面積合計(jì)401hm2。其中，六戶地村167hm2、上溝村57hm2、下六戶村178hm2。

本次吉木薩爾縣2021年二工鎮(zhèn)高效節(jié)水農(nóng)田建設(shè)總面積401hm2，依據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》[1](SL 252-2017)和《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50288-2018)，工程規(guī)模為小(1)型工程，工程等別為IV等，主要建筑物為4級，次要建筑物為5級[2]。

建設(shè)內(nèi)容為改造滴灌面積401hm2。水源采用地下水，依據(jù)工程總體布局，配套首部過濾器及施肥罐，滴灌系統(tǒng)共劃分為10個(gè)井水加壓滴灌系統(tǒng)；重建井房10座；配套過濾器10套、施肥罐10套(其中下六戶地村系統(tǒng)五、六戶地村系統(tǒng)三，配備水肥一體化設(shè)備)。

表1 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容統(tǒng)計(jì)表

4 灌溉工程布置

4.1 灌溉方式的選擇

灌溉方式的選取一般有常規(guī)地面灌、噴灌、滴灌、低壓管道灌等幾種方式，不同模式適用的環(huán)境和對象不同，本項(xiàng)目任務(wù)是建設(shè)高效節(jié)水農(nóng)田，并配套灌溉系統(tǒng)，提高水資源利用率，提高灌溉保證率，保證農(nóng)作物的灌溉用水。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)水源條件、水資源管理政策、工程投資、后期運(yùn)行管理投入、地形地貌、土壤條件、作物的種植模式、生產(chǎn)技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求、灌溉技術(shù)的可靠性、灌溉材料設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性等多方面考慮，滴灌是最適宜的灌溉模式，其原因是灌水均勻、控制性好(包括控制灌水深度，范圍及灌水量等)，節(jié)水效益顯著。因此具有明顯的省水、省肥、省藥、省工、增產(chǎn)、增效的特點(diǎn)。根據(jù)新疆近幾年的滴灌推廣經(jīng)驗(yàn)，與常規(guī)地面灌溉相比，滴灌可大幅度節(jié)水，并減少田間滲漏水，作物增產(chǎn)20%以上；作物生長期內(nèi)無需機(jī)力進(jìn)行中耕、施肥及打藥等，節(jié)省勞力50%以上。

4.2 管材比選

目前常用的管材有玻璃鋼管、高密度聚乙烯(HDPE)管、硬聚氯乙烯(PVC-M)管、聚乙烯管(PE管)，各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面從施工進(jìn)度、使用壽命、管材運(yùn)輸、防腐性能、承受內(nèi)壓、抗震及斷裂韌性等方面進(jìn)行比選分析，具體詳見表2。

表2 各類管材比較表

項(xiàng)目區(qū)為土地平整后實(shí)施的滴灌，地形起伏不大，對管材韌性要求不高，為節(jié)省投資，結(jié)合工程特點(diǎn)，綜合比較分析后，本次工程干管、分干管管材選用PVC-U管。

4.3 過濾系統(tǒng)形式選擇

目前，滴灌系統(tǒng)采用的過濾形式主要有2種：離心式過濾器加網(wǎng)式過濾器組，全自動(dòng)反沖洗砂石加網(wǎng)式組合過濾器。

離心加篩網(wǎng)式組合過濾器由水泵供水經(jīng)水管切向進(jìn)入罐內(nèi)，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，推動(dòng)泥砂及其它密度較高的固體顆粒向管臂移動(dòng)，形成旋流，促使泥砂進(jìn)入砂石罐，清水則順流進(jìn)入出水口。完成第一級的水砂分離，清水經(jīng)出水口、彎管、三通，進(jìn)入網(wǎng)式過濾器罐內(nèi)，再進(jìn)行后面的過濾。根據(jù)已實(shí)施滴灌工程經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目區(qū)的水源特點(diǎn)，本次節(jié)水灌溉工程水源為井水，采用離心式過濾器加網(wǎng)式過濾器組更加經(jīng)濟(jì)適用。

4.4 灌水器的選擇

滴灌系統(tǒng)的“心臟”就是滴頭，其質(zhì)量和性能決定了滴灌工程的性能和投資。目前滴灌灌水器的主要形式有管上式滴頭和內(nèi)鑲式滴灌管(帶)、圓柱壓力補(bǔ)償式滴灌管3種。管上式滴頭的抗堵性較差，施工安裝較繁瑣，且不能淺埋，必須回收。圓柱壓力補(bǔ)償式滴灌管使水在管內(nèi)形成洶涌的水流，因而抗堵塞性能強(qiáng)，適用于長度較長、起伏較大的地塊。單翼迷宮式滴管帶一次真空整體熱壓成型、紊流態(tài)多口出水，抗堵塞能力強(qiáng)，出水均勻，可達(dá)85%以上，重量輕，安裝管理方便，人工安裝費(fèi)用低。經(jīng)比較單翼迷宮式滴管帶較為經(jīng)濟(jì)，故本項(xiàng)目選擇單翼迷宮式滴管帶，技術(shù)參數(shù)：工作壓力為0.1MPa；毛管直徑為Φ16；滴頭流量為玉米2.1L·h-1；滴頭間距為0.3m。

4.5 管網(wǎng)布置選擇

項(xiàng)目區(qū)以井水為水源，本次設(shè)計(jì)考慮各灌水小區(qū)壓力均衡，井位決定了管網(wǎng)的布置方案。滴灌管道分為干管、分干管、支管、毛管。干管平行于等高線，或與等高線小角度相交，管線方向坡度值小。分干管與等高線大角度相交，管線方向坡度值大。毛管順作物種植方向。

4.6 管理設(shè)施布置方案

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)現(xiàn)有井房均面積較小且年久失修，存在極大的安全隱患，對農(nóng)田管理極為不便。因此，本次將對現(xiàn)有老舊井房進(jìn)行更新改造。

本次重建井房10座，單座建筑面積24m2，磚墻外圍護(hù)加彩鋼頂(藍(lán)色巖棉板夾芯板)，層高2.8m，將首部設(shè)備全部放入井房內(nèi)。

5 效益分析

本項(xiàng)目通過對田間工程建設(shè)，使401hm2農(nóng)業(yè)建設(shè)成為“優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)”的農(nóng)業(yè)；為實(shí)現(xiàn)流域與區(qū)域水資源可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)、合理的技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)；通過高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目的實(shí)施，灌區(qū)綜合毛灌溉定額顯著降低，與現(xiàn)狀年相比，項(xiàng)目實(shí)施后水資源有效利用率有了明顯提高，充分發(fā)揮了灌區(qū)節(jié)水灌溉工程效益。滴灌系統(tǒng)利用施肥裝置后，肥料、農(nóng)藥隨水施入，不僅滿足了作物生長發(fā)育所需要的養(yǎng)分，且提高了肥料、農(nóng)藥的利用率。

5.1 社會(huì)效益分析

實(shí)施高效節(jié)水灌溉工程，不僅使土地能夠得到充分利用，還可使農(nóng)牧民群眾增產(chǎn)增收，初步提高生活水平，有利于人心安定、社會(huì)安定，有利于國家綜合國力的增強(qiáng)，對農(nóng)村種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整起到積極的作用。對改善農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)民節(jié)約用水、保護(hù)水土環(huán)境、樹立可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)都有較大的增強(qiáng)。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

本工程的經(jīng)濟(jì)效益主要包括項(xiàng)目建成后的增產(chǎn)效益及省水、省地、省肥的效益。

5.2.1 增產(chǎn)效益

項(xiàng)目建成后，小麥單產(chǎn)由目前的7500kg·hm-2提高至8625kg·hm-2，增產(chǎn)幅度可達(dá)到15%，玉米單產(chǎn)由目前的9000kg·hm-2提高至10350kg·hm-2，增產(chǎn)幅度可達(dá)到15%，瓜菜單產(chǎn)由目前的5250kg·hm-2提高至6030hg·hm-2，增產(chǎn)幅度可達(dá)到15%，增產(chǎn)效果明顯，水利分?jǐn)傁禂?shù)0.4，共增加效益35.02萬元。

表3 項(xiàng)目實(shí)施前后效益對比表

5.2.2 節(jié)肥效益

滴灌利用施肥裝置后，肥料隨水施入，不僅滿足了作物生長發(fā)育所需要的養(yǎng)分，且提高了肥料的利用率。根據(jù)新疆北疆膜下滴灌管理經(jīng)驗(yàn)，采用膜下滴灌后比常規(guī)灌節(jié)肥434.35元·hm-2，則401hm2滴灌節(jié)肥效益為17.44萬元。

5.2.3 省工效益

由于滴灌系統(tǒng)的機(jī)械化程度高，可以大大降低灌水勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省大量的勞動(dòng)強(qiáng)度。常規(guī)灌溉一般1人只能管理2hm2，滴灌1人可管理4hm2，400hm2可省勞動(dòng)力100人，按人均年收入5307元計(jì)，共節(jié)約費(fèi)用53.07萬元。

5.2.4 節(jié)水效益

通過高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目的逐步實(shí)施，灌區(qū)綜合毛灌溉定額的降低，通過水資源供需平衡分析灌區(qū)每年可節(jié)約水量19.27萬m3，保證了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，推進(jìn)水利及國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，與現(xiàn)狀年相比，項(xiàng)目實(shí)施后地表水資源有效利用率有了明顯提高，充分發(fā)揮了灌區(qū)節(jié)水灌溉工程效益。按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)0.113元·m-3計(jì)算，則工程節(jié)水效益為2.18萬元。該項(xiàng)目實(shí)施后，增加總效益為107.70萬元。

5.3 生態(tài)效益分析

節(jié)水灌溉工程實(shí)施后，使水土資源得到有效的利用和合理的配置，改變了項(xiàng)目區(qū)的田間小氣候，水土流失得到有效的控制，植被覆蓋率大為提高，同時(shí)可以涵養(yǎng)水分，調(diào)節(jié)氣候，凈化空氣，保持生態(tài)平衡，不僅為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造了財(cái)務(wù)財(cái)富，而且創(chuàng)造了穩(wěn)定的社會(huì)環(huán)境和自然生態(tài)環(huán)境。

6 結(jié)論

通過本次高效節(jié)水農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施，配套完善田間滴灌系統(tǒng)，調(diào)整優(yōu)化農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，提高項(xiàng)目區(qū)水資源有效利用率，減少農(nóng)業(yè)用水，改善灌溉條件，落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度，在一定程度上緩解了灌區(qū)供需矛盾，并有利于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，從而減輕農(nóng)民生產(chǎn)性投入支出，促使糧食產(chǎn)量穩(wěn)定增加、品質(zhì)穩(wěn)定提高、農(nóng)民收入增加，達(dá)到農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的目的。