貴州省水資源匱乏區(qū)域土地整治項目雨水積蓄利用研究

摘 要：土地整治項目的實施對保住耕地數(shù)量、提高耕地質(zhì)量具有極其重要的意義。土地整治項目中最關(guān)鍵的工程是項目區(qū)內(nèi)的水源工程，因為水資源直接決定著耕地質(zhì)量提升的潛力。貴州省氣候溫暖濕潤，年平均氣溫15 ℃，年降水量1 000～1 400 mm，但降水時空分布不均，地勢較高區(qū)域遇干旱時農(nóng)作物顆粒無收的情況時有發(fā)生?；诖耍再F州省水資源匱乏區(qū)域某土地整治項目為例，根據(jù)項目區(qū)農(nóng)作物的種植面積及不同時段的供需水量情況，得出不同時段供需水量的差值，并以該差值作為依據(jù)進行項目區(qū)蓄水池設(shè)計。項目驗收后，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，項目區(qū)設(shè)計建設(shè)的蓄水池數(shù)量基本能滿足當?shù)鼐徑夂登榈男枰?/p>

關(guān)鍵詞：土地整治；供水量；需水量；蓄水池

中圖分類號：S277.7 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909-（2023）13-131-3

0 引言

貴州省地形以高原、山地為主，高原、山地約占全省總面積的87%，丘陵占10%，盆地、河流階地和河谷平原僅占3%，素有“天無三日晴、地無三尺平”之稱。貴州省部分區(qū)域季節(jié)性缺水問題十分突出，當?shù)胤N植戶常因季節(jié)性缺水無法種植農(nóng)作物或種植后顆粒無收。為有效緩解旱情，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成效，筆者以貴州省某水資源匱乏區(qū)域的土地整治項目為例，對雨水積蓄利用進行研究。

項目區(qū)地形以高山、低谷、小壩子為主，年平均氣溫15.0 ℃，最高氣溫38.7 ℃，最低氣溫-4.0 ℃，年無霜期276 d，年日照時間1 287 h，多年平均降水量1 300 mm。項目區(qū)微地貌類型屬山地地貌，地形坡度大部分在0°～20°，海拔在1 080～1 261 m；區(qū)內(nèi)耕地類型全部為旱地，土層厚度約65 cm，土壤質(zhì)地較好，土壤pH值在5.8～6.5，土壤全氮、有機質(zhì)含量較高，速效磷、鉀含量偏低。項目區(qū)土壤以黃壤為主，主要種植農(nóng)作物為玉米、蔬菜等。項目區(qū)內(nèi)地勢較高區(qū)域無灌溉水源。為滿足項目區(qū)內(nèi)季節(jié)性缺水時農(nóng)作物的灌溉需要，雨水積蓄利用工程的設(shè)計必不可少。

1 項目基本情況

項目建設(shè)規(guī)模為30.402 8 hm2。此土地整治項目的主要工作為開發(fā)其他草地（荒草地）和將旱地改造為水田。項目實施后，項目區(qū)水田面積為22.772 0 hm2，旱地面積為0.722 7 hm2。

2 項目區(qū)內(nèi)水源利用情況

項目區(qū)內(nèi)無蓄水山塘，利用的主要為項目區(qū)內(nèi)的4個泉眼，零散分布于項目區(qū)內(nèi)的西北面地勢高處，均可采用渠道或管道將水引至項目區(qū)內(nèi)進行灌溉。因這4個水源點的流量較小且無資料可查，項目組邀請該縣相關(guān)部門專家和當?shù)卮迕駞⒓铀袋c流量調(diào)查。調(diào)查時，先用皮尺測量估算水源點出水口斷面面積，再用秒表和浮標測算水源點流速，測量結(jié)果得到了一致認可。水源點各月供水量情況如表1所示。由表1可知，項目區(qū)內(nèi)4個水源年可供水量約為20.91萬m3。

3 項目區(qū)蓄水量分析

3.1 農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)

項目實施后，水田區(qū)域主要種植水稻，種植面積為22.772 0 hm2；旱地區(qū)域主要種植玉米，種植面積為0.722 7 hm2。

3.2 灌溉設(shè)計保證率確定

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50288—2018），結(jié)合項目區(qū)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、氣候條件、灌水方法及經(jīng)濟效益等實際情況，確定項目區(qū)灌溉設(shè)計保證率［1］。項目區(qū)屬于亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，多年平均降水量為1 300 mm，項目實施后地類以耕地為主，擬確定灌溉設(shè)計保證率為80%。

3.3 農(nóng)作物灌溉制度

根據(jù)《高標準基本農(nóng)田建設(shè)標準》（TD/T 1033—2012）、《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50288—2018）、《貴州省行業(yè)用水定額第一部分：農(nóng)業(yè)灌溉用水定額分冊 》（DB52/T 725.1—2018）及《雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50596—2010）等技術(shù)資料［2］，結(jié)合項目區(qū)水資源狀況及水源工程設(shè)施條件，灌溉設(shè)計保證率取80%，采用非充分灌溉定額，根據(jù)相關(guān)部門提供的資料最終確定各農(nóng)作物灌水定額如表2和表3所示。

3.4 項目實施后需水量預測

綜合上文分析，項目區(qū)4—9月（農(nóng)作物生長期）各月的需水量如表4所示。

4 項目區(qū)供需水量平衡分析

根據(jù)前述的供需水量分析，在不考慮降雨量的前提下，該項目供需水量統(tǒng)計如表5所示。

由表5可知，在不考慮降雨的情況下，項目區(qū)4—9月（農(nóng)作物生長時期），可供水量總體上仍然大于需水量，但是5月項目區(qū)需水量為45 324.39 m3，可供水量為45 073.03 m3，供需水差值為251.36 m3。也就是說，在5月份，項目區(qū)供需水量存在一定差值，地勢低洼區(qū)域可以不用考慮灌水問題，但地勢較高區(qū)域需要通過人工積蓄利用雨水來解決供需水量缺口問題。

5 水源工程設(shè)計

5.1 蓄水池設(shè)計容量計算

該項目的水源工程主要為新建蓄水池工程。根據(jù)現(xiàn)場踏勘，征求當?shù)卮迕窈椭鞴懿块T的意見，項目區(qū)需要修建一定數(shù)量的水池才能滿足農(nóng)作物關(guān)鍵時期的用水需求。

集雨灌溉區(qū)主要通過布置攔山溝、引水渠和蓄水池等方式進行集水灌溉。蓄水池數(shù)量根據(jù)集雨灌溉區(qū)需水量確定，具體按以下公式計算

V=（k×W）/（1-a） （1）

式（1）中：V表示蓄水容積（m3）；W表示集雨灌溉區(qū)需水量，根據(jù)需水量預測，集雨灌溉區(qū)需水量為251.36 m3；a表示蓄水工程蒸發(fā)、滲漏損失系數(shù)，根據(jù)《雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50596—2010），取0.05～0.10，該設(shè)計中取0.10［3］；k表示容積系數(shù)，根據(jù)《雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50596—2010），實際集流面積較大的條件下旱作大田灌溉供水工程取0.53～0.60，該設(shè)計中取0.53［4］。

根據(jù)式（1）計算結(jié)果，結(jié)合當?shù)丶旯喔冉?jīng)驗，同時考慮蓄水池服務半徑、集水面積、集水量等因素，項目區(qū)內(nèi)水源工程的設(shè)計容量至少為148.02 m3。

5.2 最小集雨面積計算

項目區(qū)主要為水源點供水，采用長藤結(jié)瓜的布置方式，將蓄水池布置在灌溉渠一側(cè)，并使其相連，位置選擇在匯水面的下游并結(jié)合道路布置，以方便集雨和后期管理。

根據(jù)《雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50596—2010），用于農(nóng)業(yè)灌溉工程的集水量按以下公式計算

式（2）中：i表示第i個年份（i=1，2，…，n）；W表示集水量（m3）；S表示集流面面積（m3）；pp表示保證率為p時的年降水量，p=75%時年降水量為1 012.50 mm；K表示年集流效率，《雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50596—2010）規(guī)定年降水量1 000～1 500 mm地區(qū)，自然土坡（林草地）年集流效率取0.20～0.45，項目區(qū)主要為耕地和林地，因此K取0.30［5］；根據(jù)項目工程規(guī)劃布局，在項目區(qū)內(nèi)擬設(shè)計水池的容量為30 m3，按公式（2）進行計算，單個蓄水池的最小集流面面積為121.36 m2。項目區(qū)內(nèi)單個蓄水池最小集雨面積為450.22 m2，滿足上述要求。

5.3 蓄水池個數(shù)及大小確定

根據(jù)當?shù)剞r(nóng)業(yè)農(nóng)村部門經(jīng)驗，項目區(qū)內(nèi)年復蓄次數(shù)為兩三次，故項目區(qū)內(nèi)最小需水量為147.49 m3。此次規(guī)劃按設(shè)計單個集雨水池容積為30 m3，則至少需要修建5座集雨水池。因此，根據(jù)項目區(qū)的實際情況，在征求當?shù)鼐用竦囊庖姾?，擬在地勢較高區(qū)域規(guī)劃8座蓄水池用于蓄水，以解決干旱期補充灌水問題，并規(guī)劃生產(chǎn)路或田間道邊溝與蓄水池相連，用于項目區(qū)灌溉和排水。根據(jù)項目區(qū)的實際情況，蓄水池布置在泉眼水無法灌溉的區(qū)域。

5.4 蓄水池工程設(shè)計

每座蓄水池設(shè)計蓄水量為30 m3，確定蓄水池為圓形，半徑2.00 m、深2.50 m，邊墻厚20 cm，為C30混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，池底厚30 cm（為20 cm厚碎石墊層及10 cm厚C30砼底板）；四周邊墻采用M10水泥砂漿抹面。池內(nèi)設(shè)梯步，長0.50 m、寬0.36 m，梯步深0.30 m，為M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)。池頂四周設(shè)M7.5漿砌磚圍欄，高1.00 m。池前設(shè)沉沙池，沉沙池為正方形，邊長1.00 m、深1.00 m，邊墻為M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，厚0.20 m，底板為5 cm厚C30砼現(xiàn)澆、10 cm厚碎石墊層。中間設(shè)連接溝，溝寬0.30 m、深0.30 m、長1.00 m。

6 結(jié)論

筆者從項目區(qū)內(nèi)尋找固定水源開始著手，分析了項目區(qū)農(nóng)作物的種植面積及不同時段的供需水量情況，得出不同時段供需水量的差值，以該差值作為蓄水池設(shè)計的依據(jù)，在一定程度上節(jié)約了建設(shè)資金。項目驗收后，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，項目區(qū)設(shè)計建設(shè)的蓄水池數(shù)量基本能滿足當?shù)鼐徑夂登榈男枰?/p>

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作者簡介：楊維彬（1981—），男，本科，高級工程師，研究方向：土地資源規(guī)劃及管理、測繪。