黑龍江省六三農場抗旱排澇的治理方法

高　磊

一、 農業(yè)發(fā)展的制約因素和治理的必要性

1.農業(yè)發(fā)展的制約因素

⑴農場部分水利工程設施年久失修,已無法利用。灌區(qū)工程也由于多年的運行使用和維護管理不善,年久失修,造成了部分工程的損壞和無法使用,灌排系統(tǒng)不暢通,存在水資源跑冒浪費現(xiàn)象,水田生產環(huán)境日趨惡化。

⑵農場降水集中且多暴雨,地形低洼易澇,排水不暢,使水田成澇受損,輕者作物減產20-30%,重者50%以上。

2.治理的必要性

⑴由于農場內大多為老水田,引排水渠道淤積,灌溉、排水不暢,且年久失修,渠道破損嚴重,目前,因低洼易澇,池內高低差大,單產較低,只有正常地塊單產的7-8成。如果加強對原有老水田的改造,不僅能使糧食單產明顯增加,又能增強抗御自然災害的能力。更能有效地提高經濟效益和社會效益,因此,不論從當前利益,還是長遠利益來看都是非常必要的。

⑵項目的建設是開發(fā)節(jié)約利用水資源發(fā)展的需要。一方面是由于現(xiàn)有水利工程的不配套,對現(xiàn)有水資源的開發(fā)利用程度低,水資源利用率僅達到供水能力的49%,浪費水資源的現(xiàn)象十分普遍;另一方面是未來灌區(qū)的農業(yè)生產必須實施節(jié)水灌溉,因為我國每年農業(yè)生產的總用水量為5000億m³,其中農業(yè)用水量約占80%,隨著區(qū)域經濟的發(fā)展,工業(yè)用水、城市供水和農業(yè)用水間的矛盾勢必加劇,農業(yè)用水面臨日益嚴峻的挑戰(zhàn)。而隨著國民經濟的發(fā)展,勢必要削減農業(yè)用水的比例。預計到2010年,我國農業(yè)用水比例將從73%減少到64%左右。因此,發(fā)展節(jié)水農業(yè),一是為了農業(yè)持續(xù)發(fā)展的自身需要,二是可以省出更多的水量支持工業(yè)和城市化的發(fā)展。這也是世界各國在用水量上重新分配的一個必然趨勢。

該農場主要以發(fā)展水稻節(jié)水灌溉為重點,進行分區(qū)管理,分區(qū)灌溉,農場用水量主要以水稻節(jié)水灌溉用水需求為依據(jù),合理開采地下水資源,據(jù)本地水稻節(jié)水灌溉定額,每畝灌溉年用水量為450立方米,井灌區(qū)渠系水利用系數(shù)為0.9,項目區(qū)畝毛用水量為500立方米,則項目區(qū)用水總量為350萬立方米。

項目區(qū)水資源可利用量(Q可用)

①小區(qū)地下水可開采量Q1=SP

式中:S-開采面積(10平方公里)

P-開采模數(shù)(41.39)

Q1=SP=10×41.39=413.9萬立方米。

②地下水補給量計算Q補 =SP

式中:S-小區(qū)面積(平方公里)

P-地下水補給模數(shù)(取44.93)

Q補 =SP=10×44.93=449.3萬立方米。

可見小區(qū)地下水補給量超過了可開采量,完全可以滿足地下水開采的需要。

③項目區(qū)多年平均降水量為550毫米,農作物生長期降水量占全年的80.7%。按20%可利用率計算,地表徑流年可利用量為Q2=82萬立方米。

3.水資源供求平衡

項目區(qū)用水總量為Q用總=350萬立方米。

項目區(qū)供水總量為Q可用= Q1+ Q2=350+82=432萬立方米。

由此可見,供水量遠遠大于需水量,灌溉用水完全可以保證。

二、治理方法

1.治理標準

(1)農田排水標準,采用五年一遇一日暴雨三日排除,建筑物按十年一遇設計;

(2)坡水標準,灌區(qū)北部邊緣有部分坡水匯入農場,但考慮匯水面積均為耕地,故按農田排水標準處理;

(3)堤防工程標準,按十年一遇洪水設計;

(4)灌溉保證率,本次治理按80%計算。

2.灌溉治理

根據(jù)省農業(yè)開發(fā)辦編《農田水利工程選集》和農業(yè)開發(fā)田間配套規(guī)劃措施,水田毛灌溉定額每畝450～750立方米。水田毛灌水率0.9～1.2立方米/秒/萬畝,渠系有效利用體系數(shù)為0.7。根據(jù)灌區(qū)土壤的滲漏強、中、弱三個檔次,根據(jù)實際情況,擬定灌溉制度。

(1)降雨資料分析

①設計生育期降雨量

本灌區(qū)有多年的實測降雨資料,利用原有的分析成果,本次規(guī)劃不做重新計算,分析成果如下:

在水稻生育期的5月11日至9月5日間進行頻率計算,經電子計算機頻率計算和適線分析,設計降雨量為

XP=80%=380mm

在水稻泡田期的5月11日至5月25日間設計降雨量為

P1=27.5 mm

②生育期內降雨量分配

從項目區(qū)歷年實測降雨資料中,選擇接近設計灌溉期降雨量的年份為典型年,本次設計選擇1982年為典型年,

③有效降雨量計算

水稻生育期有效降雨量有下式計算:

PO=σp

式中:PO—各階段有效降雨量(㎜)

p—各階段設計降雨量(㎜)

σ—降雨有效利用系數(shù),

由上式計算各生育期有效降雨量。

(2)水稻需水量分析

水稻需水量是影響確定灌溉用水量的基本要素。水稻需水量采用a值法計算。

E=aEO

式中:E---水稻需水量(毫米)

EO---同時期內水面蒸發(fā)量(毫米)

a---由試驗確定的系數(shù)

(3)滲漏量分析

水田滲漏量來源于灌區(qū)滲漏觀測資料,滲漏量與土壤質地有關。

由于灌區(qū)土壤大都比較粘重,屬于粘壤土類,并拌有次生鹽咸化情況。故在本灌區(qū)設計中,田間滲漏量取為2.5毫升/天,其滲漏速度為:2.5×667×15/1000=25米3/公頃/天。

(4)水稻設計灌溉水層的確定

水稻設計灌溉水層不僅是為了滿足水稻需水要求,而且也是為了調節(jié)水土溫度,控制田間小氣候的重要手段,通過改變淹灌水層厚度及落干烤田,可促進水稻生長,抑制無效分蘗。因此,適宜水層必須根據(jù)水稻生長情況,需水要求,并結合耕作等其它農業(yè)措施加以分析確定。本次設計主要采用泥南灌區(qū)灌溉站試驗資料,同時也結合當?shù)剞r民的灌水經驗,設計中采用淺曬淺濕的灌水技術。

(5)灌溉定額的計算:

水稻灌溉分兩個階段,即泡田階段和生育灌溉階段,灌溉定額按兩個階段的灌水要求分別計算。

A、泡田定額的計算:

M=a1+s1t1+e1t1+p1

式中:a1——插秧水層深(mm)

s1——泡田滲漏量(mm)

t1——泡田日期

e1——泡田水田蒸發(fā)量(mm/d)

p1——泡田期降雨量(mm)。

B、生育期灌溉定額的計算

水稻生育期灌水定額的計算,采用下列水量平衡方程計算:

h2=h1+p+m-E-c

式中:h1—時段初田面水層深度(mm )

h2—時段末田面水層深度(mm)

P—時段內降雨量(mm)

C—時段內排水量(mm)

m—時段內灌水量(mm)

E—時段內田間耗水量,包括田間滲漏量和田埂滲漏量。

灌水率計算公式如下:

q=M/86400T

式中:M—灌水定額m³/公頃;

T—灌水延續(xù)時間(天);

86400—自流灌區(qū)水每天以24小時計每天的總秒數(shù)。

由上表可計算灌區(qū)的灌溉定額為805.8mm/畝×0.7=537.5m³/畝。根據(jù)全省各地井灌節(jié)水灌溉經驗,一般為450米3/畝,較為符合節(jié)水型灌溉的需要。考慮到該灌區(qū)地下水位較淺,多年種植水稻,已形成了土壤隔離層,水田滲透量較小,故將本灌區(qū)灌溉定額調整為450米3/畝÷0.9=500米3/畝,設計灌水率為q=0.0009m³/s/公頃,此兩項指標用以確定灌區(qū)規(guī)模和推求灌溉渠道流量。

3.排水治理

項目區(qū)內排水主要由灌區(qū)內的1條排水干溝控制,因此,本小區(qū)的排水需與灌區(qū)排水相一致,以滿足灌區(qū)排水干溝的排水能力。由于本項目區(qū)內全部規(guī)劃為水田,所以本次排水模數(shù)設計只對水田排水模數(shù)進行分析,不對旱田和坡水排水模數(shù)進行分析。本小區(qū)規(guī)劃設計排水標準為十年一遇,三日暴雨五日排出。

水田排水模數(shù)的確定,根據(jù)省農業(yè)開發(fā)辦編《農田水利工程選集》,水田最大排水模數(shù)設計,假定排水臨界期稻田平均正常水層為30mm,最高平均允許水層為50mm,超出此限的水量一律在5天排出,考慮稻田蓄水量在兩天內其水深不超過秧頂?shù)目節(jié)骋蟆?/p>

(1)灌水渠系規(guī)劃布置

用水渠系的布置,除個別部分按干、支、斗、農四級布置外,絕大部分都按干、支(斗)、農渠平行于等高線布置(詳見項目區(qū)規(guī)劃圖)。

(2)灌水渠系水位推求

用水渠系水位推求的方法是由田面較難控制的地面參考點開始,沿各級渠系,自下而上,逐級推算。但水庫堤壩死水位一定,所以還必須結合自上而下的推求。采用如下公式推算:

H=A0+h+ΣLi+Σ∮

式中:A0—渠道所控制面積內地面參考點高程(m)

h—所選參考點處灌溉面積上的灌水深度,不小于0.1米;

L—各級渠道長度;

I—各級渠道比降;

∮—水位通過渠系建筑物的水頭損失(m).

在水位推求中,新建筑構造物按本表取值。

根據(jù)灌區(qū)規(guī)劃的特點和渠系布置方式,確定渠道的工作制度為:干支(斗)渠實行續(xù)灌,支(斗)渠以下農渠實行分組;輪灌。每條支(斗)渠控制的農渠分為兩個輪灌組。按如下公式由田間開始,由下至上推求。

①農渠流量推求

Q凈支田=W支q凈

Q凈支田= Q凈支田/nR

Q凈農 =Q凈農田/ n田

Q毛,農=Q凈,農+S農L農

②支(斗)渠流量推求

Q毛,支=Q凈,支+S支L支

=KQ毛,農+S支L支

③干渠流量推求

即由干渠最末一條支(斗)渠開始,考慮干渠各段的水量按弱透水性,逐段向渠道推算。

(4)灌溉水利用系數(shù)

根據(jù)渠系流量推求成果計算各種渠道灌水利用系數(shù)如下:

n農=0.99n斗=0.95 n系=0.94

渠系灌溉水利用系數(shù):

n水=n系n田=0.94×0.96=0.9

(5)渠系縱橫斷面設計

①渠道在平面上要求轉彎半徑大于5倍水面寬度。同時要求有足夠的輸入能力和較為經濟的斷面,采用如下公式計算:

Q=WC√ Ri

式中:Q——渠道設計流量(m³/S)

W——渠道過水斷面面積(m²)

R——渠道過水斷面水利半徑(米)

i——水利比降

C——謝材系數(shù),取C=R/n

n——渠床糙率,n=0.025

②渠道縱斷面設計

各級渠道的糙率n、邊坡系數(shù)m、超高△h、堤頂寬d等。

(5)排水溝流量計算

排水溝按五年一遇標準設計,現(xiàn)有各支溝要加深加寬,整形達標,田間工程做到全部配套到位。

各級溝道排水流量按下式計算:

Q=qF

式中:Q—設計流量(立方米/秒);

q—排水模數(shù)(立方米/秒);

F—匯流面積(平方公里);

(6)排水高程推求

排水高程推求采用公式:

A=H+Li+Σ∮+h

式中:A—水可以順利排除的地面高程;

H—上級渠道的排水水位;

L—排水渠道的計算長度;

I—排水渠道的比降。

Σ∮--過渠系建筑物的水頭損失;

h—農、毛溝及田間水頭損失水拉。

各級排水溝道比降,按要求采用下列范圍。

干溝:1/4000—1/6000

支溝:1/3000—1/5000

斗溝:1/2500—1/3000

⑶排水溝斷面設計

采用明渠均勻流公式計算:

Q=WC√Ri

(作者單位:黑龍江省工程技術經濟咨詢事務所)