桑干河灌區末級渠系配套工程設計探析

胡志東

（朔州市桑干河水利管理局，山西 朔州 036001）

水資源短缺是制約我國農業產值增長的主要因素之一。為解決我國農業用水緊張的現狀，緩解農業需水壓力，節水灌溉設施已逐漸應用于農業生產中。末級渠系配套工程中，通過管道的鋪設，以減少渠系水源蒸發，提高農田水利用系數，是促進農業發展，節約農業用水的重要途徑。

1 工程概況

工程位于朔州市桑干河灌區，灌區內的應縣為全國商品糧生產基地、山陰縣為全省奶牛業發展基地，農作物主要有玉米（占50%），經濟作物有甜菜、油料、葵花等（占40%），其他糧食作物（占10%）。項目區包含2縣4個鄉鎮，項目區主要經濟情況見表1。

灌區開發以來，對當地農業生產發揮了重大作用，但經過多年的運行，渠道淤塞，建筑物老化、退化、毀壞，漏水嚴重，管理設施落后，灌溉水有效利用率降低，嚴重影響了灌區效益的正常發揮，制約了當地經濟的發展。實施續建配套與節水改造工程，是提高灌區效益的必要途徑。

表1 項目區社會經濟情況表

2 項目區水資源平衡分析

2.1 供水量計算

根據山西省水利廳批復桑干河灌區近年來節水續建配套和首都水資源項目的設計方案，桑干河灌區灌溉面積采用統一灌溉制度，灌區作物播前及全生育期內綜合灌溉凈定額2 025 m3/hm2。灌區上游控制性水源的水庫天然徑流（1968—2014年）多年平均2.29億m3，50%的設計水平年為2.29億m3，考慮上游工農業規劃用水后水庫的設計入庫水量見表2。

表2 水庫設計入庫水量表 單位：萬m3

2.2 需水量分析

根據桑干河灌區近年來節水續建配套和首都水資源項目的設計方案，項目規劃末級渠系灌溉面積1.2萬hm2，全部在桑干河灌區有效灌溉面積區域內，設計為U型渠輸水灌溉，凈灌溉定額為2 025.45 m3/hm2，灌溉水利用系數為0.56，年需水量4 339.29萬m3。

2.3 水資源平衡分析

本次設計擬規劃末級渠系灌溉面積1.2萬hm2，全部在桑干河灌區的有效灌溉范圍內，均設計為U型渠輸水。按照桑干河灌區近年來節水續建配套和首都水資源項目的設計方案，灌溉定額為2 025 m3/hm2，灌溉水利用系數為0.585。經復核計算，本次項目渠灌制度采用桑干河灌區統一灌溉制度，凈灌水率及凈灌溉定額不變，灌溉水利用系數由0.56提高到0.61，年需水量3 983.61萬m3。

永定河流域給桑干河灌區1.82萬hm2有效灌溉面積的年分配水量為6 078萬m3。本次項目區規劃分配水量為3 983.61萬m3。

3 工程設計

本次規劃擬對桑干河1.2萬hm2灌區內，急需配套改造的斗農渠進行改造。其中，防滲配套斗渠175條，256.5 km；農渠231.53 km。

3.1 設計灌水定額計算

3.1.1 灌區作物組成

目前灌區的作物組成是玉米、經濟作物和其他作物，其中經濟作物主要包括甜菜、油料等，其它作物包括谷黍、土豆等。根據灌區糧食及經濟作物發展規劃，此次設計對作物的種植比例做適當的調整，并根據灌區試驗資料和調查資料確定各種作物生長期內的總耗水量。灌區作物需水量成果見下表3。

表3 灌區作物需水量表

3.1.2 作物生長期有效降水計算

作物生長期有效降水量計算公式：

式中：P——日有效降水，mm；

P0——日降水量，mm；

σ——降水有效利用系數，當日降水小于3 mm時，σ取0，否則，取0.85。

計算結果見表4。

表4 灌區年降水量頻率計算成果表

3.1.3 灌溉凈定額計算

采用水量平衡方程式估算灌溉定額，計算公式為：

式中：M——作物生長期灌溉用水量，m3/hm2；

ET——作物需水量，m3/hm2；

P0——生長期有效降水量，m3/hm2；

W土——前期土壤水可利用量，m3/hm2。

計算結果見表5。

表5 灌區灌溉定額計算表 單位：m3/hm2

3.2 設計灌水周期及工作時間

由于本地區降水量少，特別是冬春季節雨量更少，絕大部分土地播前墑情不足，不能保證適時下種，所以冬春匯是本地區一次保墑的關鍵水。它既可以充分利用秋后和春季較多的水量灌溉，將水暫時儲蓄在土壤中，便于春季適時下種，促進作物的發芽生長，又能洗鹽壓堿。因此，按照原雁北地區“灌溉制度”，編制時春秋匯另列一項，未計入作物生長期的灌溉用水量內。本次設計在桑干河灌區的1.2萬hm2有效耕地中，安排春匯灌溉面積為總面積的55%，凈灌水定額確定為900 m3/hm2，秋匯占45%，凈灌水定額為900 m3/hm2。

根據當地歷年灌溉實際調查，結合“雁北灌溉制度”，初步擬訂，一般生長期內玉米1～2次、經濟作物1次、其他1次。據此和理論計算凈灌溉定額分析，并考慮灌溉的不均勻性，降水的不均勻性，設計灌溉制度結果見表6。

表6 桑干河灌區P=50%作物灌溉制度表

3.3 渠道設計布置

桑干河灌區現有五級（總干、干、支、斗、農）固定灌排渠道，總干、干、支三級渠道系統基本健全，斗、農兩級配套情況較差，因此本次設計針對典型田塊的渠系狀況，配套部分斗農渠及斗農退水溝。田面工程配套后，均為斗、農兩級固定渠系。各級渠系統盡量利用原有渠道，盡可能同級渠道相互平行，上下級渠道相互垂直，渠道長度和間距滿足機耕和方便排灌要求。

桑干河灌區最末一級固定渠道為農渠，其間距一般為200～300 m，基本符合園田化建設要求，但由于農渠均較長，遠遠超過園田化標準，因此本次設計在農渠布局的基礎上，加布毛渠構成園田化建設基本單元。毛渠間距由灌水畦長度控制。田面工程配套后，畦長一般在75 m左右，畦寬在3 m。具體指標見表7。

表7 田面工程配套指標表

3.4 渠道尺寸及設計流量確定

渠道類型尺寸、建筑物設計參照2011年6月山西省水利廳下發的《山西省小型U型渠道防滲工程標準圖集》。經調查灌區內斗渠比降1/700～1/1500，流量0.334～0.488 m3/s，斗渠采用C 20混凝土D 80 U型渠。農渠比降1/700～1/1500，流量0.135～0.197 m3/s，農渠采用C 20混凝土D 60 U型渠，均能滿足灌溉需求。

4 結語

桑干河灌區末級渠系配套工程設計工作嚴格按照規范要求，根據當地不同作物，通過水資源平衡分析，結合灌溉定額，制定了合理的灌溉制度，以保證灌溉用水的高效利用。項目實施過程中，建設單位與監理單位應切實負責，保證項目按質、按量、按時完成，以解決灌區用水問題。設計方案的研究，可為末級渠系配套工程的設計，提供一定的借鑒與參考。