榆林市橫山區農業節水灌溉與經濟效益探析

杜治明

（陜西省榆林市橫山區響惠渠管理處，陜西 榆林 719000）

榆林市橫山區耕地面積87.65 萬畝，現有水地13.29 萬畝，其中國有灌區5 個，分別是定惠渠、雷惠渠、響惠渠、蘆河渠、石灣渠，主要引用無定河水，渠長221.2 km，其中襯砌渠道15 km，襯砌率僅為6.8%，涉及15 個鄉（鎮）、94 個行政村、11 個農林場，受益人口達13.8 萬人。隨著水資源的日益緊缺和農村產業結構調整，橫山區水資源供需矛盾突出，農業粗放式灌溉水資源浪費較大，故本文結合橫山國有灌區基本情況，對灌區水資源供需矛盾與供需平衡進行分析，并對項目建設產生的經濟效益進行評價。

1 灌區水量供需及水質分析

1.1 灌水定額

根據橫山區灌溉面積和種植比例，以及土質、水資源等情況，依據《灌溉與排水工程設計規范》GB50288-99 的有關規定和陜西省項目區分區成果，確定項目區的灌溉設計保證率為75%。

項目區內主要種植作物為玉米、小麥、水稻、蔬菜等經濟作物，其土壤為河道洪水淤積形成的粉砂質土和砂壤土，土層深厚，透水性強。灌水定額根據土壤計劃濕潤層深度、土壤最大含水率和允許最小含水率，按下式計算確定：

式中：m 為灌水定額，m3/畝；H 為計劃濕潤層深度，m；βmax、βmin分別為田間適宜最大、最小含水率，%，分別取田間持水率的95%、65%，砂壤土的田間最大持水率為28%；γ土、γ水分別為土壤容重、水的容重，N/m3，γ土/γ水＝1.4；η 為灌溉水利用系數，現狀水平年η＝0.48，規劃水平年η＝0.75。

根據橫山區豐產灌水經驗，結合項目區實際情況，確定規劃水平年2020 年灌溉制度，計算作物灌水定額，見表1。

表1 高效節水灌溉項目區規劃水平年2020 年灌溉制度

1.2 設計灌水率

1.2.1 初擬灌水率

單位灌溉面積所需要的凈流量、各種作物每次灌水的灌水率q，可由下式求得：

式中：qi為某作物某次灌水的灌水率，m3/s 萬畝；ai為項目區內某作物的種植比例，%；mi為該作物該次灌水定額，m3/畝；T 為允許灌水延續的時間，d；t 為每天灌水時間，d。

各種作物各次灌水的灌水模數見表2。

表2 橫山區高效節水灌溉項目區初擬灌水率表

1.2.2 調整后的灌水率

在不影響作物需水前提下，灌水率按以下原則：盡量不改變農作物關鍵時期的灌水時間和灌水次數；需要移動改變的，以前移為主，前后移動不超過兩至三天；灌水率應均勻，連續，消除短期停水；最小灌水率應大于等于0.4 倍的設計灌水率。調整后的灌水率見表3。

表3 橫山區高效節水灌溉項目區調整后灌水率表

1.2.3 設計灌水率確定

調整后的最大灌水率為0.347 m/（s·萬畝），但其灌水延續天數小于20 天，因此取次大的灌水率值作為設計灌水率，次大的灌水率為0.317 m/（s·萬畝），取q設計=0.32 m/（s·萬畝），由次大灌水率推算出的加大流量，大于由最大灌水率推出的實際最大流量。

1.3 項目區需水量預測

根據《榆林地區實用水文手冊》，無定河典型干旱年（P=75%）年最小徑流量15.9 m3/s，年均徑流量30400 萬m3。根據無定河可供水量和響惠渠、蘆河渠等灌溉用水量，進行水量供需平衡計算得，年均來水量16660 萬m3，年均用水量800.4 萬m3，可見無定河可供水量遠大于該灌區作物灌溉需水量。從河道流量來看，在典型干旱年灌溉季節（5 月～9 月）中，無定河最小月平均流量為15.9 m3/s(6 月)，大于灌溉引水流量10.94 m3/s，滿足灌溉需要。

灌區作物需水量計算根據《橫山區農業區劃報告》關于無淀河沿岸種植業調整規劃，規劃全灌區種植比例為：玉米45%，土豆15%，蔬菜15%，其它作物（西瓜、花生、高粱等）25%。根據《陜西省行業用水定額》（試行），灌區畝灌水定額為50 m3/畝，項目區典型干旱年玉米灌溉定額取200 m3/畝，蔬菜灌溉定額取700 m3/畝，土豆灌溉定額取200 m3/畝。其它作物按照200 m3/畝計算，并充分考慮現狀年以及2020 全省節約用水發展程度和項目區用水需求，根據規劃作物種植比例和作物灌溉定額，得到綜合灌溉定額為275 m3/畝，灌區渠系水利用系數為0.70，旱作灌區田間水利用系數設計值不低于0.92，則項目區灌溉水利用系數為0.64，計算得到凈需水量為603.5萬m3。農作物需水緊張時段為5 月中旬至7 月中旬。規劃在輪灌周期6 天內灌完全部水澆地，渠首引水流量為10.0 m3/s。

1.4 灌溉水質分析

無定河水質良好，經監測數據顯示，除汞含量略偏高，符合灌溉二級水外，其它含量均屬灌溉一級水質標準。

2 高效節水灌溉建設內容

結實實際，提出采用管灌、噴灌、微噴進行節水灌溉。

2.1 管灌工程設計

規劃灌溉面積1850 畝，灌區土地主要為梯田，確定管道分主、支兩級呈“圭”字形布置，干管沿垂直等高線方向布設，支管平行于等高線方向布設，支管間距60 m，給水柱間距80 m，規劃干管長6.9 km，支管長13.3 km，干、支管均埋置于地下，埋深不小于0.6 m。配套田間管道輸水系統，采用移動軟管或移動噴灌的方法灌溉。灌區內作物為玉米和小麥和油料等經濟作物，取灌水周期為6 d，灌水期每日工作小時數為12 h，毛灌水定額確定為46.8 m3/畝。選擇主管管徑為90 mm、75 mm、63 mm，支管管徑分別為32 mm、25 mm。

2.2 噴灌工程設計

灌水定額按下式計算確定灌水定額：

式中：m 為設計灌水定額，m3/畝；γs為土壤容重，g/cm3；H 為計劃濕潤層深度，m；β1為適宜土壤含水量上限；β2為適宜土壤含水量下限；β 為田間持水量，%。

根據規劃區土壤情況和作物種植情況，土壤容重取1.45 g/cm3，主要根系活動層深取0.4 m，田間持水量為土壤干容重的31%，適宜土壤含水量上限取田間持水量的95%，下限取60%，計算得設計灌水定額為42 m3/畝，合60 mm 灌水水深。

該灌區在4 月下旬至5 月上旬需水高峰時期（拔節、孕穗和抽穗、開花期）的需水強度EP為9 mm/d，灌水周期可由下式計算：

式中：T 為設計灌水周期，d；m 為設計凈灌水定額，mm；EP為作物臨界期日均需水強度，mm/d。

設計灌水定額為46.8mm，計算得作物灌水周期為6.7 天,考慮規劃區的土壤性質，根據實際取T=6 d。

2.3 微灌工程設計

微灌系統結構：水源經離心式過濾器、網式過濾器后，分干管、支管、毛管進入微灌帶，最后到滴頭，進行節水微灌。為操作管理方便，減少水頭沿程損失，降低耗水和運行費用，管道系統中支管與分干管，微灌管（帶）與支管，干管與分干管按各條田的具體形狀，采用魚骨式或梳型兩種方式進行優化布置。在灌溉中，布置兩條分干管，采取輪灌分別運行的方式，以達到灌水銜接延續的目的，嚴禁先關后開。一次灌水延續時間為6.5 h。灌水定額取值為32.6 mm，灌水周期為8 天。

3 經濟評價

3.1 社會效益及環境效益

項目實施后，項目區渠道達到設計引水能力，渠道滲漏損失減少，節水效果明顯，項目區水資源供需平衡，各部門的用水得到解決，從而支撐和促進項目區經濟社會的可持續發展。按各年增量灌溉效益的30%估算。

3.2 經濟效益

規劃項目區的經濟效益主要為增量灌溉效益。增量灌溉效益包括兩個方面的內容：一方面是現有有效灌溉面積范圍內，因實施節水改造使得農作物對水的需求得到保證而產生的增產效益；另一方面是因實施節水措施以后的節水量不但使現有灌溉面積需水得以保證，而且還有多余水量，有其他方面產生的效益及節地、節勞、提高產量效益。

按照項目區現狀情況不同作物種植面積比例，以及項目區未來農業發展規劃預測的種植業結構和面積比例，同時根據項目區各種作物分別在非灌溉、部分灌溉和完全達到設計水平條件下灌溉效益的典型調查資料，計算出設施灌溉面積年水利分攤影子效益。本次農作物灌溉水的分灘系數為0.35，經對項目區近幾年灌溉效益調查分析，求得項目區節水改造工程實施后，綜合平均的多年平均年增量效益為501.544 萬元。項目區實施后，因渠道維修每年可減少費用30 萬元。

4 結語

隨著橫山區社會經濟發展，工業需水增大，在水資源有限的情況下，只能向農業用水尋求出路。由于粗放式灌溉，農業灌溉水資源浪費嚴重，通過對灌區灌溉需水量、節水措施和產生的效益探討，可知，農業節水潛力較大，效益顯著，經濟可行，可進行高效節水灌溉建設。