淺談寧夏引黃灌區高效用水關鍵技術

王 銳

（沙坡頭區南山臺電灌站，寧夏 中衛 755000）

1 區域及灌區現狀

寧夏是一個水資源嚴重短缺的省份，水資源日益緊張和用水總量減少成為制約寧夏地區經濟發展的主要因素之一。因此大力倡導和普及節約用水和高效節水灌溉技術，提高水的利用效率，是進一步解決水資源短缺，保證區內經濟向好發展的主要措施。

根據寧夏水資源管理部門的權威數據，2025 年50%、75%不同降水頻率下的水資源優化配置結果，總配水量分別為56.1 億m3、53.8 億m3，其中農業配水量分別為44.8 億m3、42.6 億m3，工業配水量分別為6.5 億m3、6.1 億m3，生活配水量均為2.5 億m3，生態配水量分別為2.3 億m3、2.6 億m3。

2025 年，50%降水頻率下，灌區總需水量56.6 億m3，缺水量為0.5 億m3，缺水率0.8%，生活和生態不缺水，農業和工業有少量缺水，基本能夠滿足需求。在降水頻率75%下，引黃灌區總需水量59.5 億m3，缺水量為5.7 億m3，缺水率9.5%，只有生活不缺水，農業、工業和生態水量分別為5.1 億m3、0.5 億m3、0.1 億m3。

水源地供水、主干、支渠配水和農田用水是農業灌溉的基本組成部分，用水的精細準確性是現代化灌溉的核心內容[1]，故本文對達到高效節水、用水的精細準確目標的關鍵技術進行分析。

2 測控一體化閘門關鍵技術

引黃灌區乃至整個農業灌溉中測控一體化閘門是現代水利工程建設中尤為重要的一項基礎的水利設備，在農業灌溉的流量控制等眾多水利工程應用中能夠發揮重大用途。目前大多數灌區的水位控制、水量分配等基本上是由水管員靠手動模式控制，以流速儀和量水設施計量流量，管理水平及效率低下，與加快灌區現代化信息化建設的任務和要求有著很大差距。因此在灌區實施測控一體化閘門技術，對提高灌溉供水服務的安全性、公平性、可靠性、靈活性和資源的使用效率有重要意義。

2.1 設備組成

現代化測控一體化閘門集閘門、啟閉設備、測流設備、控制設備、供電設備于一體，主要包括：測流箱、閘門及門框、供電模塊、控制模塊、通信模塊等。

2.2 測流方式

目前測流方式主要有箱式超聲波時差法、電磁法及前后水位計法。

2.3 測流精度

超聲波時差法與電磁法測流均是測箱產品出廠前，清水、正向進水、水面平穩條件下，實驗室測箱測流精度誤差為:滿箱計量精度誤差≤±2.5%，不滿箱（水位≥測水箱高度1/2）計量精度誤差≤±5%。在多泥沙介質條件下，測流精度不低于設計要求。

上下游水位法是集成槽閘產品出廠前，清水、正向進水、水面平穩條件下，實驗室測箱測流精度誤差≤±5%。分離板閘產品出廠前，清水、正向進水、水面平穩條件下的元器件測流精度誤差≤±6%。

對引黃灌區已建成的由澳大利亞潞碧墾、北京福道、內蒙水華等廠家生產的測控一體閘門開展啟閉精度、閘門啟動響應時間、測流精度及泥沙淤積狀況等方面的逐項測試工作，總體上看泥沙淤積對設備測流精度影響較大。

2.4 智能控制終端要求

1）智能測控終端主要由控制模塊、輸入輸出模塊、通訊模塊、安全防護單元(含防雷)電源管理單元以及其他附件組成(宜為芯片化結構)，宣采用成熟的CPU 和操作系統。

2）閘門智能測控端用Modbus 等標準通信協儀，《水資源監測數據傳輸規約(SZY 206-2012)》規定的規約。

3）閘門智能測控終端應采用專門的安全措施及加密技術，采用國產安全芯片和專用國密算法SM1，保障數據傳輸的完整性、可靠性及安全性。

4）按照“硬件平臺化、軟作APP 化”設計原則；采用開放式硬件平臺，通過APP 應用軟件的方式，靈活升級、擴展終端業務功能，可滿足定制化應用。

5）支持本地存儲和SCADA 遠程控制兩種存儲方式，內置大容量存儲器，可存儲3 a 及以上的采集數據。

6）本地軟件具備設備自診斷功能，能定時自動檢測，及時進行故障診斷和預警，如自動增益控制、信號強度及接收率、信噪比等，并在使用說明書中給出各指標的正常范圍[2]。

3 灌區田間高效節水關鍵技術

推廣高效節水灌溉既是改變千百年來傳統灌溉習慣，壓減單位面積耗水量，緩解寧夏地區水資源短缺，提高用水效率和效益的必經之路，也是發展節水型社會的根本措施，更是實現農業現代化的必然要求。

3.1 灌區節水灌溉發展趨勢

總結寧夏地區多年來的節水灌溉發展歷程，概括出以下幾點轉型發展：由傳統的單一型節水技術發展為與農藝技術互相結合，由原來的單一型向與節水節肥節藥的一體化發展，由原來的追求節水高產發展為節水提質高效，大力發展節水科學技術推廣與服務體系，綜合出臺農業灌溉節水補償制度與標準，及配套節水產品進入的市場制度，同時加強農業灌溉節水的科研力度，相繼出臺和完善節水灌溉技術標準，實現標準化、規范化、模式化、定量化、集成化和智能化。

3.2 黃河水滴灌安全凈化處理模式

經試驗測定，可揚黃渠道沙含量為0.5 kg/m3～6.5 kg/m3。水中泥與沙的粒徑＜0.1 mm，主要是以粘性粒和粉砂居多，中值粒徑0.015 mm～0.045 mm。化學成分主要以SiO2、Al2O3、Fe2O3三種化合物為主，這幾種化合物易附著在輸水管路和灌水器壁內，引起灌水器堵塞。所以用黃河水進行滴灌，很容易引起灌水器嚴重堵塞，這是滴灌系統中的一大難題，也是寧夏地區滴灌系統發展的主要短板和制約因素。

3.2.1 灌區黃河水凈化處理的組合模式

（1）在渠水供水保證率高的情況下采取渠水(高含沙水)→沉淀→沙石反濾墻→過濾設備→進入滴灌管網的凈化模式，但是對管理要求高。

（2）在滴灌項目區面積較大且集中地區采用渠水（高含沙水）→調蓄沉淀池→浮筒取水（臥管取水）→過濾設備→進入滴灌管網的凈化模式，易于管理。

3.2.2 過濾設備類型

對于黃河水泥沙處理滴灌設備可選擇為：砂石過濾器→網式或疊片過濾器。對于地下水機井加壓微灌工程泥沙處理一般采用2 級過濾，泥沙處理方式可選擇為：機井→離心式過濾器→網式過濾器(機井水質較差，含粗顆粒)；機井→疊片式過濾器[3]。

3.2.3 水肥藥一體化灌溉技術

主要以苜蓿地下滴灌灌溉制度為例，滴灌帶應埋深35 cm，偏枯年（P＝95%）型，滴水間隔10 d～15 d，滴水次數約10 次～12 次，次滴水量20 mm～30 mm，灌水定額256.4 mm。土壤水分下限應控制在70%以上，第一茬需滴水量大于第二茬，滴水間隔、滴水次數應根據苜蓿生長期內的天氣狀況進行適量調整[4]。

針對苜蓿生長特點及營養需求規律，研制高氮型、均衡性、高鉀型3 種肥料。高氮型肥料用尿素、磷酸一銨和磷酸鉀按照1∶0.26∶0.33 的比例配成；均衡性肥料用尿素、磷酸一銨和磷酸鉀按照1∶1.27∶1.02 的比例配成，同時加入少量的硝酸鈣、硫酸鎂、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸錳等中微量元素肥料高鉀型肥料用尿素、磷酸二氫鉀和磷酸鉀按照1∶1.27∶2.34 比例配成，同時加入少量的硝酸鈣、硫酸鎂、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸錳等微量元素肥料。

4 灌區水價改革與灌溉管理制度適度優化關鍵技術

量測水計量設施是當前乃至今后進行農業水價綜合改革的主要硬件基礎，在現有實施基礎上盡量精確量化每一農戶的單元終端水價，要努力改革使渠系水量精準到斗、農口計量，逐步淘汰以前傳統的按畝或按人口的收水費方式和硬件計量設施，實現按用水方量或按灌水時間等收費計量方式。目前采用的兩部制水價是最廣泛且要沿用相當長一段時間的定價形式，即計量水價和基本水價相結合。

政府部門出臺建立農業用水節水獎勵補貼的制度已成必然，因為建立此項制度能夠很好地鼓勵并發揮灌區農戶節水潛力。農業灌溉節水的補貼標準應依據規定的定額內用水量與運維成本兩者之差額確定，側重點應放在農民定額標準內用水的補貼。但對于補貼的標準、方式、對象、程序、環節及財政資金的管理使用等按照國家總體規定實行各地探索[5]。

應逐步改革灌區管理、建設、運行體制，提高灌區管護服務和用水效率為重點，以灌區水利配套設施“產權到位、權責明確、保障經費、管用得當、持續發展”為總目標，逐步建立政府主管和市場資源相結合的灌區建設管護體制，推進灌區建設轉變管理方式、建設和改進基層水利服務體系，灌溉水價和計收水費的方式標準化，從而使灌區更好地實現自主管理、良性發展。

5 結論

在分析寧夏引黃灌區用水形勢日益嚴峻的情況下，普及節約用水、高效用水已迫在眉睫，必須通過更換老舊設備，逐步推廣測控一體化閘門技術的應用，實現遠程控制和大數據、物聯網，使智慧水利落地生根。同時也通過試驗總結得出引黃灌區田間高效節水關鍵技術及灌區水價改革與灌溉管理制度適度優化技術對農業高效用水技術的重要作用。