節(jié)水技術(shù)在鐵山灌區(qū)的應(yīng)用

田青青，石 明

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，湖南 長(zhǎng)沙 410007）

鐵山灌區(qū)工程位于洞庭湖以東，新墻河中下游南北兩岸的丘陵地帶，地理坐標(biāo)為東經(jīng)113°～114°，北緯28.5°～29.5°范圍，灌區(qū)東起岳陽公田，西抵洞庭湖濱，南達(dá)汨羅，北接臨湘，東西長(zhǎng)55 km，南北寬50 km，涉及到岳陽市岳陽樓區(qū)、經(jīng)開區(qū)、岳陽縣、臨湘市、汨羅市5 縣（市、區(qū)）部分區(qū)域的22 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。灌區(qū)總耕地面積102.5 萬畝，設(shè)計(jì)灌溉面積85.41 萬畝，是湖南省已建成投運(yùn)的第二大灌區(qū)。見圖1。

圖1 鐵山灌區(qū)地理位置示意圖

2020 年3 月，水利部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于開展“十四五”大型灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造實(shí)施方案編制工作的通知》，要求圍繞“節(jié)水高效、設(shè)施完善、管理科學(xué)、生態(tài)良好”，開展灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造實(shí)施方案編制工作，為大型灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。用人與自然和諧的現(xiàn)代理念指導(dǎo)灌區(qū)改造建設(shè)；用先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)工藝、先進(jìn)設(shè)備打造灌區(qū)工程設(shè)施；用現(xiàn)代科技引領(lǐng)灌區(qū)發(fā)展；用現(xiàn)代管理制度、良性管理機(jī)制完善灌區(qū)管理。建立公平、可靠、靈活的供水服務(wù)和有效的防災(zāi)減災(zāi)體系，大幅度提高灌區(qū)水土資源利用效率和農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，提高農(nóng)產(chǎn)品供給質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，補(bǔ)齊農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施的短板，改善農(nóng)村居住環(huán)境，有效支撐國(guó)家糧食安全、鄉(xiāng)村振興與生態(tài)文明建設(shè)[1]。

鐵山灌區(qū)用水供需矛盾突出。調(diào)查顯示，本灌區(qū)除需保障85.41 萬畝的灌溉用水之外，還承擔(dān)了岳陽市和周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的供水任務(wù)。水從何來，成為了鐵山灌區(qū)亟待解決的首要問題，實(shí)施高效節(jié)水措施是鐵山灌區(qū)解決用水供需矛盾的必要手段。

1 節(jié)水灌溉的概念和常用方法

節(jié)水灌溉是指根據(jù)作物需水規(guī)律和當(dāng)?shù)毓┧畻l件，高效利用降水和灌溉水，以取得農(nóng)業(yè)最佳經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)環(huán)境效益的綜合措施的總稱[2]。

農(nóng)田節(jié)水技術(shù)是一項(xiàng)集工程、農(nóng)藝、生物、管理四項(xiàng)于一體的綜合性農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)工程。

1）工程節(jié)水措施。工程節(jié)水即通過各種工程手段，提高灌溉水的利用率和灌溉保證率，在滿足農(nóng)業(yè)需水的前提下節(jié)約寶貴的水資源。常用的工程節(jié)水措施主要包括渠道防滲襯砌（為了減少輸水渠道渠床的透水或建立不易透水的防護(hù)層面而采取的各種技術(shù)措施）、低壓管道輸水（利用塑料或混凝土等低壓管道代替土渠將水直接送到田間溝畦灌溉作物，以減少水在輸送過程中的滲漏和蒸發(fā)損失的技術(shù)措施）、噴灌、微灌（利用專門設(shè)備，將有壓水流變成細(xì)小水流或水滴，濕潤(rùn)植物根區(qū)土壤的灌水方法稱為微灌）、地面節(jié)水灌溉技術(shù)（主要有小畦灌、長(zhǎng)畦分段灌、寬淺式畦溝結(jié)合灌、水平畦灌、波涌灌溉等優(yōu)化畦灌技術(shù)）等[2]。

2）農(nóng)藝與生物節(jié)水措施。農(nóng)藝與生物節(jié)水措施包括農(nóng)田保蓄水技術(shù)、節(jié)水耕作和栽培技術(shù)、適水種植技術(shù)、優(yōu)選抗旱品種、土壤保水劑及作物蒸騰調(diào)控技術(shù)，其作用是提高農(nóng)作物產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，降低農(nóng)田水分蒸發(fā)耗水量。

農(nóng)藝節(jié)水主要是合理調(diào)整灌區(qū)內(nèi)土地種植結(jié)構(gòu)、科學(xué)安排耕作制度，選育和推廣耐旱高產(chǎn)品種；采取深耕松土、及時(shí)中耕、增施有機(jī)肥，以改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤蓄水能力；采取秸稈覆蓋、地膜覆蓋等措施，以提高土壤保墑能力。生物節(jié)水主要是施用生物抗旱劑，合理抑制作物蒸騰，減少水分消耗；施用土壤保水劑，提高土壤吸收和保持水分的能力。

3）水資源優(yōu)化配置。主要包括地表水與地下水聯(lián)合調(diào)度技術(shù)、灌溉回歸水利用技術(shù)、多水源綜合利用技術(shù)、雨洪利用技術(shù)。

4）節(jié)水管理措施。加強(qiáng)管理是保證各種節(jié)水措施正常發(fā)揮效益的關(guān)鍵。合理的節(jié)水管理措施就是要做到以下兩個(gè)方面：

一方面，根據(jù)作物的需水規(guī)律控制調(diào)配水源，最大限度地滿足作物對(duì)水分的需求，實(shí)現(xiàn)區(qū)域效益最佳的農(nóng)田水分調(diào)控管理。另一方面，建立合理的投入機(jī)制，調(diào)動(dòng)農(nóng)民發(fā)展節(jié)水灌溉的積極性；明晰工程設(shè)施所有權(quán)，落實(shí)管護(hù)責(zé)任，保證節(jié)水灌溉工程效益的長(zhǎng)期發(fā)揮；完善水價(jià)形成機(jī)制，運(yùn)用經(jīng)濟(jì)杠桿促進(jìn)灌溉節(jié)水；建立社會(huì)化服務(wù)體系，加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)和培訓(xùn)，提高農(nóng)民應(yīng)用節(jié)水技術(shù)的能力。

2 鐵山灌區(qū)高效節(jié)水工程規(guī)劃

2.1 鐵山灌區(qū)高效節(jié)水灌溉工程規(guī)劃布局

根據(jù)岳陽地區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和趨勢(shì)，結(jié)合灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)目標(biāo)，規(guī)劃到2025 年，灌溉面積達(dá)到85.41 萬畝，高效節(jié)水灌溉面積25.95 萬畝，其中以種植水稻為主的17.14 萬畝農(nóng)田采用低壓輸水管道方式灌溉，以附加值較高的經(jīng)濟(jì)作物如蔬菜、果園、茶園基地8.81 萬畝采用噴灌方式灌溉；規(guī)劃到2035 年，灌溉面積維持85.41 萬畝，高效節(jié)水灌溉面積53.43 萬畝，其中以種植水稻為主的37.66 萬畝農(nóng)田采用低壓輸水管道方式灌溉，以附加值較高的經(jīng)濟(jì)作物如蔬菜、果園、茶園基地15.76 萬畝采用噴灌方式灌溉。具體布置及面積見表1、表2。

表1 低坎溢洪道摻氣系統(tǒng)幾何要素表 萬畝

表2 2035 年鐵山灌區(qū)高效節(jié)水灌溉工程規(guī)劃 萬畝

2.2 高效節(jié)水灌溉工程示范區(qū)典型設(shè)計(jì)[1]

為保證本次灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造規(guī)劃的科學(xué)性和和合理性，經(jīng)過多方比較選擇在岳陽市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)西塘鎮(zhèn)金黃村和西塘鎮(zhèn)三荷社區(qū)，其中岳陽市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)西塘鎮(zhèn)金黃村作為低壓管道灌溉典型區(qū)，岳陽市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)西塘鎮(zhèn)三荷社區(qū)作為固定式噴灌典型區(qū)。現(xiàn)分別介紹如下：

1）低壓管道灌溉典型區(qū)（圖2）。

圖2 低壓管道灌溉典型區(qū)效果圖

①基本情況。選取岳陽市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)西塘鎮(zhèn)金黃村境內(nèi)的一片農(nóng)田作為典型片設(shè)計(jì)，典型片建設(shè)規(guī)模面積為2 800 畝，基本為灌溉水田。

②土地平整工程。根據(jù)區(qū)域農(nóng)田高差實(shí)施少量土地平整后，田塊布置及格田劃分按照高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)要求進(jìn)行。

③管灌系統(tǒng)布置。低壓管道灌溉組成包括：水源、輸水系統(tǒng)、給配水裝置、保護(hù)設(shè)備和田間灌水設(shè)施，采用自壓引水式管道灌溉系統(tǒng)。水源來自于北灌區(qū)渠道，輸水系統(tǒng)由干管引水，下設(shè)分干管和支管，管網(wǎng)采用梳齒式的布置方式，支管和給水栓間距為50 m；為方便用水調(diào)度和檢修維護(hù)，在管首設(shè)置控制閥、水表等計(jì)量控制裝置；干、支管首部裝設(shè)控制閘閥，末端設(shè)置泄水閥；干管最高處設(shè)置空氣閥，起始點(diǎn)和轉(zhuǎn)彎處設(shè)置C20混凝土鎮(zhèn)墩；給水栓均設(shè)置田間出水池；所有閥門均設(shè)閘閥井，布置見圖3、圖4。

輸水管道均采用PVC-U 管，經(jīng)計(jì)算管徑與標(biāo)準(zhǔn)管徑對(duì)比后，干管選用公稱壓力0.8 MPa，管徑為160 mm、200 mm、250 mm 三種規(guī)格；支管選用公稱壓力0.63MPa，管徑90mm、110mm、125m 三種規(guī)格。見圖5。

本典型片共規(guī)劃干管12.254 km，支管17.6 km，給水栓820 個(gè)，各類閥門419 個(gè)，配件212 個(gè)，首部加壓系統(tǒng)2 套。

圖3 低壓管道灌溉組成示意圖

圖4 低壓管道實(shí)物圖

圖5 輸水管道布置示意圖

④排水工程。斗、農(nóng)級(jí)排水溝均采用土溝，溝道滿足排水要求，按照標(biāo)準(zhǔn)化斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)。本次規(guī)劃整修斗溝2.35 km，新修斗溝1.68 km，規(guī)劃農(nóng)溝14.7 km，涵管采用典型設(shè)計(jì)46 處。

⑤田間道路布置。田間道路按照標(biāo)準(zhǔn)化道路進(jìn)行規(guī)劃。典型片內(nèi)規(guī)劃共整修田間道0.75 km，新修田間道5.8 km，整修生產(chǎn)路3.5 km，新修生產(chǎn)路12 km。機(jī)耕橋、人行橋參照《小型農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)圖集》進(jìn)行設(shè)計(jì)，機(jī)耕橋3 處，人行橋12 處。

⑥生態(tài)防護(hù)項(xiàng)目。為保證工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境相互協(xié)調(diào)，規(guī)劃新建防護(hù)林5.5 km，生態(tài)溝3.2 km，修復(fù)堰塘濕地1 處。

⑦工程投資。經(jīng)估算金黃村低壓管道輸水灌溉典型片工程總投資為706 萬元。見表3。

表3 低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)特性表

2）噴灌典型區(qū)（圖6）。

圖6 噴灌示意圖

①基本情況。本次選取岳陽市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)西塘鎮(zhèn)三荷社區(qū)部分田塊作為噴灌典型片設(shè)計(jì)，典型片建設(shè)規(guī)模面積為2 600 畝，擬規(guī)劃為蔬菜和高附加值農(nóng)作物試種基地。

②土地平整工程。區(qū)域內(nèi)土地平整按國(guó)家關(guān)于高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)要求劃分格田塊布置。

③噴灌系統(tǒng)布置。本次規(guī)劃噴灌采用管道式（固定式）噴灌系統(tǒng)，除噴頭外，噴灌系統(tǒng)的所有組成部分均固定不動(dòng)。系統(tǒng)由取水水源工程、首部樞紐、輸配水管道、噴頭以及附屬設(shè)備和附屬建筑物組成，其中管道系統(tǒng)分為干管、分干管和支管。各級(jí)管道埋入地下，支管上設(shè)有豎管，根據(jù)輪灌計(jì)劃，噴頭輪流安設(shè)在豎管上進(jìn)行噴灑。

水源工程從北灌區(qū)渠道取水，經(jīng)噴溉首部加壓系統(tǒng)接干管輸水。首部加壓系統(tǒng)包含有進(jìn)水閥、逆止閥、施肥裝置、壓力表、進(jìn)排氣閥、砂石過濾器、網(wǎng)式過濾器、控制閥、流量表等設(shè)備；輸配水管道分為干管、分干管、支管、豎管等。為方便管理和維護(hù)，在干管末端設(shè)置排水閥，最高處設(shè)置空氣閥，每組支管首部裝設(shè)控制閘閥；在干管起始點(diǎn)和轉(zhuǎn)彎處設(shè)置C20 混凝土鎮(zhèn)墩；所有閥門均設(shè)閘閥井，干管上的閘閥井平面尺寸0.8 m×0.8 m，支管上的閘閥井平面尺寸0.4 m×0.4 m。

噴頭的選擇包括噴頭型號(hào)、噴嘴直徑和噴頭壓力的選擇。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)種植蔬菜及土壤條件，考慮噴頭在田間作多行多噴頭同時(shí)噴灑的運(yùn)行方式，初步選擇10PY—15°（ZG1/2 外螺紋）噴頭。

根據(jù)運(yùn)行方案和噴頭流量，推算干管、支管流量，根據(jù)流量計(jì)算支管D=34.35 mm，選用Φ63PVC-U 管，公稱壓力1.0 MPa；分干管D=59.49 mm，選用Φ90PVCU 管，公稱壓力1.0 MPa；干管D干=266.02 mm，選用Φ280PVC-U 管，公稱壓力0.8 MPa。

豎管選用內(nèi)徑為Φ32 mm，高1.8 m 的鍍鋅水管，高出地面1.0 m，可根據(jù)蔬菜高度和地形適當(dāng)作出調(diào)整。各豎管均裝堵頭，支管與干管連接處均裝設(shè)閘閥，以便于輪灌和控制流量與壓力。

西塘鎮(zhèn)三荷社區(qū)典型片共布置干管3.05 km，分干，2.45 km，支管117.6 km，噴頭5 831 個(gè)，各類閥門110 個(gè)，噴灌豎管5 832 根，配件58 個(gè)，首部加壓系統(tǒng)2套。

④排水工程。目前區(qū)域內(nèi)斗農(nóng)級(jí)排水溝滿足排水過流能力，規(guī)劃新建水溝仍采用土溝形式，按照標(biāo)準(zhǔn)化斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)。整修斗溝2.2 km，新修斗溝1.8 km，規(guī)劃新建農(nóng)溝17.2 km。涵管55 處。

⑤田間道路布置。田間道路布置滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求，按照標(biāo)準(zhǔn)化田間道路進(jìn)行設(shè)計(jì)。規(guī)劃整修田間道2.6 km，新修田間道4.5 km，整修生產(chǎn)路3.5 km，新修生產(chǎn)路8.3 km。

⑥生態(tài)防護(hù)項(xiàng)目。為保證工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境相互協(xié)調(diào)，規(guī)劃新建防護(hù)林7.1 km，生態(tài)溝1.93 km，修復(fù)堰塘1 處。

⑦工程投資。經(jīng)估算，西三荷社區(qū)管道式（固定式）噴灌典型片工程投資為1 046.57 萬元。見表4。

表4 管道式噴灌系統(tǒng)特性表

3 農(nóng)業(yè)節(jié)水措施的推廣

本工程擬推廣如下農(nóng)業(yè)節(jié)水新技術(shù)：

1）新農(nóng)業(yè)種植技術(shù)[3]。地膜覆蓋與秸稈覆蓋技術(shù)，即通過地膜、秸稈等材料覆蓋在土壤表面，抑制土表無效蒸發(fā)，促進(jìn)水肥耦合，實(shí)現(xiàn)保水抗旱、增產(chǎn)增效的技術(shù)手段。地膜覆蓋能降低土壤的無效蒸發(fā)，提高土壤的貯水量，改善作物吸收水分條件；秸稈覆蓋能減少地表蒸發(fā)和降雨徑流，提高耕層供水量，具有改土培肥、保持水土和節(jié)約灌溉用水的功能，增產(chǎn)效果明顯。

2）強(qiáng)化深耕深松改土節(jié)水技術(shù)。針對(duì)農(nóng)田綠肥種植面積和有機(jī)肥施用量顯著減少，稻草等秸稈焚燒現(xiàn)象嚴(yán)重，耕層變淺，有機(jī)質(zhì)下降，土壤保水保肥能力下降等問題，重點(diǎn)采取深耕深松、增施有機(jī)肥（農(nóng)家肥、農(nóng)作物秸稈）和種植綠肥、水旱輪作等改土培肥耕作技術(shù)，逐步加深耕作層，提高土壤疏松度和有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤保水保肥能力，促進(jìn)水肥耦合和作物高產(chǎn)。

3）引進(jìn)、篩選節(jié)水新型品種。通過引進(jìn)、篩選品種優(yōu)質(zhì)、生育期適宜、經(jīng)濟(jì)效益高的水稻、旱糧、蔬菜等作物，提早正作物種植結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)作物自身抵御缺水干旱的能力，提高水分生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水穩(wěn)定生產(chǎn)。

4）完善農(nóng)民用水戶協(xié)會(huì)建設(shè)。以灌溉工程涉及的行政村組為灌溉單元，繼續(xù)推廣組建農(nóng)民用水戶協(xié)會(huì)，大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉管理的統(tǒng)一管水用水模式，利用經(jīng)濟(jì)杠桿實(shí)施“節(jié)約獎(jiǎng)勵(lì)，超量收費(fèi)”的新農(nóng)業(yè)灌溉用水模式。