低山丘陵區小型蓄水工程的優化布局研究

孔祥勇李艷華常小燕

(1.山東明瑞土地工程技術有限公司，山東 泰安 271000；2.山東云景土地開發整理有限公司，山東 濟南 250102；3.山東農業大學信息科學與工程學院，山東 泰安 271018)

低山丘陵區由于可利用水資源量少且水源呈點狀分布，為滿足農業生產灌水需求，各地都修建了不同形式的集雨蓄水工程，以蓄存雨季降水，解決工程性缺水，緩解旱季農業生產需水緊張的狀況。大量集雨蓄水工程設施的出現有助于幫助農民灌溉農田，但大型蓄水工程造價高，加之一些地區特殊的地形地貌條件和當地政府財政預算資金的限制，很多地區逐漸轉為修建小型蓄水工程。小型蓄水工程投資少、形式靈活、施工簡單、取水方便，既能滿足農業生產灌水需求，又能減少工程實施與維護的成本，適用于中國“一家一戶”的分散經營種植模式。本文以泰安市高新區北集坡街道西旺村等5個村的土地整治項目為例，對小型蓄水工程的利用模式及規劃布局進行研究，以期為低山丘陵區小型蓄水工程的建設提供參考依據。

1 項目區概況

泰安市高新區北集坡街道土地整治項目位于北集坡街道南部，涉及北集坡街道的西旺村、張家莊村、南官莊村、楊泉村、庵上村共5個行政村。

本項目所在區域屬于典型的低山丘陵區，海拔106.51～156.39m，地勢西北高，東南低。項目區主要以1°～8°的緩坡和8°～15°的中坡為主。該區域多年平均降水量約為670mm，年內分配不均，具有明顯的季節性。由于項目區內田塊小而零散，且存在一定的高差，部分區域雨季容易發生水土流失。項目區地下水屬于寒武系中統，上統石灰巖，裂隙熔巖水，地下水埋深8～50m；項目區緊鄰大汶河，且位于已建成的顏謝攔河壩上游，攔河壩攔蓄效果顯著，水利豐沛。項目區內現有可利用塘壩10座，興利庫容40萬m3，現有提水站1座，需要配套，農民灌溉多使用自備柴油機泵進行抽水，水資源利用率低。

2 丘陵區小型蓄水工程利用模式

2.1 雨水徑流集蓄利用模式

雨水徑流利用，是指將田塊、自然坡面、道路、溝渠等產生的徑流，經沉淀處理而導入水池(窖)中蓄存，以供澆灌作物的一種利用雨水的方法[1]。此模式是利用雨水集流，通過截引蓄集工程，在地形適宜和有集水面的位置建池(窖)，使分散的農田能夠就近用水，大大降低工程造價及運行費用，具有規模小、投資少、易推廣、見效快、技術簡單、便于維護等特點。

2.2 溝道潛流攔蓄利用模式

溝道即自然沖溝，在低山丘陵區，降雨通過田面、自然坡面匯流或潛水下滲至溝道內。通過在溝道平緩地段修建塘壩、大口井、蓄水池等攔蓄工程，能夠保證周邊農田的灌溉用水。另外，雨季降水會造成水土流失并對溝道兩側的農田造成破壞，因此，溝道地的攔蓄工程應綜合考慮排蓄水措施[2,3]。

2.3 “以集為主、以提為輔”的綜合利用模式

在低山丘陵區，在耕作田塊、道路、排水溝旁開挖水池(窖)，大量收集雨水，澆灌作物，在溝道內有潛流和長流水的地方，修建塘壩(攔水壩)，并通過小型泵站，向上游各個水池(窖)內及時補充水源，使水池(窖)中時常儲存有水，作物能適時得到灌溉[4]。

本模式通過修建水池、塘壩和現有水庫，形成“小雨入池、中雨入塘、大雨入庫”的3級攔蓄體系，同時修建提水站將水庫和塘壩的水適時補充水池，打造低山丘陵區“灌排一體化”的水資源循環利用體系。

泰安市高新區北集坡街道土地整治項目區是典型的低山丘陵區，常年處于靠天吃飯的狀態，由于區域內缺乏攔蓄灌溉設施，雨季形成的地表徑流及潛流得不到有效利用，是典型的工程性缺水區域。為了更好地利用雨季形成的地表水，根據現狀田塊、道路、排水溝的布置以及自然溝道的分布走向，建立階梯式攔水體系，充分截留地表徑流，打造水池(窖)、塘壩(攔水壩)和水庫3級蓄水體系。針對該區域遠離村莊，電力匱乏的問題，配套光伏提水，建設“光伏泵站+PE管道+蓄水池”的自動提水灌溉系統，真正的實現灌排一體化的地表水循環利用，如圖1所示。

3 丘陵區小型蓄水工程的優化布局

3.1 項目區現狀分析

泰安高新區北集坡街道土地整治項目屬低山丘陵地貌，受地形條件和經濟條件的限制，現有蓄水工程空間分布極不均勻，現狀有可利用塘壩10座，為周邊耕地提供灌溉水源。但大部分塘壩由于長年使用欠維護，土質壩體出現損壞、漏水、壩內淤積等現象嚴重，使用現狀較差，塘壩的有效利用率較低，致使項目區內大部分耕地處于有水不能用、靠天吃飯的狀態。

3.2 選址基本要求

丘陵區小型蓄水工程的選址需具備一定的條件。盡量選擇自然溝道或道路溝渠旁，上游具有一定的匯水面積，方便蓄水和保證足夠的蓄水量；盡量靠近地勢較高的農田地塊，便于取水自流灌溉；需考慮地形地貌和工程地質條件，以減少工程造價、容易施工和方便使用[5]。

3.3 工程布局

通過實地勘察，結合水資源的分布情況，項目區分為地表水和地下水2個灌區。其中，張家莊村東部，緊鄰大汶河，使用提水站并布設管道進行灌溉；西旺西部、南官莊村西南部及張家莊村西南部，現有塘壩水量豐沛，同樣規劃提水站并布設管道進行灌溉。根據該區域水文地質情況分析，項目區屬地下貧水區，在張家莊村西部、楊泉村，西旺村北部、南部及南官莊村西北部，分布部分少量地下水，規劃在該區域新打機井、大口井，使用地下水進行補充灌溉。

提水站、農用井周邊均布設管道，建立“泵站+低壓管道”的灌溉系統，提高項目區灌溉水利用率。同時，道路兩側、排水溝、自然沖溝處新建蓄水池或集水窖集蓄地表徑流，提水站或農用井使用管道與之連接，進一步保證水源。

項目區主干道兩側進行排水溝清淤，以確保項目區排水通暢。

3.4 小型蓄水工程數量的確定

小型蓄水工程的數量依據所在區域的蓄水總量和種植農作物的灌溉需水量來確定。蓄水總量是由所在地區的地表徑流量來確定，因此地表徑流量是影響小型蓄水工程數量的主要因素之一。地表徑流量除了與該地區的降雨量和降雨強度有直接關系，還受所在區域的地形、地質條件的影響，同樣的降雨因地形、地質條件不同所產生的地表徑流量也會不同，如土層較薄或基巖裂隙較少的區域，大部分降雨能夠轉化為地表徑流，而土層較厚或基巖裂隙較多的區域，大部分降雨則不能轉化為地表徑流。另外，為了保證工程建成后的使用效益，所修建的小型蓄水工程總蓄水量不得超過一般年份降水后所產生地表徑流量的1/3，一般地表徑流量以總降水量的30%計算[6]。如，該項目年均降水670mm，則集水區的地表徑流量為2000m3·hm-2左右，建成小型蓄水工程總蓄水量以小于660m3·hm-2為宜。再根據種植農作物的灌溉需水量最終確定小型蓄水工程的建設數量。

3.5 小型蓄水工程的設計

小型蓄水工程的種類主要有蓄水池、塘壩、大口井、集水窖等，這些小型蓄水工程的建設非常有利于雨水資源的收集和分配利用，提高了農業用水灌溉率，也促進了低山丘陵區農業的發展[7]。泰安市高新區北集坡街道土地整治項目，主要小型蓄水工程是蓄水池、集水窖和塘壩(攔水壩)。

3.5.1 丘陵區蓄水池

3.5.1.1 蓄水池設計分析

在低山丘陵區，受不同地形地貌影響，項目區往往被分割成幾個相對獨立的灌排區域，蓄水池需根據所處的不同區域進行獨立設計。蓄水池的設計要兼顧灌溉和排水2個方面，蓄集雨水解決周邊農田的灌水需求，蓄集坡面地表徑流，減少水土流失和防止雨季降水沖刷田塊破壞耕地。對于以農田灌溉供水為主的蓄水池，選址高程偏低，水低田高，難以實現農田自流灌溉，相應的人工提水灌溉的成本也就越高[8]，因此，蓄水池對于高程的選址至關重要。

3.5.1.2 蓄水池規劃設計

泰安市高新區北集坡街道土地整治項目新建小型集雨設施19座；其中，新建蓄水池3座，新建集水窖16座。

根據泵站灌溉控制面積，蓄水池全部采用塊石砌筑，半地下結構，蓄水容量分別為60m3、80m3、580m3；根據集水面和地形條件，集水窖全部采用塊石砌筑，全地下結構，蓄水容量分別為50m3、200m3。

3.5.2 丘陵區塘壩

3.5.2.1 塘壩設計分析

塘壩是丘陵區常見的小型蓄水工程，相較于大型的水庫工程，在低山丘陵區的塘壩不僅具有低投速效和靈活方便的特點，而且可以很好地解決該區域內年內降雨分布不均引起的季節性水資源短缺問題，是低山丘陵區小流域灌排水系統循環中不可或缺的一環[9,10]。

3.5.2.2 塘壩規劃設計

泰安高新區北集坡街道土地整治項目新建小型塘壩2座，維修塘壩3座。

新建塘壩采用全斷面溢流式重力壩，用來攔蓄自然溝地表水，抬高地下水位，涵養水源。攔河壩壩身均采用漿砌塊石修筑，設現澆混凝土防滲墻，壩身下方修筑漿砌塊石消力池。消力池后部采用亂石拋填減少水流沖擊，起到消能作用。

維修塘壩現狀為土質壩體，壩內淤積嚴重，部分壩體損壞，出現壩體漏水和蓄水能力不足等問題，因此對壩體進行維修、清淤，防止壩體漏水，恢復蓄水能力。

4 結語

本文以泰安高新區北集坡街道土地整治項目為例，對低山丘陵區小型蓄水工程進行優化布局設計，解決了該地區工程性缺水的問題；通過項目的實施，既促進了丘陵山區農業的發展，為當地社會經濟發展作出了貢獻，又在一定程度上提高了農業用水灌溉率，保護了生態環境。