王石灌區續建配套節水改造工程效益評價

李 佳

(綏中縣水利事務服務中心，遼寧 綏中 125200)

1 灌區概況

王石灌區位于葫蘆島市綏中縣境內，是多水源聯合開發、統一調度管理的灌區，灌區內總耕地40.2萬畝，實際灌溉1.4萬hm2。該灌區屬于北溫帶季風區大陸性氣候，年均降雨量619.5mm，降雨量年內分配很不均勻，7月份最多，12月份最小，汛期(6-9月)降水量約占全年的82%。徑流的河流大部分由天然降雨形成，小流域多為季節性河流，年際及年內徑流量變化較大，流域面積超過100km2的河流5條，從西至東依次為石河、狗河、貓眼河、王寶河、六股河，多年平均總徑流量4.6億m3。水源工程現有龍屯、大風口兩座大(2)型水庫，攔河引水工程有前朱、選將、程家、新開河、古塔、長江、大官、狼洞子、六股河共9處。渠系工程現有總干渠2條長53.9km，建筑物254座，已襯砌長度7.9km；干渠17條長113.94km，建筑物422座，已襯砌長度16.88km；支渠57條長114.5km，建筑物1142座。灌區充分利用回歸水量、徑流量、過境水量，初步形成能夠體積開發綜合利用，跨流域調水的供水網絡。

王石灌區建成于1978年底，受當時社會因素和資金不足的影響，工程設計標準較低，尾工大。后經維修改造，大部分渠道能正常供水，但由于投入的資金有限，無法徹底解決建筑物老化失修和渠道滲漏等一系列問題，輸水損失嚴重。渠系工程不配套，使得大部分土地無法灌溉，并引起嚴重的水資源浪費。因此，為充分發揮灌區的灌溉能力，節約水資源必須對灌區進行續建配套與節水改造。2019～2020年繼續改造王石灌區部分設施，維修改建內容主要有：

1)渠道防滲襯砌，渠段干渠防滲襯砌總長度12387m，其中矩形防滲渠道2714m，包括新建2065m和重建649m；梯形防滲渠道9673m，包括新建8194m、重建1069m和維修加高410m，暗渠1406m，包括新建353m和維修改造1053m。

2)渠道建筑物維修改造，干渠渠道建筑物維修改造共69座，其中：農橋19座，包括重建9座和維修10座；渡槽14座，包括重建3座和維修改造12座；水閘21座，包括重建8座和維修改造13座；山洪排水山涵15座，包括重建2座、續建4座和維修改造9座。

文章通過測定灌區續建配套節水改造前、后的灌溉水利用系數，評價分析灌區改造工程實施效果，并總結出近幾年王石灌區節水改造的經驗及其實施效果，可為其它灌區節水改造方案的科學設計提供一定指導。

2 試驗方案

2.1 試驗方法

目前，測試灌溉水有效利用系數比較常用的方法有經驗公式法、滲透儀法、雙環入滲法、動水法、靜水法等[1-5]。其中，經驗公式法大多應用于缺乏實測資料或規劃設計階段的渠道滲漏損失估算；滲透儀一般適用于土壤滲漏損失估算；雙環入滲法測試時需要將不同直徑、同一軸心的兩個鋼質圓環壓入土質渠床20cm深，測試過程較為復雜，主要適用于土質渠床滲漏損失的測定；動水法不會對正常灌溉用水造成影響，操作簡單，可適用于滲漏損失較大或渠道較長的土質渠道；靜水法主要適用于凈水渠段的滲漏損失測試[6]。考慮到王石灌區灌溉水利用系數整體偏低，渠系滲漏較為嚴重的實際情況，表層土質以輕壤土為主，土質疏松，故選用動水法測定渠道防滲效果[7]。

結合相關要求，采用動水法測定灌溉水有效利用系數時必須考慮渠道斷面流量大小，合理確定典型渠道長度，渠道流量Q<1m3/s、1≤Q<10m3/s、10≤Q<30m3/s時，所測試的渠道長度3000>L≥1000m、5000>L≥3000m、L≥5000m[8-10]。

2.2 方案設計

選擇改造前(2019年)和改造后(2021年)的春澆供水期(3-4月)作為測試時間，即灌區改造前、后每年的3月1-10日測試，測算龍屯總干渠和7支渠、11支渠、17支渠等典型渠系的灌溉水有效利用系數。由于龍屯總干渠的分水閘和節制閘都是梯形斷面的平板閘門，水流條件優越且工程完整率高，所以干渠選用“流速儀校核、建筑物量水”的方式來測算。支渠灌溉水有效通過計算干開口閘門處和支開口各閘門處流量確定。采用流速儀測定各支渠輸水利用系數，對長度足夠且梯形規則斷面的渠道，利用流量儀測定初始和終點斷面流速，結合兩個斷面的流量數據確定相應的輸水系數。

3 效益評價

3.1 灌溉水有效利用系數

1)節水改造前。王石灌區續建配套節水改造前、后的灌溉水有效利用系數如圖1。

(a)改造前 (b)改造后

由圖1(a)可知，節水改造前，龍屯總干渠灌溉水有效利用系數在0.505～0.643之間波動變化，整體平均值0.564，處于較低水平；7支渠、11支渠、17支渠的灌溉水有效利用系數在0.455～0.507、0.402～0.552、0.388～0.522之間波動變化，整體平均值依次為0.483、0.476、0.489，相較于干渠處于更低水平。支渠低于干渠的灌溉水有效利用系數，這可能與防滲等級有關，在前期渠道防滲改造工程中干渠、支渠的混凝土防滲等級為P10和P8。龍屯總干渠的灌溉水有效利用系數總體表現出不斷上升趨勢，灌溉水有效利用系數隨輸水時間的延長而增大，支渠灌溉水有效利用系數未表現出明顯規律性，總體呈動態變化特征。究其原因是干渠長期處于輸水狀態，隨著輸水時間的延長滲漏損失量不斷減小，土質渠床滲漏飽和后不再滲漏，所以干渠灌溉水有效利用系數呈上升趨勢，而支渠只有在分配水資源時才會供水，并非時刻處于輸水狀態，所以渠道滲漏呈現出波動變化的特征[11]。

由圖1(b)可知，灌區節水改造后的灌溉水有效利用系數明顯提升，龍屯總干渠灌溉水有效利用系數在0.700～0.800之間波動變化，整體平均值0.777，處于較高水平；7支渠、11支渠、17支渠的灌溉水有效利用系數在0.621～0.722、0.591～0.672、0.525～0.650之間波動變化，整體平均值依次為0.660、0.624、0.610，整體處于更高水平。因此，續建配套節水改造工程的實施不僅明顯提高了灌溉水有效利用系數，而且使灌溉系統更加穩定，通過增加量水設施實現了渠道水量的精準控制，為維持渠系供水穩定提供了可靠保障。

3.2 防滲效益

王石灌區續建配套節水改造前、后的渠系防滲效果如圖2所示。

圖2 灌區改造前后灌溉水有效利用系數

由圖2可知，灌區節水改造后7支渠灌溉水利用系數從0.483增大到0.660，增長率達到36.5%，11支渠灌溉水利用系數從0.476增大到0.624，增長率達到31.1%，17支渠灌溉水利用系數從0.476增大到0.610，增長率達到24.7%，龍屯總干渠灌溉水利用系數從0.564增大到0.777，增長率達到37.7%；因此，續建配套節水改造工程的實施明顯提高了王石灌區灌溉水利用系數，平均增長率達到32.5%。

3.3 經濟效益

截至2021年，王石灌區節水改造工程實施后，可以新發展經濟田灌溉586.67hm2，發展水田灌溉346.67hm2，每年可獲凈效益442.57萬元，主要由作物種植結構調整凈效益和節水效益兩部分組成，其中作物種植結構調整和改善中低產田效益428.2萬元；節水改造措施實施后，由于采取渠道防滲，提高渠系水利用系數，年節水量287.33萬m3，按現行水費價格0.05元/m3，年節省水費支出14.37萬元，減少60%以上灌溉成本。

此外，通過王石灌區節水改造工程封閉了1085眼水井和620眼機井，大大降低了灌區灌溉對地下水的依賴，經現場檢測地下水位抬升了3～4m，有效防止了灌區耕地土壤鹽堿化，具有顯著的生態效益[12-13]。

4 結 論

王石灌區是葫蘆島市綏中縣境內的一個大型灌區，灌區內多年平均過境水量3.216億m3，徑流量1.384億m3，總徑流量為4.6億m3，規劃灌溉面積2.08萬hm2。然而，由于部分區段缺少量水設施使得渠道灌溉管理受到嚴重影響。現場試驗表明，多年來的節水改造大幅度提升了干支渠灌溉水有效利用率，干渠達到0.75以上，支渠達到0.60以上，龍屯總干渠增長率37.7%，節水改造工程的防滲、經濟和生態效益顯著。

本研究僅利用1年的數據評價灌區節水改造效果，為保證評價結果和測量數據科學準確性，盡可能降低偶然測量誤差，未來仍需利用多年觀測數據做進一步研究分析。