牧區水利節水灌溉工程研究

張 菲，鄭佳偉

（1.水利部牧區水利科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010020；2.內蒙古自治區水利事業發展中心，內蒙古 呼和浩特 010020）

內蒙古自治區80%以上地區都處于水資源緊缺狀態，干旱少雨，夏季氣溫高，水資源平均量僅為全國的39%，降水月份不均衡。牧區地廣人稀，水利工程基礎設施數量難以滿足實際要求，在供水能力降低的狀況下，每年都有大量的草場遭遇干旱，其面積高達200000km，水資源短缺是困擾牧區發展的根本問題，不僅制約了經濟發展，而且人畜飲水都面臨嚴重問題，從而進一步造成了牧區生態惡化。盡管近年來沙漠化治理水平有顯著提高，但是沒有完善的水利工程建設支持，荒漠化就會卷土重來。因此在牧區水利灌溉工程中，要根據草原的自然條件和生態特質選擇科學的節水灌溉技術，以水資源高效利用為目標，充分利用地表水及地下水，逐漸恢復草原生態，涵養水源，破解牧區水資源短缺的瓶頸，實現可持續發展的目的。

1 牧區水利節水灌溉工程建設的必要性

1.1 破解牧區自然條件的制約

牧區本身干旱較為嚴重，多風少雨，日照時間長，水分蒸發量大。由于牧區存在不同程度的沙漠化現象，因此地表水和地下水的儲量不足。高效節水灌溉工程的建設能夠緩解牧區水資源不足的問題，實現集約化用水，減少水資源浪費。

1.2 改善牧區生產條件

牧區居民采用傳統粗放型用水方式，這也加劇了水資源短缺的問題，高效節水灌溉工程有利于改變居民的用水習慣，推動牧區經濟發展。同時還能夠改善牧區長期缺水的現象，推動畜牧業的發展，帶動新技術和新能源的利用，改變傳統靠天養畜的方式，促進農業產業結構的調整。

1.3 有利于生態保護和恢復

草原生態原本脆弱，畜牧業生產導致草原生態退化嚴重。牧區水利建設是草原生態保護的前提，能夠大大改善生態環境，恢復草場植被覆蓋，涵養地下水資源，保障人畜供水。還能夠有效解決牧區生產和草原保護之間的矛盾，提高單位面積產草量，促進草原良性生態循環，實現牧區的可持續發展。

2 牧區水利節水灌溉工程面臨的問題

2.1 對生態功能重視不足

牧區干旱缺水較為嚴重，水資源分布不均勻，年降水量少，而且蒸發量大于降水量，這導致長期處于干旱狀態。大風頻發的天氣進一步打破了生態平衡，加劇了地表的風蝕沙化。長期以來，牧區片面存在生產功能，草原重索取少投入，長期超載地下水下降較為嚴重，生態平衡遭到破壞。同時牧區水利建設也沒有和農田水利建設擺在同一地位，導致基礎設施建設投入的不足。節水觀念不強，針對牧區自身的生態保護缺乏根本性認識，對水資源利用認識尚待提高。

2.2 水利工程基礎薄弱

內蒙古牧區以經濟欠發達地區為主，水利建設資金缺口較大，很多水利設施年久失修，工程部件老化，日常維護不足。傳統水利設施原本基礎薄弱，不能夠滿足實際生產生活的需求，而且地域自然災害能力的較弱。在資金短缺的背景下，單純依靠財政不足支撐牧區的水利建設，高效節水工程的持續性較差。灌溉工程的標準低，缺乏完善的配套設施，依賴地表水的灌區，節水效果差。灌區渠系防滲率低，蒸發量過高，很多設施亟待重新建設。

2.3 先進的節水技術仍有待推廣

粗放型發展模式下，牧區水利資源利用率低，灌溉方法不當，大水漫灌、跑冒滴漏現象仍然較為普遍。在目前的水利工程中，有效節水的措施較少，先進的設備不足，這導致用水主體缺乏節水的積極性，不會運用和掌握先進的節水技術，灌溉效率較低。各地對規劃編制重視不夠，深入調研不足，對突出問題缺乏有效的治理措施，由于監測體系不健全，科研投入不足，節水技術科學性有待提高。灌溉工程配套差，由于灌水方法粗放，灌區的輸水渠道防滲率低，配套差，導致水資源浪費現象較為嚴重。灌溉管理技術水平落后，群眾對灌溉定額的概念模糊，使實際灌溉定額遠大于設計灌溉定額，灌溉用水保證率遠低于要求。

3 牧區水利節水灌溉工程的實施策略

3.1 工程總體布置方案的選擇

（1）規劃要細致分析自然環境，以提高整體水利工程的節能灌溉效能為目標，將灌溉技術與科學技術相結合?？傮w布置要盡量不改變原有設計，符合地形地貌要求，盡量不改變原有布置，充分利用現有水利設施，做好水土保持。（2）因地制宜做好水源方案的選擇，有機井處使用地下水，無機井處使用地表水，地表水要經過濾器處理，一般沉砂池等設施要布置在灌溉條田最高處，靠近供水渠道。（3）要根據牧區的地形地塊等特點進行骨干管網布置，如果要經過條田、道路、林帶、居民區等區域，那么管線應該沿田埂及道路一側鋪設，方便大型機械作業。按照 “路成線、管成網”的原則，加大技術改造，打造高標準的灌溉網絡。（4）以節能節水為原則，使用風能、太陽能、水勢能等綠色能源取水灌溉，適應牧區陽光充足、風力資源富余的特點，將先進的設備和節水優質高效灌溉制度結合起來，打造綠色循環的水資源生態系統。（5）要注重灌溉工程的可持續性，提高工程的耐久度，在選材過程中既要注意到材料的強度和使用壽命，又要方便后期的維護和管理。比如材料要耐腐蝕，耐高溫，在低溫下脆性低，能夠長期保持強度。可以選擇UPVC 管材質，其質量輕，抗化學性好，抗酸堿性能強，成本低，施工簡易，容易切割。

3.2 推廣高效節水灌溉技術

采用微灌和噴灌等形式，噴灌模式適合草原空曠地帶的地貌，其射程大，噴射范圍廣。而且鋪設管道較少，塑料噴頭的成本也較低。但是牧區風沙較多，風向會改變噴出的水，造成不均勻現象，近處作物容易造成損傷，而遠處作物可能會缺水。使用微噴灌技術能夠實現精準噴灌，但是其噴灌范圍較小，而且需要使用的噴頭也較多。滴灌技術對水資源的利用率最高，在牧區應該大力進行推廣，讓灌溉水緩慢、均勻、定時、定量地輸送到作物根部，實踐顯示，其節水每畝超過200m。在一些重點區域，積極推進水肥一體化和膜下滴灌等技術，逐漸恢復生態。使用微噴帶技術，集合了以上幾種技術的優勢，在管道上打孔，通過壓力調節出水量，但是容易產生水資源浪費現象。采用低壓管道供水方式，根據本地區的自然條件和耗水規律計算輸水量，通過控制閥調節水量，以減少名渠輸水的蒸發量，其利用系數可以達到0.95以上，土壤濕潤比100%，在此基礎上編寫灌水定額計算表。將管道輸水和噴灌、滴灌等方式相結合，實現綜合節水的目的。具體來說，輸送過程中多采用低壓管道輸水方式，終端送水可以采用滴灌和草下輸水等方式，減少水分蒸騰。同時，還應該使用綠色能源技術，在內蒙古地區，風能和太陽能都比較豐富，要充分將這兩種能源轉化為輸水的動力，在節約能源的同時減少水分蒸騰和風力侵蝕，更好地保持水土。

3.3 加強牧區生態保護

將水利工程建設與改善和恢復草原生態系統相結合，落實最嚴格的水資源管理制度，通過高效節水灌溉工程的建設實現牧區生態保護。比如實施圍封休牧措施，讓天然草場休養生息，減少經濟開發中的破壞。充分發揮草原生態系統的自我修復能力，建設“小綠洲”、保護“大生態”。通過人工造林、飛播造林等方式建立自然生態屏障，在水土較好的地區采用人工種草造林等方式進行綠化。采用人工引水的方式建立荒漠水庫，采用先進的蓄水技術，不斷提升周邊綠化水平，避免出現干涸現象?！耙运ú?、以草定畜”，改變畜牧業與生態環境爭草爭水的現象，在水源地建設高效節水灌溉飼草料地，完善水、草、林、料、機等配套設施。采用淺耕翻、補播、施肥、封育等措施實施改良，逐漸改良草場，實現生態恢復。優先開發地表水，減少地下水消耗，嚴格限定地下水的開采量。在牧區范圍內逐步推行節水灌溉，改變過去大水漫灌的現象，切記要改變過去一刀切的盲目發展模式，科學制定發展規劃。要充分利用智能監測技術，給每片草原建立詳細的生態檔案，通過生態修復逐漸改善草原靠天補水的局面。要保護水生態，除了增加草原植被覆蓋之外，還應該改變傳統畜牧業經濟結構，推動生態產業建設，大力發展綠色生態旅游業，加大“三生”交錯帶生態治理，全面治理牧區水災害，高效利用水資源，從根本上改善牧區水生態。

3.4 大力推動水利基礎設施建設

加大資金投入，通過政府投入、社會集資、企業參與、大眾捐贈等方式，拓展籌資渠道，全面推動水利基礎設施建設。落實中央十一屆財經會議精神，將水利工程建設作為新時期牧區工作的重中之重，在財政、金融、土地、人才建設等方面予以大力支持，補足短板，形成合力。全面推進牧區水網建設，完善綜合配套體系，開展的系統節水工程規劃，因地制宜使用先進的節水設備。突出節水增效示范作用，帶動周邊牧區積極參與到節水工程中。以某3800畝的灌溉區為例，該區域主要種植牧草，根深為32cm，適合采用低壓管道噴灌方式。灌溉水源選擇一小溝道，靠地下水、降水和雪水供給，采用有壩取水方式，經沉砂池至 300m地下高位蓄水池，然后輸送到各灌溉毛細管樁。為節約噴灌的能量消耗，采用太陽能和風能提水，在坡度適合處以低壓管道自流噴灌。溢流壩采用梯形平頂堰，上下游護坡斷面形式為重力式，全部使用鋼筋水泥澆筑。高位蓄水池設計為圓形地下結構，滿足蓄水需求。管材選擇上使用抗低溫性能好的PE管，降低造價，提高耐久度。埋設在凍土層以下，沿道路鋪設，與建筑物基礎、圍墻基礎的凈距離分別大于3.0m和1.5m，力求鋪設最短，輸水優先采用重力方式，提水優先采用太陽能和風能。

3.5 對現有設施進行節水改造

調查顯示在牧區實質性損害的機井較多，老舊工程項目取水深度不夠，輸水過程中無效損耗過多，配套設施也亟待完善。因此需要對機井灌溉工程進行大規模改造，力圖將機井和設備的完好率提升到100%，讓所有機井都能正常作業。機井可以配置太陽能光伏泵等先進設備，并入電網，提升電力保障。對牧區進行海綿化改造，除了傳統的水源地涵養林、坡地植被保護、植被群落覆蓋修復之外，還應該建設海綿道路，引入雨水花園，構建蓄水渠，打造濕地系統，提升蓄水能力。進行渠道供水改造。為降低成本，減少土方工程量，充分利用現有水渠，對于密實性較好的渠道，在原有渠道基礎上進行防滲改造。將渠道流速控制在3m/s左右，部分區域采用全斷面8cm 厚現澆砼襯砌，提升耐用度和利用率。具體設計如圖1所示。在需要縮短工期的區域，可以采用6cm 厚預制砼板襯砌，提高施工效率，改變現澆筑方法澆筑點線長的缺點，但是成本未來還需要降低，如圖2所示。

圖1 現澆方案

圖2 預制板方案

4 結語

水資源短缺會造成牧區植被退化，草原生態惡化，是制約牧區發展的根本因素。因此必須大力推動水利基礎設施建設，充分利用各類高效節水灌溉技術和設備，最大限度上減少水資源浪費。