吉木薩爾縣高效節水建設項目淺析

趙 華

(新疆昌吉方匯水電設計有限公司，新疆 昌吉 831100)

1 項目區概況

吉木薩爾縣行政隸屬昌吉回族自治州，地處亞歐大陸腹地，是古代“絲綢之路”新北道通往歐亞諸國的必經之路。行政區地理位置E88°30′～89°30′，N43°30′～45°30′，呈南北向帶狀分布。縣域東西寬60km，南北長214km，總面積8117km2，占昌吉州總面積的10.47%。吉木薩爾縣城至烏魯木齊市171km，G216國道和S303省道貫穿縣境，交通便利，地理位置優越。吉木薩爾縣下轄6鎮3鄉(吉木薩爾鎮、北庭鎮、二工鎮、三臺鎮、老臺鄉、慶陽湖鄉、大有鎮、新地鄉、泉子街鎮)，11個社區、57個行政村，境內駐有兵團農六師107團和紅旗農場。本次實施項目區位于吉木薩爾縣二工鎮六戶地村、上溝村、下六戶村，距離吉木薩爾縣城15km。

2 現狀問題

項目區屬資源性缺水和工程性缺水并存的區域，隨著流域以及地區社會經濟的飛速發展，對水的需求量逐年增加，流域水資源供需矛盾將日漸突出。項目區目前存在的主要問題：現狀地塊面積小，以戶為界，大小不一；雜小地塊坡度不一，種植方向不一，不利于標準化、規模化經營和管理；田間節水灌溉投入不足，農民用水節水意識不足，嚴重影響了灌區正常的農業生產活動。

3 工程任務和規模

工程任務為建成高效節水農田面積合計401hm2。其中，六戶地村167hm2、上溝村57hm2、下六戶村178hm2。

本次吉木薩爾縣2021年二工鎮高效節水農田建設總面積401hm2，依據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》[1](SL 252-2017)和《灌溉與排水工程設計標準》(GB 50288-2018)，工程規模為小(1)型工程，工程等別為IV等，主要建筑物為4級，次要建筑物為5級[2]。

建設內容為改造滴灌面積401hm2。水源采用地下水，依據工程總體布局，配套首部過濾器及施肥罐，滴灌系統共劃分為10個井水加壓滴灌系統；重建井房10座；配套過濾器10套、施肥罐10套(其中下六戶地村系統五、六戶地村系統三，配備水肥一體化設備)。

表1 高標準農田建設項目主要建設內容統計表

4 灌溉工程布置

4.1 灌溉方式的選擇

灌溉方式的選取一般有常規地面灌、噴灌、滴灌、低壓管道灌等幾種方式，不同模式適用的環境和對象不同，本項目任務是建設高效節水農田，并配套灌溉系統，提高水資源利用率，提高灌溉保證率，保證農作物的灌溉用水。根據項目區水源條件、水資源管理政策、工程投資、后期運行管理投入、地形地貌、土壤條件、作物的種植模式、生產技術水平、經濟發展要求、灌溉技術的可靠性、灌溉材料設備的經濟性等多方面考慮，滴灌是最適宜的灌溉模式，其原因是灌水均勻、控制性好(包括控制灌水深度，范圍及灌水量等)，節水效益顯著。因此具有明顯的省水、省肥、省藥、省工、增產、增效的特點。根據新疆近幾年的滴灌推廣經驗，與常規地面灌溉相比，滴灌可大幅度節水，并減少田間滲漏水，作物增產20%以上；作物生長期內無需機力進行中耕、施肥及打藥等，節省勞力50%以上。

4.2 管材比選

目前常用的管材有玻璃鋼管、高密度聚乙烯(HDPE)管、硬聚氯乙烯(PVC-M)管、聚乙烯管(PE管)，各有優缺點，下面從施工進度、使用壽命、管材運輸、防腐性能、承受內壓、抗震及斷裂韌性等方面進行比選分析，具體詳見表2。

表2 各類管材比較表

項目區為土地平整后實施的滴灌，地形起伏不大，對管材韌性要求不高，為節省投資，結合工程特點，綜合比較分析后，本次工程干管、分干管管材選用PVC-U管。

4.3 過濾系統形式選擇

目前，滴灌系統采用的過濾形式主要有2種：離心式過濾器加網式過濾器組，全自動反沖洗砂石加網式組合過濾器。

離心加篩網式組合過濾器由水泵供水經水管切向進入罐內，旋轉產生離心力，推動泥砂及其它密度較高的固體顆粒向管臂移動，形成旋流，促使泥砂進入砂石罐，清水則順流進入出水口。完成第一級的水砂分離，清水經出水口、彎管、三通，進入網式過濾器罐內，再進行后面的過濾。根據已實施滴灌工程經驗和項目區的水源特點，本次節水灌溉工程水源為井水，采用離心式過濾器加網式過濾器組更加經濟適用。

4.4 灌水器的選擇

滴灌系統的“心臟”就是滴頭，其質量和性能決定了滴灌工程的性能和投資。目前滴灌灌水器的主要形式有管上式滴頭和內鑲式滴灌管(帶)、圓柱壓力補償式滴灌管3種。管上式滴頭的抗堵性較差，施工安裝較繁瑣，且不能淺埋，必須回收。圓柱壓力補償式滴灌管使水在管內形成洶涌的水流，因而抗堵塞性能強，適用于長度較長、起伏較大的地塊。單翼迷宮式滴管帶一次真空整體熱壓成型、紊流態多口出水，抗堵塞能力強，出水均勻，可達85%以上，重量輕，安裝管理方便，人工安裝費用低。經比較單翼迷宮式滴管帶較為經濟，故本項目選擇單翼迷宮式滴管帶，技術參數：工作壓力為0.1MPa；毛管直徑為Φ16；滴頭流量為玉米2.1L·h-1；滴頭間距為0.3m。

4.5 管網布置選擇

項目區以井水為水源，本次設計考慮各灌水小區壓力均衡，井位決定了管網的布置方案。滴灌管道分為干管、分干管、支管、毛管。干管平行于等高線，或與等高線小角度相交，管線方向坡度值小。分干管與等高線大角度相交，管線方向坡度值大。毛管順作物種植方向。

4.6 管理設施布置方案

項目區內現有井房均面積較小且年久失修，存在極大的安全隱患，對農田管理極為不便。因此，本次將對現有老舊井房進行更新改造。

本次重建井房10座，單座建筑面積24m2，磚墻外圍護加彩鋼頂(藍色巖棉板夾芯板)，層高2.8m，將首部設備全部放入井房內。

5 效益分析

本項目通過對田間工程建設，使401hm2農業建設成為“優質、高效、高產”的農業；為實現流域與區域水資源可持續利用和農業可持續發展提供科學、合理的技術和管理經驗；通過高效節水灌溉項目的實施，灌區綜合毛灌溉定額顯著降低，與現狀年相比，項目實施后水資源有效利用率有了明顯提高，充分發揮了灌區節水灌溉工程效益。滴灌系統利用施肥裝置后，肥料、農藥隨水施入，不僅滿足了作物生長發育所需要的養分，且提高了肥料、農藥的利用率。

5.1 社會效益分析

實施高效節水灌溉工程，不僅使土地能夠得到充分利用，還可使農牧民群眾增產增收，初步提高生活水平，有利于人心安定、社會安定，有利于國家綜合國力的增強，對農村種植業結構調整起到積極的作用。對改善農村的生態環境，提高農民節約用水、保護水土環境、樹立可持續發展的意識都有較大的增強。

5.2 經濟效益分析

本工程的經濟效益主要包括項目建成后的增產效益及省水、省地、省肥的效益。

5.2.1 增產效益

項目建成后，小麥單產由目前的7500kg·hm-2提高至8625kg·hm-2，增產幅度可達到15%，玉米單產由目前的9000kg·hm-2提高至10350kg·hm-2，增產幅度可達到15%，瓜菜單產由目前的5250kg·hm-2提高至6030hg·hm-2，增產幅度可達到15%，增產效果明顯，水利分攤系數0.4，共增加效益35.02萬元。

表3 項目實施前后效益對比表

5.2.2 節肥效益

滴灌利用施肥裝置后，肥料隨水施入，不僅滿足了作物生長發育所需要的養分，且提高了肥料的利用率。根據新疆北疆膜下滴灌管理經驗，采用膜下滴灌后比常規灌節肥434.35元·hm-2，則401hm2滴灌節肥效益為17.44萬元。

5.2.3 省工效益

由于滴灌系統的機械化程度高，可以大大降低灌水勞動強度，節省大量的勞動強度。常規灌溉一般1人只能管理2hm2，滴灌1人可管理4hm2，400hm2可省勞動力100人，按人均年收入5307元計，共節約費用53.07萬元。

5.2.4 節水效益

通過高效節水灌溉項目的逐步實施，灌區綜合毛灌溉定額的降低，通過水資源供需平衡分析灌區每年可節約水量19.27萬m3，保證了農業經濟的發展，推進水利及國民經濟的可持續發展，與現狀年相比，項目實施后地表水資源有效利用率有了明顯提高，充分發揮了灌區節水灌溉工程效益。按現行標準0.113元·m-3計算，則工程節水效益為2.18萬元。該項目實施后，增加總效益為107.70萬元。

5.3 生態效益分析

節水灌溉工程實施后，使水土資源得到有效的利用和合理的配置，改變了項目區的田間小氣候，水土流失得到有效的控制，植被覆蓋率大為提高，同時可以涵養水分，調節氣候，凈化空氣，保持生態平衡，不僅為農業生產創造了財務財富，而且創造了穩定的社會環境和自然生態環境。

6 結論

通過本次高效節水農田建設項目實施，配套完善田間滴灌系統，調整優化農村經濟結構，提高項目區水資源有效利用率，減少農業用水，改善灌溉條件，落實最嚴格水資源管理制度，在一定程度上緩解了灌區供需矛盾，并有利于提高農業生產效益，從而減輕農民生產性投入支出，促使糧食產量穩定增加、品質穩定提高、農民收入增加，達到農業經濟可持續發展的目的。