固原市原州区沈家河库井灌区节水改造工程实施方案综合分析:固原市原州区沈家河特色旅游度假区

　　摘 要：沈家河水库灌区是以库灌为主，局部又有纯井灌和库井结合灌等特点，文中就该灌区节水改造实施方案的争议问题，通过灌区现状分析，在对水利专家们提出的不同设计意见建议基础上，经过两种设计方案对比分析研究，确定出最优设计方案，作为项目实施方案。
　　关键词：中央财政小型农田水利重点县建设项目 节水改造 水资源优化配置
　　
　　固原市原州区位于宁夏南部山区，是国家级贫困县之一，资源性缺水与工程性缺水并重成为制约其农业经济发展的瓶颈因素，随着西部大开发战略的逐步实施，中小型水库的病险加固改造工程逐步实施，改造后水库蓄水量逐渐增加，许多水库灌区现存的主要问题已不是缺水问题，而是水资源如何配置和高效利用问题，因而水库灌区节水改造工程建设成为目前水利工程建设的重中之重和首要任务。2010年按照中央财政小型农田水利重点县建设条件，固原市原州区沈家河水库灌区被定为原州区2011年小型农田水利重点县建设项目区。由于沈家河水库灌区原配套不够完善合理，而灌区节水改造即要满足重点县建设相关指标规定，又受资金限制（主要是地方财政配套资金），且该灌区是以库灌为主，局部又有纯井灌和库井结合灌等特点，因而在灌区节水改造实施方案上一直存在争议，本文通过对灌区现状进行分析，在对水利专家们提出的不同设计意见建议基础上进行综合分析和研究，提出最优设计方案，作为项目实施方案。
　　一、沈家河库井灌区现状
　　（一）地理位置及范围
　　沈家河水库灌区始建于1960年，是目前固原市原州区最大的库灌区，灌区主要分布在固原城市北部头营镇境内，地理位置为东径106°15′～106°17′，北纬36°04′～36°08′。灌区原设计灌溉面积4.0万亩，有效灌溉面积3.3万亩，目前实有可控制灌溉面积3.02万亩，其中东干渠控制灌溉面积1.7万亩,西干渠控制灌溉面积1.32万亩，灌区涉及头营镇7个行政村44自然村的农田灌溉，受益人口1.73万人。由于现状灌区水利工程损坏严重，灌区配套标准低，水资源浪费严重，目前灌区实际灌溉面积约1.5万亩。
　　（二）库灌区总体布置
　　灌区居于清水河两岸，呈狭长带状，整体地势南高北低，且东西两岸地势较高，中部河谷地带地势较低，东西两岸有多条冲沟，呈“U”字型。沈家河水库灌区大体布设干斗2级渠道,由总干渠，东西2条干渠，1条西高支渠，81条斗渠，3条农渠控制灌溉。总干渠及东干渠居于清水河东面，依东部山脚基本沿等高线由南向北布设，且靠临中宝铁路，东干渠兼顾灌溉及泄洪双重任务，总干渠长0.226km，后接东干渠长14.274km，沿总干及东干渠东西向布设有斗渠46条，斗渠长150-2800m，间距200-600m；西干渠从河道所建拦河坝取水（灌溉期从总干渠泄水闸分水，经东西向泄洪沟输水至河道），沿西部较高地势从南向北搌布，长9.68km，沿西干渠西东向布设斗渠30条，并设西高支渠1条，基本和西干渠平行布设，全长4km，衬砌长1km，西高支渠设斗渠5条，西干渠斗渠间距150-500m。该灌区没设排水沟渠，排水直接由渠道下泄入清水河。沿所有斗渠每25米左右设1农口，水由农口直接入田间临时农（毛）渠进行输水灌溉。
　　（三）渠道衬砌配套情况
　　干渠1961衬砌，后经4次维修改造，目前除2004年配套的东干最末端1.32km渠道完好，其余渠道80%老化或损坏，淤积严重。西干渠除2005年衬砌的上游1.80km干渠及农业综合开发项目配套的二营设施农业区北部0.68km干渠相对较好，其余的渠道老化损害严重，西干渠所设西高支渠衬砌渠道基本报废，由于原渠道沿头营梁半山腰布设，受洪水冲刷，损坏淤积严重，现上段衬砌部分灌溉，下段基本没有灌溉。现状灌区除2004年以来维修改造的部分渠道相对较好，其余渠道老化损坏严重，输水损失大。目前，整个灌区渠道总长106.08km，渠道衬砌长50.56km，防渗衬砌率为47.66%，渠道完好率不到35%，建筑物完好率30%左右，渠系水利用率低，约53%，田间大畦漫灌，田间水利用率不到85%，整个灌区灌溉水利用率约45%，亩均毛灌溉定额340m3/亩，几乎一大半的水资源被浪费掉了。
　　（四）灌区机井布置及配套情况
　　灌区机井多为70年代中期后气候持续干旱，国家为解决灌区严重缺水而陆续投资建设的小型灌溉水源工程。灌区现有机井83眼，多居于清水河两岸，地势较低，井距150～600m，井深50～150m不等，单井出水量大部分为50m3/h,现状机井除二营设施农业配套3眼机井外,其余机井几乎全部为土渠输水，自流灌溉，灌溉水利用率低，不到60%。
　　（五）灌区水库及水资源情况
　　沈家河水库建成于1960年，至今加固改造过2次，2005年沈家河水库除险加固改造工程建成后，水库总库容4749万m3，水库年蓄水量增加，年灌溉可供水量约532.5万m3，加上当地83眼机井年可供210万m3地下水，灌区年可供灌溉水量总计约742.5万m3。
　　通过灌区节水改造工程建设将提高水资源利用率，降低毛灌溉定额，节约水量将恢复1.8万亩灌溉面积，实现3.02万亩灌溉面积，灌区节水改造工程建设十分必要。
　　二、灌区存在的主要问题及原因分析
　　（一）灌区配套不完善，配套标准低，且衬砌配套渠道老化损坏严重，灌区灌溉水利用率低
　　灌区初建时，由于国家投入资金有限，地方穷困又拿不出配套资金，灌区建设主要依靠国家投资，当地农民投劳完成的，因而工程建设标准低，灌区只设干斗两级渠道，沿干渠布设的斗渠间距大，200-600m，也没有按干、支、斗、农四级布设，渠系布置不合理。同时渠道衬砌也不完善，衬砌率低，目前衬砌率不到50%，近一半渠道为土渠。灌区也缺乏必要的量水设施和调控设备，严重影响各级渠道水量分配和水价估算。目前，整个灌区渠道完好率不到35%，建筑物完好率30%左右，渠系水利用率约53%，整个灌区灌溉水利用率约45%。
　　（二）水土资源配置不尽合理，井渠不能很好的结合，不能充分有效利用当地表水和地下水
　　该灌区灌溉水源主要为水库水，机井水基本作为补充灌溉水源，2005年沈家河水库除险加固改造后每年可供灌溉水约532.5万m3，由于渠道衬砌配套不完善且损坏严重，部分渠道末端和距离水源较远地方不能得到水库水灌溉，地表水不能充分有效利用,而灌区机井大多分布在清水河两岸附近,地势相对较低，且自流灌溉,因而单井控制灌溉面积相对较小,地下水也不能充分有效利用,而有些地方机井少而面积大,又出现局地地下水超采现象。由于以上诸多因素，灌区3.3万亩中有近1.8万亩地不能得到水源灌溉,灌区水土资源不能很好配置,充分利用。
　　（三）现有干、斗渠渠道断面偏大，维修改造投资大
　　沈家河水库干渠及东干渠属傍山渠道，沿途4条大沟道除2条泄洪外，干渠西侧多为村庄及农田，东边又有与之相临20―150m的中宝铁路，没有修建排洪沟的条件，东部大部分洪水沿渠边进入干渠，因而东干渠渠道断面大。经复核，已衬砌配套的东干渠由上到下三个梯形断面最大泄洪流量分别为18.7m3/s、13m3/s、7m3/s；西干渠已衬砌配套的梯形断面复核流量为3.72-4.16m3/s，干渠上段桩号1+400―2+934m段，属傍山渠道，洪水由已建的秦家湾排洪渠排出，2+934m以后渠道沿台塬地修建，只有少量坡面径流汇入渠道，洪水对干渠威胁不大，但渠道断面没变。现状总干渠灌溉设计流量为3m3/s，东干渠灌溉期流量按2.0m3/s，西干渠灌溉期流量按1.0m3/s。由于原灌区各级渠道没有严格按照设计灌水率及科学灌溉制度确定设计流量，总体灌溉制度粗放，基本大水漫灌，灌水方式一般干渠续灌，斗渠分组轮灌，因而干渠灌溉设计流量较大，断面也大，相应的，斗渠设计流量大，大部分为0.3m3/s，少数后开设的斗渠流量为0.1m3/s，斗渠渠道断面也大。总体来说，整个灌区按原断面维修改造，其投资较大。
　　三、实施方案分析选择
　　在工程规划设计中，我们前后设计过两个不同方案，一个按低标准节水改造方案，一个按高标准节水改造方案，经过水利厅有关专家三次审查，设计单位不断修改和完善，拟定了最终实施方案，各方案及拟定实施方案如下：
　　（1）方案一（低标准改造方案）：
　　该方案以尽量不改变原灌区布置，对原有渠道尽可能利用、少占用农民耕地为前提，在距离较大斗渠间适当增设一些斗渠或分斗渠，基本按照200米左右斗渠间距布设，机井根据灌溉需求布设扬水管道，并沿管道50米左右设给水栓。
　　干渠改造措施：东干渠按原断面进行维修改造，西干渠新增1.4公里输水渠道，改河道取水为直接从总干渠西侧取水，断面按照原西干渠断面。
　　渠道衬砌配套措施：按原断面维修原损坏较少渠道，按新设计流量，新设计U形断面，衬砌配套老化损坏严重、未衬砌的斗农渠及新增加渠道；各级渠道灌溉设计流量严格按照设计灌水率及灌溉制度进行，同时参考重点县建设相关指标和规定，道路、林带均按规范要求进行设计。
　　灌区机井配套方案:规划配套现有灌溉条件较好机井77眼，由于大部分机井位于灌区地势较低处，根据实际灌溉需要布设扬水管道，且设给水栓。其中局部18眼纯机井灌区管网布置以单井为单位，设干支两级管道；59眼井渠结合灌区机井,除3眼80m3/h机井布设干、支两级管道，其余机井根据控制灌溉面积范围及大小均布设一条扬水管道，沿管道每50米左右设1给水栓进行灌溉。灌溉期根据农户需求可井灌也可渠灌，部分地势较高且距离渠道较近机井通过设引水入渠管道实现井渠结合灌溉。根据井泵扬程需要需更换部分井泵。
　　方案一效果分析：
　　优点：①工程投资相对较小，只需国补资金就能建成，初步设计末级渠道改造总投资2175.78万元，（其中渠灌总投资1668.52万元，井灌总投资504.26万元），亩均投资720.5元，干渠改造总投资1437.17万元。
　　②占用耕地面积小，为396.08亩；
　　缺点：①节水效果不显著，尚不能满足灌区3.02万亩可控制灌溉面积需水要求。经推算，该方案灌区最大灌溉水利用率为0.597，3.02万亩灌区总灌溉需水量为767.8万m3，而灌区最大可供灌溉水量为742.5万m3，不能满足灌区需水要求。
　　②地块较长，农户机械耕作方便。
　　③渠道间距大，井渠结合灌溉效果差。
　　④干渠开口增多，在兼顾防洪任务下安全系数降低。
　　⑤按照200米间距布设斗渠，将出现一渠控制多村现象，这样不便于农民用水协会协调管理。
　　（2）方案二（高标准节水方案）：
　　灌区改造方案：按照小型农田水利重点县建设有关规定及节水灌溉技术指标：中型灌区渠系水利用率不低于0.7，渠道防渗率不低于50%，旱作物田间水利用率不低于0.9，灌区亩均渠道长度6-10m。沈家河库井灌区为中型灌区，要彻底实现灌区节水灌溉，必须提高节水灌溉工程建设标准，主要通过增设田间灌溉渠道，提高渠道级别和单位面积渠道长度，完善田间工程配套建设，提高工程完好率和配套率，提高渠系水利用率。
　　结合灌区现状渠道和作物种植结构，兼顾灌溉管理，增设部分支渠，支渠基本平行干渠布置，且按照所属村队地界划分核定控制灌溉面积，便于配水和管理，在原斗渠之间增设部分斗渠或分斗渠，斗渠间距控制在100m左右，少数与地块平行布置斗渠需增设农渠，间距80-100m，田间建筑物如量水设施、分水节制闸，斗农门，跌水陡坡等配套完善。东干渠改造方案与方案一基本相同，但通过相关水文及水力计算，为提高防洪标准，维修加固原泄洪建筑物3座，新建泄洪建筑物5座。西干渠在保留方案一基础上将渠道按照新设计流量全部改造成“U”形断面，以减少占地，增加路面宽度。原西高支渠从西干渠取水，考虑到原西高支渠输水线路4km长，且盘山而行，不仅维修改造规模大,投资高,且渠道受山洪威胁,稳定性差等因素，经方案比较，拟定将西高支渠废弃，沿原西干渠向北设一条支渠（名为西干三支渠），后面与原西高支渠一分支渠相接。斗农渠衬砌配套措施同方案一，只是间距上有所不同。其余均按规范要求设计。
　　灌区机井配套方案：灌区灌溉条件较好的77眼机井，对于18眼纯机井灌区机井，管道布置以单井为单位，设干支两级管道；59眼井渠结合灌区机井,将地势较低且自流灌溉面积较小机井布设1条扬水管线，管线长度根据机井最大尽可能控制灌溉面积确定,将水扬至渠道较高处，通过渠道灌溉以增加灌溉面积；距离渠道近,地势较高机井，只需布设1条引水入渠明渠与机井连接，实现井渠结合灌溉。管道不设任何给水栓，机井配套管道尽量避免影响渠道布设，根据扬程需要更换部分井泵。
　　水资源优化配置方案：沈家河水库灌区按照所利用水资源的不同可划分为纯库灌区、库井结合灌区和纯井灌区,面积分别为14040亩、13510亩、2650亩，在75%保证率情况下，灌区水库可供水量为532.5万m3，机井可供水量为172.7万m3。按照灌区节水改造规划设计资料：按照节水改造后灌溉水利用率0.65计，灌区3.02万亩地灌溉总需水量705.2万m3，其中18眼纯机井灌区综合灌溉定额182.34m3/亩，渠灌区综合灌溉定额238.42m3/亩，相应分配给纯库灌区库水334.79万m3、纯井灌区机井水量为48.32万m3，对于井渠结合灌区，在冬灌或播前灌溉时，灌区全部采用水库水灌溉，库水用量大约为197.64万m3，在作物生育期用水紧张阶段，可采用机井水补充灌溉，库井结合灌区内机井灌溉按2次，不能多于3次，机井调配水量约为124.41万m3。通过这样调配后，达到水资源供需平衡，实现了水资源优化配置。
　　方案二效果分析：
　　优点：①节水效果显著。按该方案实施后，灌区灌溉水利用率将提高到0.67，灌区灌溉定额将减少，计算得灌区3.02万亩灌溉面积年灌溉需水总量为705.2万m3，按同样的3.02万亩灌区面积，现状灌溉定额340m3/亩估算，将节约水量321.6万m3，节约水量达30%以上。该方案节水效果非常明显。
　　②水资源达到优化合理配置。具体见上述水资源调配方案。
　　缺点：①工程投资较大，初步设计末级渠道改造总投资3394万元，亩均投资1124元/亩（其中渠灌总投资2917万元，井灌总投资477万元），干渠改造总投资1602万元。
　　②占用耕地面积大，约982亩，同时地块较短，机械耕作不方便，农户大多不愿接受，工程实施难度大。
　　（3）优化方案（即实施方案）：
　　综合分析前两个方案，不难看出，方案一节地但不节水，方案二节水但占用耕地较大，而且地块长度变短，农民耕作不方便，不易接受，因而在土地承包责任制下渠道占用耕地对农民的负面影响较大，该方案可操作性不强，实施阻力大，且方案二工程投资大，在国补资金有限，地方配套资金不能确保条件下很难实施完工。鉴于以上分析研究，在综合考虑即要节水又不占用太多耕地，且工程总投资又符合中央财政资金安排，建议大体保留第二套设计方案，但根据地方实际情况建议在渠道间距上适当放宽，不严格按照标准的100m间距，按150-200m间距布置斗渠，并减少部分渠边道路（主要指该渠相临两边渠道设有路的），同时，结合实际建设条件，干渠道路由规范设计的7.0米降到6.0米，支渠基本平行干渠布置，可不设道路，另外减少新建斗渠生产桥和农桥数量，且不新增设林带，以最大限度降低投资，其他建筑物均按有关设计规范和标准进行。
　　按照此方案，经再次设计和预算编制，末级渠道改造总投资确定为1895.64万元，亩均投资627.7万元，（其中渠灌总投资1574.95万元，井灌总投资320.69万元），干渠总投资1325.4万元。资金筹措为国补资金及省级配套资金，地方配套资金折合为地方群众投工投劳，主要用于部分田间道路修整及各自田间小畦的整修。
　　优化方案效果分析：
　　①与方案二相比投资明显降低，该方案末级渠道改造总投资确定为1895.64万元，亩均投资627.7万元，该方案道路规模大减，投资为77.91万元，且不增设林带，而方案二道路投资735.02万元，林带投资119.59万元。需要说明的是，该方案在道路和林带设置上虽不尽合理，但是工程占耕地面积大大减小，老百姓容易接受，且对于本就贫穷落后的固原地区，其地方财政配套资金也大大降低，工程实施的可行性强。如根据实际要求，确实需要增设部分道路或林带，水利部门应积极争取，整合农业综合开发项目或交通、林业等各方项目资金，整合资金需要政府出面协调处理，用于灌区全面合理建设。
　　②节水效果。按该方案实施后，灌区灌溉水利用率将提高到0.65，计算得灌区3.02万亩灌溉面积年灌溉需水总量为740.12万m3，将节约水量286.68万m3，节约水量可恢复灌区1.8万亩地灌溉需水要求，经估算灌区年最大可供灌溉水量为742.5万m3，灌区水资源供需平衡，节水效果明显。
　　③水资源达到充分有效利用和优化合理配置。与上述水资源调配方案基本相同，可通过适当调节机井灌溉时间，满足灌水需求。
　　④占用耕地面积小，同时地块较长，机械耕作较方便。
　　两种设计方案和优化方案主要技术指标归纳如下表
　　四、结论
　　固原市原州区沈家河水库灌区节水改造实施方案经过综合分析论证：以中央财政小型农田水利建设标准为依据，兼顾土地承包责任制下土地征用对农民的影响，以尽可能少占用耕地为前提（通过适当增设渠道，减少道路和林带占地），方便灌溉管理为主，同时减少地方配套资金，争取整合其他资金。其优选实施方案为：保持原总、东干渠位置及断面不变，维修加固原泄洪建筑物3座，新建泄洪建筑物5座。西干渠改从河道取水为从总干渠建分水闸直接取水，增加输水明渠1.4km，断面均为U形。根据节水灌溉建设标准，增设部分支渠、斗渠和农渠，支渠按其控制村队灌溉范围界定长度及面积，支渠基本平行干渠布设，间距500-2000m，斗渠基本垂直干渠和支渠布设，间距150-200m，部分斗渠（基本平行等高线布置）需增设农渠,农渠大致垂直等高线布置,间距150左右，部分双向灌溉农渠间距200m左右。将西高支渠废弃，沿原西干渠向北设一条支渠（西干三支渠），与原西高支渠一分支渠相接。渠道衬砌配套措施同方案一所述，机井改造配套方案同方案二所述。
　　工程效益：工程实施后，可改善灌溉面积1.22万亩，恢复灌溉面积1.8万亩，灌区年农业增产增收净效益618.41万元，人均增收357.46元。工程还本年限6年，经济效益显著。该工程实施能有效地加快该地区的农村经济发展，增加农民收入，改善生态环境，迅速提升小型农田水利建设水平和管户水平，为全方位推动小型农田水利实现跨越式发展起典范带动作用，项目实施具有充分的必要性和可行性。
　　（作者单位：原州区水务局 宁夏固原）

推荐访问:固原市 井灌 节水 实施方案