内容发布更新时间 : 2024/12/26 1:49:56星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
节水灌溉论坛 会议论文
井渠结合——北方灌区建设的基本方向
田园
国家节水灌溉北京工程技术研究中心
建国50年来,我国的灌溉事业有巨大发展,灌溉面积由建国初期的2.4亿亩,增加到目前的8亿亩,解决了12亿人口的衣食问题,成绩举世公认。然而由于建设资金不足,已建的灌溉工程多数配套不全,难以发挥设计效益,再加水费收入低微,不能满足管理维修需要,工程设施长期带病运行,多数已濒临难以支撑的程度。近年来各级政府增加农田水利建设的投资,用于灌溉工程的续建配套和节水技术改造,是十分必要的。
北方灌区续建配套和节水技术改造,要把灌区建设成什么样的工程模式?对此尚未形成统一认识。多数技术人员认为应当建成井渠结合、地表水与地下水联合运用的灌区。然而这种主张在有些地方遭到抵制,难以实施。即使在技术人员中,对井渠结合的工程形式,理解也并非一致,因此有专门讨论的必要。
一、井渠结合在北方灌区中实施的必要性
井渠结合的灌溉工程结构,其特点为在农田灌溉和排水上用渠也用井,二者结合,
相辅相成。用渠引地表水灌溉和排除地表径流防涝;用井抽取地下水灌溉、控制地下水位,防治渍涝和盐碱灾害,排除部分矿化度高的地下水,保持灌区盐分平衡。 采取井渠结合灌溉工程形式的必要性概述如下:
1.提高灌区水资源利用率。开采地下水灌溉,第一可以把引地表水灌溉
渠道和田间渗漏水量重复利用,提高灌溉水的利用率;第二,井灌降低地下水位,可增加降雨的入渗量,减少径流流失,提高降雨的利用率;第三,井灌降低地下水位,减少潜水蒸发,提高水资源的利用效率。所以,开展井灌是节水灌溉不可替代的技术措施。
2.提高灌溉用水保证率。北方地区降水量年际变率大,地表径流年际变率更
大。采取井渠结合的灌溉方式,利用地下水的巨大储量,干旱年多取地下水补地表水之不足;丰水年多用地表水、且回灌地下水;二者结合,使灌溉保证率提高。
3.防治灌区渍涝和盐碱化。北方河流冲积平原,土壤和地下水含可溶盐分
较多,引地表水灌溉,抬高地下水位,容易引起土壤盐渍化和加重渍涝灾害。而河流冲积平原的土壤多粉砂,挖沟排水,控制地下水位,由于沟坡坍塌,难以达到设计效果。打井开采地下水灌溉和采取竖井排水降低地下水位则容易办到。故井渠结合是控制地下水位,防治灌区渍涝和盐碱灾害的可靠措施。
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4.提高作物产量。大型灌区实行轮灌,灌水周期长,难以满足作物适时灌溉的
要求;而井灌则机动灵活,可以适时灌溉,保证作物丰产用水。
5.抽咸换淡、改造利用浅层地下咸水。地下水矿化度高是灌区次生盐渍
化的根源,又是地下水开发利用的障碍。采取竖井排水,抽排高矿化度的地下水,利用雨水和引入低矿化度的地表水,入渗补给地下水,可逐渐使一定深度内的浅层地下水淡化,变为可利用的水源。这种措施称为“抽咸换淡”。抽咸换淡是保持灌区盐分平衡和改善灌区生态环境的基本措施。
二、井渠结合灌溉工程规划
在井渠结合灌区,井是灌溉和排水工程设施中的重要组成部分。所以,具有适合打
井提取地下水的水文地质条件,是实施井渠结合灌溉工程的基本前提。
山区、丘陵区的坡地,松散覆盖层薄,坡度陡,地表和地下径流易于流失,不具备打井开发地下水灌溉条件;即使岩石风化层有裂隙水,出水量也有限,难以做为灌溉水源。只有沟谷滩地和覆盖层较厚的台地与低阶地,才可打井灌溉。
滨海平原为海相沉积地层,质地致密,透水性极差,打井取水困难,且水质矿化度很高,也不宜作为井灌或竖井排水地区。
上述两类地区均应修渠引地表水灌溉。山丘区坡地灌溉与水土保持相结合,修筑塘坝、水库,蓄积当地径流、作为水源。有条件从骨千河道引水时,将引水渠与当地塘坝水库联结,形成“长藤结瓜”式灌溉系统,提高灌溉用水保证率和水资源的利用率。滨海区地势低平,土壤含盐量高,除古河道和现代河流所在地为沙壤土外,多为粘土或重壤土,透水性差,这类地区引河水灌溉,应采取明沟或略管排水,改良盐渍土和防止渍涝灾害。这类地区从河道引水可挖地下渠,即引水渠的水位低于地面,在引水渠上设泵站提水灌溉。利用地下渠引水灌溉,渗漏少, 不易决口淹地,且占压土地少,也有利于与排水系统结合,排泄暴雨径流;但在土壤脱盐阶段,应当保证排泄咸水有通路。
北方平原地区已建成的大中型灌区,大多数地方都有打井提取地下水的条件;但不同地貌单元沉积物透水性差异很大。位于河流洪积冲积扇区打成的井,每小时出水量可达到50—100—200m,甚至更高;位于冲积湖积区打成的井每小时出水量多不足50m,甚至只有10m左右。冲积湖积区含水层多为中砂、细砂和粉砂,利用普通管井取水出水量小,且容易发生井淤;故应改进井型,推广辐射井技术,或改进管井的滤水结构,增加出水量。
在海河平原的沉积层中有些地方是有裂隙的胶泥层(属重壤土),这些沉积物的透水性优于粉砂,义打井不易发生井淤。
凡是可以打井提取地下水的地方,建设新灌区或老灌区技术改造,均应按照井渠结合、地表水与地下水联合运用原则进行规划设计和施工。要点如下:
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1.以井灌和竖井排水控制地下水位,防止渍涝灾害和土壤盐碱
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化。东部平原区受季风气候影响,雨季常发生暴雨,造成渍涝灾害,旱季地下水位过高,
引起土壤盐碱化。在井渠结合灌区,雨季以前应通过井灌或竖井排水,把地下水埋深控制到发生10—20年一遇暴雨时不会发生渍涝灾害;旱季、特别是在秋末冬初土壤结冻前,把地下水埋深控制在不致引起土壤返盐的临界深度。西部内陆区降水量少,无雨多成涝的灾患,防止土壤盐碱化是关键,旱季、特别在地表被作物覆盖以前,应控制地下水埋深达到临界深度。这些要求,应作为供给地表水灌溉的基本条件,达不到这些要求,不应供给地表水。在井渠结合灌区,不再利用地面排水系统排泄地下水和控制地下水位,排泄地表径流的机率和排水模数也大为降低;因此,田间排水沟除用作竖井排水的输水沟外,一般不须设置,仅结合村庄、道路和低洼地,开挖重点排水沟即可;排水沟断面以通过设计流量为准,深度不再以控制地下水埋深作为设计条件。
2.以竖井排水保持灌溉区水盐平衡。从区外引水灌溉,必然带进相当数
量的盐分。为保持灌区盐分平衡和逐渐减少灌区内可溶盐分数量,改善生态环境,须通过排水排出一定数量的盐分。地球上可溶盐分的运动都是以水流为载体,从高处向低处、从上游向下游运移。在运移过程中,因水分蒸发浓度逐渐增加,溶解度低的成分逐步从地下水中沉淀析出,溶解度高的成分逐渐占优势。在地势低洼、排水不畅的地方,地下水浓度达到最高,溶解度高、为害作用相对较强的盐分也积累最多。基于此项规律,可以把一个水文地质单元的地下水看作统一的流场,在下游径流滞缓区进行竖井排水,加速地下水的运动。这样可以通过排除数量较少的高矿化度地下水,取得灌区盐分平衡或负平衡的效果。竖井排水只要抽出的咸水在输水渠中不结冰阻塞,则全年都可进行,不受时间限制;因此竖井排水流量模数小,输水沟可做成防渗渠或输水管道,以代替分布在全灌区深而密的明沟和g音管排水系统。
3.井渠结合灌区地表水的供水量。农田灌溉一为满足耕地的蒸腾蒸发量,
二为满足非耕地自然植被的落腾蒸发量。耕地的蒸腾蒸发量通常称谓作物需水量或田间耗水量。各地主要农作物的需水量已有数十年的观测试验资料,可作为计算依据。设i种作物的需水量为Ei,种植面积与耕地面积的比值为ai,则全部耕地多种作物的加权平均耗水量为:
M耕=∑aiEi (1)
非耕地耗水量,为灌区环境用水。据华北水电学院徐建新,王韶华等调查分析,其数值为300-500mm,平均约为耕地耗水量的0.6倍。
把耕地和非耕地的加权平均耗水量定义为“农业用水量”,依下达公式估算 M农=M耕η+M非(1—η) = M耕[η+0.6(1—η)]
=∑aiEi[0.6+0.4η] (2) 式中η为耕地占灌区总面积的百分比。
依据公式(2)计算晋、冀、各、豫四省的四个不同类型灌区的农业用水量,与这四个
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