魯塞琴

(陜西省興平市水利局地下水工作隊(duì)，陜西興平713100)

興平市井灌建設(shè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)探討

魯塞琴

(陜西省興平市水利局地下水工作隊(duì)，陜西興平713100)

興平市已建成數(shù)量龐大的機(jī)井和灌溉面積，對(duì)促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展經(jīng)濟(jì)起到了重要作用。存在的主要問題:缺乏開發(fā)利用總體規(guī)劃，部分地下水超采嚴(yán)重，機(jī)井老化報(bào)廢嚴(yán)重，技術(shù)落后，工程配套率低，管理不配套，灌溉水浪費(fèi)大，更新改造資金投入不足。發(fā)展趨勢(shì):維持現(xiàn)狀適度發(fā)展，限量開采，開展新技術(shù)工藝、修復(fù)改造研究與應(yīng)用，提高灌溉水利用率。

井灌建設(shè);現(xiàn)狀;存在問題;發(fā)展趨勢(shì)

1 興平市井灌建設(shè)的基本概況

1.1 建成數(shù)量龐大的機(jī)井和灌溉面積

興平市的井灌區(qū)主要分布在渭河階地地區(qū)，渭北臺(tái)塬自90年代開始渠井雙灌面積逐步增大。地形比較平坦，土層深厚。降水時(shí)空分布不均，且與作物生長(zhǎng)不同步，夏季多雨，春冬季干旱，地表水源在灌溉季節(jié)往往供給不足，發(fā)展井灌成為重要灌溉手段。興平市地下水多年平均年可采資源約16 840萬 m3/a，實(shí)際年平均采地下水資源量16 680萬 m3/a，用于農(nóng)田灌溉的地下水資源量為12 268萬 m3/a，占總開采量的73%左右。到2004年底，興平市機(jī)井總數(shù)4 386眼，用于農(nóng)田灌溉的機(jī)井為4 260眼，井灌面積為37.68萬畝 ，占全市灌溉面積52萬畝的72%。純井灌區(qū)25萬畝，占井灌總面積的70%;渠井雙灌面積12萬畝，占井灌總面積的30%，150 m以上的深井占總機(jī)井?dāng)?shù)的9.8% 。

1.2 對(duì)促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展經(jīng)濟(jì)起到了重要作用

興平市的井灌區(qū)由于水源比較穩(wěn)定可靠，大多可以對(duì)農(nóng)作物適時(shí)適量進(jìn)行灌溉，并建成旱澇保收高產(chǎn)農(nóng)田，目前許多井灌區(qū)成為興平市經(jīng)濟(jì)作物及高附加值作物的主要生產(chǎn)基地，也是全省主要的糧、油和經(jīng)濟(jì)作物的主產(chǎn)區(qū)。井灌區(qū)對(duì)興平市糧食的貢獻(xiàn)超過全市糧食總量的60%，經(jīng)濟(jì)作物和蔬菜超過總量的45%。興平市原下地區(qū)的田阜、阜寨、莊頭、豐儀、西吳、東西城、湯坊、桑鎮(zhèn)、馬巍等9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，2004年井灌面積達(dá)到23萬多畝，占全市總灌溉面積的45%。渭北臺(tái)塬地區(qū)南市、南位、店張、馬巍等的4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的井灌面積達(dá)到14萬多畝，占全市灌溉面積的27%。井灌為農(nóng)業(yè)提供了可靠的水源，在建立高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田、發(fā)展節(jié)水灌溉、推動(dòng)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面發(fā)揮了重要的作用，同時(shí)機(jī)井的灌排雙重功能，也對(duì)降低地下水位、防止土壤次生鹽堿化起到了調(diào)控作用。提高了農(nóng)田抗旱增收能力，改善了生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)了優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效農(nóng)業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)了廣大農(nóng)民脫貧致富。境內(nèi)有16家中省市駐興大中型企業(yè)和市屬企業(yè)開采地下用水，保證了工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和14萬城鎮(zhèn)居民的生產(chǎn)生活用水。

1.3 己形成了一整套行之有效的井灌技術(shù)體系

興平市在發(fā)展井灌建設(shè)的過程中，形成了一整套行之有效的井灌技術(shù)體系。包括井灌區(qū)規(guī)劃(布局及水資源配置)、機(jī)井設(shè)計(jì)、機(jī)井施工技術(shù)、配套技術(shù)、灌溉技術(shù)以及管理技術(shù)。為合理開發(fā)利用地下水，采取的技術(shù)措施有:渭河平原優(yōu)先開采淺層水、嚴(yán)格控制開采深層水;在有良好含水層和補(bǔ)給來源充沛的渭河漫灘及一級(jí)階地、店張洼地地區(qū)，集取集中開采，補(bǔ)給來源有限的北部臺(tái)塬地區(qū)，采取分散開采;在長(zhǎng)期超采引起地下水位持續(xù)下降的“興化漏斗”的東西城地區(qū)，采取回補(bǔ)措施和限量開采。成井技術(shù)大同小異。一般工序?yàn)闄C(jī)具安裝—鉆孔—下管—填濾料—洗井—安裝提水機(jī)泵。目前都是利用機(jī)械來開鑿，常用鉆機(jī)有回轉(zhuǎn)式正循環(huán)鉆機(jī)、回轉(zhuǎn)式反循環(huán)鉆機(jī)、沖擊式鉆機(jī)和沖抓式鉆機(jī)等四種。在渭河平原松散層區(qū)主要采用反循環(huán)鉆進(jìn)成100 m左右的中深井;在北部臺(tái)塬區(qū)采用正循環(huán)鉆進(jìn)成200 m左右的深井;而在淺井區(qū)，多砂卵石，采用沖擊鉆進(jìn)成井。常用的井壁管有鋼制井壁管、鑄鐵井壁管、鋼筋混凝土井壁管、塑料井壁管、混凝土井壁管和無砂混凝土井管等。對(duì)于井深在100 m以內(nèi)的淺井，井壁管材料采用混凝土管、塑料管的較多;對(duì)于井深在100～200 m的中深井，井壁管材料以混凝土管、鋼筋混凝土井壁管、鋼管為主;對(duì)于井深超過200 m的深井，井壁管材料主要是鋼管、鑄鐵管。目前提水動(dòng)力機(jī)主要是電動(dòng)和柴油機(jī)，常用水泵有潛水電泵、離心泵，目前大多采用潛水電泵。采用的田間節(jié)水灌溉技術(shù)有適用于旱作物的小畦灌、噴灌、低壓輸水灌溉、U型襯砌渠道灌溉等。井灌管理方面，對(duì)于分散管理的井灌區(qū)廣泛采用單點(diǎn)機(jī)井控制器，預(yù)付水費(fèi)、先灌后付、水量計(jì)費(fèi)、地畝計(jì)費(fèi)、時(shí)間計(jì)費(fèi)等多種方式。集中控制管理的井灌區(qū)，條件較好的己采用由中央控制室直接控制，低壓管道輸水并對(duì)用水戶進(jìn)行遠(yuǎn)程識(shí)別。

2 興平市井灌建設(shè)存在的主要問題

2.1 缺乏科學(xué)的開發(fā)利用規(guī)劃，部分區(qū)超采嚴(yán)重

為滿足地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源的需求，在未制定區(qū)域地下水開發(fā)利用總體規(guī)劃的前提下，盲目超量開采地下水資源。20世紀(jì)80年代以來，位于城市規(guī)劃區(qū)的“興化漏斗”區(qū)，由于工農(nóng)業(yè)大量、無續(xù)開采地下水資源，地下水累計(jì)超采量超過6 000多萬 m3，近年來每年超采量約為100多萬 m3，使該區(qū)出現(xiàn)了一些生態(tài)環(huán)境問題;超量開采還造成該區(qū)地下水位逐年下降，水泵更新?lián)Q代速度加快，灌溉成本提高，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活造成了極大影響。

2.2 機(jī)井老化報(bào)廢情況嚴(yán)重，機(jī)井技術(shù)比較落后

20世紀(jì)90年代以來，興平市井灌區(qū)機(jī)井老化報(bào)廢情況越來越嚴(yán)重，主要原因是，近60%的機(jī)井屬于上世紀(jì)60～70年代初建成，由于農(nóng)作物的比較效益低，農(nóng)民自籌資金進(jìn)行機(jī)井更新改造的能力較弱，而國家及地方各級(jí)政府對(duì)井灌區(qū)的投入也很少，導(dǎo)致機(jī)井大部分已超期服役，老化失修嚴(yán)重。據(jù)對(duì)興平市的機(jī)井運(yùn)行現(xiàn)狀調(diào)查，從1995年到2004年，每年更新、修復(fù)和報(bào)廢的機(jī)井大約占到當(dāng)年機(jī)井保有量的4.5%、3.3%和3.1%。在井的類型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成井技術(shù)方面大多沿用比較傳統(tǒng)的技術(shù)與方法，無論在效率、質(zhì)量還是在提高機(jī)井壽命方面都比較落后，迫切需要采用現(xiàn)代技術(shù)，研究新的井型結(jié)構(gòu)和技術(shù)。受損機(jī)井修復(fù)技術(shù)方面，更是薄弱環(huán)節(jié)，未形成成熟的技術(shù)。

2.3 工程配套率偏低，管理不配套，水浪費(fèi)較大

目前，興平市大部分井灌區(qū)輸水和田間灌水技術(shù)還比較落后，田間灌溉大部分采用傳統(tǒng)的地面灌水技術(shù)，灌溉水浪費(fèi)現(xiàn)象比較嚴(yán)重，井灌區(qū)節(jié)水改造的發(fā)展速度慢與嚴(yán)峻的水資源形勢(shì)不適應(yīng)。據(jù)調(diào)查，渭河平原井灌區(qū)節(jié)水灌溉工程面積僅占其有效灌溉面積的55%，灌溉水的利用率還很低。興平市的機(jī)井管理過去是以集體管理為主，但土地實(shí)行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制后，農(nóng)村生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式發(fā)生了重大變化，而機(jī)井管理體制和運(yùn)行機(jī)制改革卻嚴(yán)重滯后，機(jī)井管理存在“責(zé)、權(quán)、利”不明晰，“建、管、用”相脫節(jié)的現(xiàn)象;同時(shí)由于地表水、地下水水價(jià)核算以及收費(fèi)方式不統(tǒng)一，不利于地表水與地下水資源的統(tǒng)一管理。另外，大部分機(jī)井沒有計(jì)量設(shè)施，也是導(dǎo)致灌水粗放，水資源浪費(fèi)的因素之一。

2.4 機(jī)井建設(shè)及更新改造資金投入嚴(yán)重不足

由于農(nóng)業(yè)屬于弱質(zhì)產(chǎn)業(yè)，而農(nóng)業(yè)初級(jí)產(chǎn)品的比較效益普遍偏低，因此，廣大農(nóng)民籌資打井和進(jìn)行節(jié)水改造的能力較弱，使一些地下水資源相對(duì)豐富的地區(qū)，因資金缺乏而影響了井灌區(qū)的建設(shè)和發(fā)展，農(nóng)田產(chǎn)量低而不穩(wěn)，農(nóng)民生產(chǎn)生活條件不能得到有效改善;由于井灌區(qū)節(jié)水改造資金不落實(shí)，不僅浪費(fèi)了寶貴的地下水資源，農(nóng)民的灌溉成本也逐年提高，導(dǎo)致灌區(qū)效益衰減，甚至有灌溉面積減少的趨勢(shì)。

3 興平市井灌建設(shè)發(fā)展的趨勢(shì)

3.1 在維持現(xiàn)有井灌規(guī)模的基礎(chǔ)上，對(duì)重點(diǎn)地區(qū)適當(dāng)發(fā)展井灌面積

(1)渭河漫灘及一、二級(jí)階地、店張洼地地區(qū):井灌建設(shè)的重點(diǎn)是以修復(fù)更新原有機(jī)井和新打機(jī)井并重，新發(fā)展井灌面積可安排在地下水開發(fā)潛力大地區(qū)，如河漫灘及店張洼地地區(qū)。發(fā)展節(jié)水灌溉重點(diǎn)是，以推廣小型U型渠道防滲、管道輸水和節(jié)水灌溉制度，大棚高附加值經(jīng)濟(jì)作務(wù)區(qū)推廣噴灌、微噴灌、滴灌、小涌灌等先進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)為主，同時(shí)在部分地區(qū)發(fā)展抗旱補(bǔ)水灌溉、調(diào)整種植結(jié)構(gòu)等農(nóng)藝節(jié)水措施。

(2)渭河三級(jí)階地、北部臺(tái)塬地區(qū):以修復(fù)更新原有機(jī)井和對(duì)未達(dá)標(biāo)的井灌工程進(jìn)行節(jié)水改造為主。發(fā)展節(jié)水灌溉的重點(diǎn)應(yīng)是全面推廣管道輸水灌溉、噴灌、微噴灌等先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)，結(jié)構(gòu)的實(shí)用性以及施工技術(shù)。

3.2 根據(jù)地下水資源和水環(huán)境承載能力，限量開采地下水

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水資源的供需矛盾日益突出，各地都在大量開發(fā)利用地下水。目前井灌區(qū)多年平均地下水實(shí)際開采量超過了其多年平均地下水可開采量，并造成了地下水位多年持續(xù)下降的現(xiàn)象，出現(xiàn)了面積不等的地下水超采區(qū)。因此，要以井灌區(qū)水資源及水環(huán)境承載能力評(píng)價(jià)結(jié)果為依據(jù)，在井灌區(qū)供需水量平衡分析的基礎(chǔ)上，分析不同類型灌區(qū)地下水資源的開發(fā)潛力，研究地下水可持續(xù)開采模式;通過機(jī)井合理布局方案的研究，從立體分層取水與平面布局兩個(gè)方面對(duì)不同類型灌區(qū)更新井、修復(fù)井、新增井和削減井的空間布局進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展需求、緩解農(nóng)業(yè)用水供需矛盾、改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。根據(jù)需要和可能，以更新和修復(fù)機(jī)井為主，在地下水仍有開發(fā)潛力的地區(qū)，適當(dāng)打新井，限量開采地下水，使機(jī)井?dāng)?shù)量保持良性平平衡，在維持原有的井灌面積基礎(chǔ)上，適當(dāng)發(fā)展新的井灌面積。為限量開采地下水而又不減少井灌面積，應(yīng)對(duì)原有井灌區(qū)實(shí)施全面的節(jié)水改造，綜合運(yùn)用各種節(jié)水的工程措施、農(nóng)藝技術(shù)措施與管理措施，進(jìn)一步提高灌溉用水效率。

3.3 研究開發(fā)新型的井型結(jié)構(gòu)、成井新工藝、配套技術(shù)與裝備

(1)研究不同成井條件下適宜井型及其結(jié)構(gòu):包括濾水結(jié)構(gòu)組成、過濾器水力特征參數(shù)及其效應(yīng)，沖洗液—泥漿的特性的研究;不同水文地質(zhì)條件下各種井型(管井、大口井、輻射井等)的適用性、過濾器和井管結(jié)構(gòu)、濾料、外部封閉及成井工藝研究;新型濾水結(jié)構(gòu)和增大水井出水量技術(shù)方法的研究;新型成井設(shè)備的研發(fā)。

(2)采用新材料和新技術(shù)，研制輕型耐用的價(jià)格低廉的新型井管:研究成井的新材料和施工新技術(shù)，包括土工織物井管過濾器、塑料井管——大口徑雙壁螺紋管和硬塑料管等，并將塑料作為井壁管的研究的重點(diǎn)，研究其強(qiáng)度，耐久性、抗蝕性。

(3)研究的新型成井工藝:對(duì)現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)式、沖擊式和沖抓式鉆機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，增強(qiáng)其可靠性、降低能耗和提高工作效率;開發(fā)新型可靠的填礫和管外封閉工藝;研制高效的洗井方法、工具及化學(xué)藥劑;研究多孔組合井的成井工藝、山區(qū)人畜飲水和灌溉工程的鉆井施工技術(shù)。

(4)研究和開發(fā)機(jī)井配套新技術(shù)和新裝備:機(jī)井配套包括泵機(jī)配套、輸水工程和田間灌溉工程配套。需要研制新型節(jié)能高效的井泵和動(dòng)力機(jī)，以進(jìn)一步提高機(jī)井的裝置效率;高效低成本的渠道防滲和輸水管道新材料及施工新工藝;與機(jī)井配套的田間節(jié)水灌溉新技術(shù)和新裝備。

(5)研制智能化管理新裝備和應(yīng)用技術(shù):研制具有能完成機(jī)井啟閉控制、電機(jī)安全保護(hù)、運(yùn)行狀況記錄等功能的機(jī)井控制器;開發(fā)利用計(jì)算機(jī)、通過對(duì)地下水最低水位或單井允許開采總量等系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，限制井群對(duì)地下水的開采，為實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域地下水資源的均衡控制，有效實(shí)行限量開采地下水限量的無線自動(dòng)控制系統(tǒng)。

3.4 重視受損機(jī)井修復(fù)和改造技術(shù)的研究與應(yīng)用

受損機(jī)井在灌區(qū)機(jī)井總數(shù)中約占10%，比重很大。由于這部分機(jī)井己配套有完整的灌溉系統(tǒng)，如能修復(fù)繼續(xù)發(fā)揮作用，則會(huì)節(jié)約大量的新打機(jī)井和配套的投資。長(zhǎng)期以來，興平市有關(guān)受損機(jī)井的修復(fù)與改造技術(shù)的研究一直是薄弱的環(huán)節(jié)。因此，針對(duì)興平市井灌區(qū)機(jī)井現(xiàn)狀及存在的問題，開展受損機(jī)井修復(fù)和改造技術(shù)的研究與應(yīng)用將成為一個(gè)熱點(diǎn)。重點(diǎn)解決以下幾方面的問題:

(1)摸清機(jī)井受損的原因:重點(diǎn)是查清機(jī)井損壞成因、受損程度、數(shù)量和位置，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，提出井灌區(qū)機(jī)井更新與修復(fù)的技術(shù)方案，為機(jī)井調(diào)整和合理布局提供基礎(chǔ)條件。

(2)受損程度診斷技術(shù):由于受損機(jī)井的損環(huán)部位往往在水下，如何模清受損的位置和程度一直是修復(fù)技術(shù)中的難點(diǎn)，過去最好的方法是運(yùn)用水下電視進(jìn)行探查，但存在著操作性、可靠性和可視性較差等問題。因此，需要研制方便操作、工作可靠安全、價(jià)格適宜和清晰度高的水下電視攝像、顯示和記錄設(shè)備。

(3)機(jī)井清淤技術(shù):機(jī)井淤積和井中遺物是影響機(jī)井出水效果最常見的現(xiàn)象，特別是深井的清淤和打撈難度很大。需要運(yùn)用水文地質(zhì)學(xué)、流體力學(xué)、氣體力學(xué)等多學(xué)科理論，研究提出化學(xué)洗井、物理洗井、物理化學(xué)聯(lián)合洗井以及爆破洗井清淤的新方法與設(shè)備;研制高效可靠、可操作性強(qiáng)的清淤機(jī)械和遺物打撈機(jī)械及簡(jiǎn)易工具。

(4)機(jī)井井管修補(bǔ)技術(shù):針對(duì)機(jī)井井管常發(fā)生的破裂、錯(cuò)口、彎曲及孔洞等損壞情況，研究開發(fā)實(shí)用可靠的井管修補(bǔ)方法。其中塑料套管因其具有耐銹蝕的優(yōu)點(diǎn)，因此，要重點(diǎn)研究提出可靠性高、價(jià)格低廉、施工容易的塑料套管補(bǔ)管技術(shù)，為機(jī)井修復(fù)提供技術(shù)支撐。

3.5 全面提高井灌區(qū)灌溉水的利用率和利用效率

興平市的井灌區(qū)雖然是發(fā)展節(jié)水灌溉的重點(diǎn)，但目前己改造為節(jié)水灌溉工程的面積不足總面積的50%，而且往往是以工程節(jié)水措施為主，灌溉水的利用率比較低，其利用效率即單位耗水量的產(chǎn)出也不高，節(jié)水增產(chǎn)的潛力很大，因此，井灌建設(shè)必須走內(nèi)涵發(fā)展之路，在更新和修復(fù)機(jī)井的灌區(qū)，田間要全部建成節(jié)水工程，通過工程節(jié)水、農(nóng)藝節(jié)水及管理節(jié)水的有機(jī)結(jié)合，全面提高井灌區(qū)灌溉水的利用率和利用效率;在有地下水資源開發(fā)潛力的地區(qū)，可適度開發(fā)利用地下水資源，井灌發(fā)展以建設(shè)節(jié)水型井灌區(qū)為主;在地下水超采嚴(yán)重的地區(qū)，未來井灌區(qū)的發(fā)展應(yīng)以提高灌溉水的利用效率，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境為主要目標(biāo)，其發(fā)展重點(diǎn)是通過井灌建設(shè)，在減少地下水開采量的前提下，維持原有井灌面積，并應(yīng)根據(jù)水土資源平衡情況，以供定需，在不降低農(nóng)民總體收入水平的前提下，有計(jì)劃地調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、種植結(jié)構(gòu)和品種結(jié)構(gòu)，適當(dāng)減少高耗水作物的種植面積，擴(kuò)大節(jié)水高效作物的種植面積，從而減少作物耗水量，提高灌溉水的利用效益和產(chǎn)出效益，減少地下水的開采量，以減緩或停止地下水位的下降，改善生態(tài)平環(huán)境。在井渠結(jié)合灌區(qū)，要通過對(duì)灌溉水的時(shí)空調(diào)控和優(yōu)化配置，提高渠灌區(qū)的灌溉水保證率和利用效益，井灌區(qū)則應(yīng)積極推廣管道輸水灌溉，同時(shí)改進(jìn)田間地面灌溉技術(shù)，在經(jīng)濟(jì)作物區(qū)和有條件的糧食種植區(qū)適當(dāng)發(fā)展噴灌和微灌等節(jié)水高效灌溉技術(shù)。

S274

B

1004－1184(2012)03－0119－03

2012－02－15

魯塞琴(1976－)，女，延安安塞人，助理工程師，主要從事機(jī)井技術(shù)與地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作。