農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)與灌排效果評(píng)價(jià)
——以四川大學(xué)崇州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)基地為例

(青海省格爾木市農(nóng)場灌區(qū)管理所，青海 格爾木 816000)

我國屬于干旱缺水的國家，其水資源尤其是灌溉水源的短缺已經(jīng)嚴(yán)重制約我國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，近年來，隨著城市的快速發(fā)展，大量河流遭到了嚴(yán)重污染，所以必須要合理的分配和使用水資源。同時(shí)，我國疆域遼闊，每個(gè)地區(qū)因自然特點(diǎn)不同而發(fā)展農(nóng)田水利工程的條件各有差異，我國北方屬于干旱地區(qū)，且耕種面積大，缺水嚴(yán)重；南方地區(qū)氣候濕潤，擁有大量的河流，屬于水源充沛的地區(qū)，但由于降水時(shí)程的分配與農(nóng)作物的需求不適應(yīng)[1-2]，因此經(jīng)常出現(xiàn)春秋季節(jié)干旱嚴(yán)重、汛期季節(jié)內(nèi)水無法及時(shí)自然排出的現(xiàn)象，所以建設(shè)農(nóng)田水利工程對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)的意義。

農(nóng)田水利工程的建設(shè)是事關(guān)人類文明建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步的大事，國家在2011年頒布的中央一號(hào)文件，將水利提升到關(guān)系經(jīng)濟(jì)安全、生態(tài)安全、國家安全的戰(zhàn)略高度，作出了“大興農(nóng)田水利建設(shè)”的戰(zhàn)略決策。農(nóng)田水利工程的建設(shè)能夠有效地解決農(nóng)田的灌溉和排水的難題，農(nóng)田水利的建設(shè)不再僅僅限于農(nóng)田的灌溉，而是注重農(nóng)田的灌溉和排水倆個(gè)層面，(1)農(nóng)田水利工程的建設(shè)能夠通過渠道防滲、低壓管道灌溉以及噴滴灌技術(shù)，降低輸水過程中的水量損失，不斷提高水資源的利用率和利用效率，從而解決農(nóng)業(yè)灌溉“最后一公里”的問題，進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；(2)農(nóng)田水利工程的建設(shè)通過構(gòu)建合理排水設(shè)施，能夠及時(shí)的將農(nóng)田內(nèi)的多余的水排除，并排除農(nóng)田里面殘留的化肥農(nóng)藥，不僅能夠降漬排澇，而且能夠遏制農(nóng)業(yè)水環(huán)境的惡化，改善生態(tài)環(huán)境，因此農(nóng)田水利工程的建設(shè)對(duì)維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的平衡和流域流域生態(tài)系統(tǒng)健康起著重要的作用。

1 水資源平衡理論分析

根據(jù)水資源平衡為理論基礎(chǔ)，通過分析研究基地的氣候、地形、水資源、土壤等自然條件，結(jié)合研究基地的土地合理分配規(guī)劃方案，總結(jié)出農(nóng)田水利工程的設(shè)計(jì)原則和依據(jù)，并很據(jù)實(shí)際的地形條件，設(shè)計(jì)出合理的灌排水實(shí)現(xiàn)方式，進(jìn)行現(xiàn)代化、科學(xué)化的農(nóng)田水利工程的總體規(guī)劃布局。

1.1 水資源平衡與水資源需求

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展水資源的主要來源于有效降水量和過境河流?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)基地內(nèi)的引用水主要需求是用于農(nóng)業(yè)灌概，其次是人畜用水，因?yàn)楣喔扔盟枨罅孔畲?，所以本文只?jì)算灌溉用水量。

1.1.1 有效降水量

有效降水量是指到達(dá)地表直接被植物根系利用的降水量，最終通過植物作用利用。有效降水量是植物生長的最直接的來源，同時(shí)，有效降水量沒有包括在河流域地下水的循環(huán)當(dāng)中。

1.1.2 過境河流

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的灌溉手段主要是通過斗渠從境內(nèi)河流供水。

1.2 灌排效果評(píng)價(jià)原則

在基地農(nóng)田水利工程投入使用后，根據(jù)土地的利用方式不同，分別對(duì)土壤進(jìn)行水分定位監(jiān)測，研究不同作物生育期土壌自然含水量的變化特征，分析不同作物類型和土地利用類型的灌排效果，驗(yàn)證基地農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。農(nóng)田水利工程的灌排效果主要是通過在定點(diǎn)監(jiān)測土壤中水分來體現(xiàn)，一般情況下，根據(jù)土地的利用方式不同分別選擇水田、旱地、園地等來檢測。

2 崇州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)基地水利工程設(shè)計(jì)

崇州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)基地位于東經(jīng)103°37＇39＂-103°10＇51＂，北緯30°32＇21＂-30°34＇35＂之間。該區(qū)域氣候?qū)儆谒拇ㄅ璧貋啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，冬無嚴(yán)寒夏無酷暑，秋短夏長，四季分明，雨量充沛。該農(nóng)業(yè)基地位于成都平原西部邊緣，西北高東南低，屬與平壩地貌，基地經(jīng)過長時(shí)間的自然和人為原因，土質(zhì)多都是高產(chǎn)水稻土，耕層深厚，利托水托肥，利于作物化長。崇州市隸屬岷江水系，降水豐沛，地表水與地下水資源豐富。

2.1 水資源需求理論分析

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展水資源的主要來源于有效降水量和過境河流。

2.1.1 有效降水量

該研究區(qū)域?qū)儆趤啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，降水豐富。如表1可知，2015年該區(qū)域年平均降雨量1 012.4 mm，其雨日和雨量均呈現(xiàn)夏多冬少，春季為176.1 mm，夏季為588.0 mm，秋季218.4 mm，冬季為29.9 mm。則有效降水量的計(jì)算公式為：

有效降水量 =年降水量*土壤入滲率*研究基地區(qū)域面積 (入滲率取30%)

=1012.4×30%×2.0×106=6.0×105m3

表1 2015年各季節(jié)降水量 mm

由以上計(jì)算可知：該區(qū)域的有效降水量為6.0×105m3。

2.1.2 過境河流

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的灌溉手段主要是通過斗渠從境內(nèi)河流供水，根據(jù)該區(qū)域的實(shí)際調(diào)查，該研究基地的年供水量大約為10×105m3。

綜合該研究基地的水資源的供給情況，其總供水量為有效降水量和過境河流之和?？偣┧?有效降水量+過境河流=16×105m3。

2.2 水資源的需求分析

該區(qū)域水資源的主要需求是農(nóng)作物的生長所需，此次研究根據(jù)土地利用方式的不同取水田、旱地、園地等三種為研究對(duì)象，灌概保證率采用95%計(jì)算，灌概模式采用輪灌。根據(jù)基地內(nèi)不同的±地利用方式旱地水田農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)和耕作制度，復(fù)種指數(shù)為2.1。該基地的主要農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)表如表2。

表2 主要農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)表

按一年兩熟，基地水田、旱地、園地規(guī)劃情況，估計(jì)基地全年綜合灌溉總量(見表3～表5)。

表3 灌概水田綜合凈灌概定額表 m3/hm3

表4 灌概旱地綜合凈灌概定額表 m3/hm3

表5 灌概園地綜合凈灌概定額表 m3/hm3

綜上所述，該基地內(nèi)農(nóng)作物年需水量測算為1.2×106m3，能有效利用的水資源為1.6×106m3，水資源供需可以達(dá)到平衡。

2.3 農(nóng)田水利工程規(guī)劃

結(jié)合基地的地形、氣候、河流等自然條件，結(jié)合農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)原則和理論依據(jù)，業(yè)基地通過規(guī)該劃設(shè)計(jì)形成支渠、斗渠、農(nóng)渠及配套水工建筑物為主體的農(nóng)田灌概渠系網(wǎng)，其中支渠和斗渠整體呈現(xiàn)“三縱三橫”的布局，能夠有效解決農(nóng)田的灌溉和排水的難題。由于篇幅有限，下文對(duì)規(guī)劃情況進(jìn)行闡述，對(duì)詳細(xì)工程量則不再贅述。

對(duì)于該工程的詳細(xì)規(guī)劃，本工程規(guī)劃建設(shè)2.5 m寬支渠7條，長度2 950 m；規(guī)劃建設(shè)3條1 m寬斗渠，長度為1 425 m；一條1 m寬農(nóng)渠，413 m；U50農(nóng)渠25條，共6 678 m。

并且，為了達(dá)到基地內(nèi)其他農(nóng)田的水利需求，本工程還規(guī)劃4條1.5 m寬排水溝，長度1 420 m；一條1.2 m排水溝，長度320 m；規(guī)劃29條1 m寬排水溝，為10 413 m；1 m寬草溝2條，532 m；規(guī)劃15條U50排水溝，2 711 m。

此外，配套渠系規(guī)劃42個(gè)D2000涵管，159 m；10個(gè)D1200涵管，39 m；1個(gè)D1000涵管，5 m；86個(gè)D8000涵管，365.5 m；112個(gè)D400涵管，386 m，總共設(shè)置251個(gè)涵管；布設(shè)5處D800草溝涵管，10 m。同時(shí)，布設(shè)40處閘門。

3 農(nóng)田水利工程的灌排效果評(píng)價(jià)分析

3.1 測定方法

農(nóng)田水利工程的灌排效果主要是通過在定點(diǎn)監(jiān)測土壤中水分來體現(xiàn)。根據(jù)土地的利用方式不同分別選擇水田、旱地、園地等3塊土地，為了降低季節(jié)性降水對(duì)農(nóng)田水利工程的灌排效果的影響，選擇6月-10月進(jìn)行測量研究，并每月進(jìn)行取樣測量。其取樣點(diǎn)分布圖如圖1所示。

3.2 水田土壤變化分析

從表6可知，水田土壤中的水分含量在取樣期間在25%～33%之間波動(dòng)，浮動(dòng)范圍不是很大，其主要原因是該期間水資源充沛。隨著取樣深度的增加，土壤含水量逐漸降低，但相差不大，主要是因?yàn)橄聦拥耐寥涝絹碓骄o實(shí)，水分難以滲入。

表6 水田土壤水分特征分析表

表7 旱地土壤水分特征分析表

表8 園地土水分特征分析表

3.3 旱地土壤含水量變化分析

從表7分析可知，從6-10月份土壤含水量呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，其中8、9月份較高，其主要原因是8、9月份降水較多，土壤受到雨水滲入的影響。土壤含水量在17%～38%之間波動(dòng)，相差不大，且隨著土壤深度增加，含水量逐漸降低，一方面，下層土壤較緊實(shí)，水分滲入能力較差，另一方面，上層土壤進(jìn)行過翻耕，土壤較為松軟，吸水能力較強(qiáng)。

3.4 園地土壤含水量分析

從表8分析可知，隨著取樣土壤的深度增加，土壤含水量逐漸減少，其主要原因一是蔬菜種植只利用表皮，并進(jìn)行過翻耕，土質(zhì)較為松軟，吸水能力較強(qiáng)，二是蔬菜種植需要覆蓋膜，一定程度上阻礙了土壤中水分的蒸發(fā)。土壤含水量在8、9兩月最高，雨水的增多增加了土壤的含水量表層±壤吸收的水分量整體來看，園地的土壤含水量都相對(duì)偏低也是因?yàn)楣哳惙N植對(duì)水分的需求相對(duì)較低。

綜上所述，灌溉水源主要來自溝渠灌溉和降水，在雨水較少的旱季，溝渠灌溉能夠及時(shí)的滿足不同類型植物的生長需要，而在雨水過多的雨季，大量的水分進(jìn)入到田間，除了少量水資源滲入地下，大部分水分都通過溝渠設(shè)施及時(shí)的完成排水。

4 結(jié)語

通過對(duì)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)崇州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)基地的研究分析，農(nóng)田水利工程的建設(shè)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的作用，其能夠?yàn)檗r(nóng)作物生長的提供適合的生長環(huán)境，保障糧食的產(chǎn)量，為促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了決定性作用。興水利，除水害，因此在科學(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)下，推動(dòng)建設(shè)農(nóng)田水利工程的步伐，合理解決農(nóng)業(yè)灌溉和排澇等問題，并科學(xué)的運(yùn)用農(nóng)田水利工程，節(jié)約水資源，保護(hù)水資源，建設(shè)合理科學(xué)、安全高效的水利工程灌排體制。