(新疆喀什噶爾河流域管理局水利管理中心 新疆喀什 844000)
新疆水資源總量有限,水資源短缺問題嚴(yán)重制約著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與脫貧攻堅(jiān)的進(jìn)程。據(jù)調(diào)查2017年,新疆農(nóng)業(yè)用水比重達(dá)到92.5%,南疆地區(qū)部分地州農(nóng)業(yè)用水比重高達(dá)97%,遠(yuǎn)高于全國(guó)平均68%以上[1]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,非農(nóng)用水逐年提高,提高農(nóng)業(yè)灌溉用水的效率,不僅可以緩解區(qū)域水資源短缺的現(xiàn)狀,對(duì)于水資源可持續(xù)利用也具有積極的推動(dòng)作用[2]。灌溉水有效利用系數(shù)是評(píng)價(jià)灌溉水利用效率及程度的重要參考指標(biāo),是直接反映工程技術(shù)質(zhì)量和效果的綜合性指標(biāo)[3]。灌溉水利用系數(shù)的測(cè)算和分析,為判斷農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力提供依據(jù),使得各地節(jié)水農(nóng)業(yè)主攻方向進(jìn)一步明確[4]。本文以新疆喀什噶爾河流域伽師縣灌區(qū)為例,研究分析了通過實(shí)施灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程,對(duì)灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)的影響,為節(jié)約區(qū)域水資源提供很好的依據(jù)。
喀什噶爾河灌區(qū)是喀什噶爾河平原綠洲的主體,位于喀什噶河流域中央。本次工程區(qū)伽師縣地處新疆南疆的喀什地區(qū),東臨巴楚縣,西接疏勒縣,南連岳普湖縣,北依天山南支柯坪山山前地帶,西北與疏勒縣和阿圖什市毗鄰。全縣東西長(zhǎng)約140 km,南北寬約80 km,土地總面積6 862 km2??h區(qū)西北依山,東南伸入也臺(tái)庫(kù)木沙漠,其山地及沙漠區(qū)面積約2 700 km2,占土地面積的40%;平原區(qū)面積為4 100 km2,占土地總面積的60%。轄區(qū)內(nèi)有十個(gè)鄉(xiāng)、兩個(gè)鎮(zhèn)以及兵團(tuán)第三師伽師總場(chǎng)。
1)灌溉水利用系數(shù)
灌溉水利用系數(shù)計(jì)算公式如下:
式中:η渠——渠系水利用系數(shù);
η田——田間水利用系數(shù)。
2)渠道水利用系數(shù)
按照《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288-99)[5]。計(jì)算渠道水利用系數(shù)。公式如下:
式中:η——渠道水利用系數(shù);
σ——渠道單位長(zhǎng)度水量損失率,%/km;
L——渠道長(zhǎng)度,km。
土渠滲水不受地下水頂托的影響,渠道單位長(zhǎng)度水量損失率(%/km)可按下式計(jì)算:
式中:σ——渠道單位長(zhǎng)度水量損失率,%/km;
K——土壤透水性系數(shù);
m——土壤透水性指數(shù);
Qdj——渠道凈流量,m3/s。
K和m的取值與渠床土質(zhì)有關(guān),根據(jù)地勘資料,灌區(qū)內(nèi)渠道為低液限粉土土質(zhì),依據(jù)規(guī)范K和m分別取2.65和0.45。
土渠滲水受地下水頂托的影響,對(duì)單位長(zhǎng)度損失率按下公式修正:
式中:σ′——受地下水頂托的渠道單位長(zhǎng)度水量損失率,%/km;
ε′——受地下水頂托的滲水損失修正系數(shù)。
襯砌渠道可用以下公式修正:
式中:σ0——受地下水頂托的渠道單位長(zhǎng)度水量損失率,%/km;
ε0——襯砌渠道滲水損失修正系數(shù)。
根據(jù)公式(2)-(5),計(jì)算出本次伽師縣大中型灌區(qū)骨干工程節(jié)水改造項(xiàng)目2015年(現(xiàn)狀年)和2020年(設(shè)計(jì)水平年)干、支渠水利用系數(shù)結(jié)果見表1。根據(jù)新疆部分渠道實(shí)測(cè)值經(jīng)驗(yàn),理論公式計(jì)算值偏大,還應(yīng)考慮水面蒸發(fā)損失、閘門漏損及流域內(nèi)的管理水平等多種因素,實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)進(jìn)行折減,折減后設(shè)計(jì)取值見表詳見表1、2。
由表1和2可知:伽師縣干渠在經(jīng)過續(xù)建配套和節(jié)水改造之后,渠道水利用系數(shù)(設(shè)計(jì)值)較2015年平均增加了3.94%,渠道凈流量較2015年增加了5.24%,說明通過節(jié)水改造項(xiàng)目,能夠有效地提高渠道水利用系數(shù),在輸水過程中能夠降低滲漏損失,提高水的利用效率。
表1 2015年伽師縣渠道水利用系數(shù)計(jì)算表
1)2015年灌溉水利用系數(shù)分析
(1)渠系水利用系數(shù)。2015年(現(xiàn)狀年)伽師縣灌區(qū)干渠總長(zhǎng)度314.07 km,防滲長(zhǎng)度60.9 km,防滲率19.35%,支渠總長(zhǎng)191.45 km,防滲長(zhǎng)度25.6 km,防滲率13.37%;斗渠總長(zhǎng)度1 606 km,防滲長(zhǎng)度89 km,防滲率5.54%;農(nóng)渠總長(zhǎng)度1 142 km,均無(wú)防滲。經(jīng)計(jì)算,地面灌渠系水利用系數(shù)為0.534;根據(jù)實(shí)際情況,滴灌系統(tǒng)均布置在斗渠旁,因此,采用節(jié)水灌的渠系水利用系數(shù)為0.667。
表2 2020年伽師縣渠道水利用系數(shù)計(jì)算表
(2)田間水利用系數(shù)。根據(jù)灌區(qū)多年來(lái)管理技術(shù)水平,綜合多方面因素并通過調(diào)查,伽師縣灌區(qū)田間水利用系數(shù)地面灌為0.860,節(jié)水灌為0.900。
(3)灌溉水利用系數(shù)。根據(jù)計(jì)算伽師灌區(qū)常規(guī)灌溉的灌溉水利用系數(shù)為0.459,采用滴灌的灌溉水利用系數(shù)為0.600。2015年地面灌面積為6.79萬(wàn)hm2,節(jié)水灌面積為1.29萬(wàn)hm2,經(jīng)面積加權(quán)綜合灌溉水利用系數(shù)0.485?,F(xiàn)狀年伽師縣灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)具體見表3。
2)2020年灌溉水利用系數(shù)分析
表3 伽師縣灌區(qū)2015年灌溉水利用系數(shù)表
(1)渠系水利用系數(shù)。2020年(設(shè)計(jì)水平年)灌區(qū)內(nèi)干渠及部分支渠實(shí)施灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目,渠道襯砌后,渠系水利用系數(shù)有所提高,但考慮到南疆氣候干燥、蒸發(fā)強(qiáng)烈而引起的水面蒸發(fā)等,結(jié)合該縣部分實(shí)測(cè)相似渠道的水利用系數(shù),考慮閘門漏損及管理水平等,渠道防滲改建后干渠渠系水利用系數(shù)取0.88。
伽師縣支渠總長(zhǎng)度191.45 km,現(xiàn)狀防滲長(zhǎng)度25.60 km,本次未防滲改建支渠,考慮到各縣均在實(shí)施《大中型灌區(qū)節(jié)水改造工程》,建設(shè)內(nèi)容以灌區(qū)骨干干、支渠為主,則伽師縣設(shè)計(jì)水平年支渠綜合渠系水利用系數(shù)按防滲長(zhǎng)度加權(quán)平均并綜合考慮其它各級(jí)渠道及田間未有規(guī)劃工程實(shí)施,故2020年其水利系數(shù)仍維持現(xiàn)狀不變,取0.860。伽師縣設(shè)計(jì)水平年渠系水利用系數(shù)按防滲長(zhǎng)度加權(quán)平均并綜合考慮后取0.547,滴灌渠系水利用系數(shù)為0.683。
(2)田間水利用系數(shù)??紤]到灌區(qū)為老灌區(qū),經(jīng)過多年的耕作,田間已基本平整,故至設(shè)計(jì)水平年仍維持現(xiàn)狀。設(shè)計(jì)水平年該灌區(qū)田間水利用系數(shù)為0.860,節(jié)水灌田間水利用系數(shù)根據(jù)規(guī)范取0.900。
表4 伽師縣灌區(qū)2015年灌溉水利用系數(shù)表
(3)灌溉水利用系數(shù)。根據(jù)計(jì)算伽師縣灌區(qū)常規(guī)灌溉的灌溉水利用系數(shù)為0.470,采用滴灌的灌溉水利用系數(shù)為0.615,2020年地面灌面積為5.37萬(wàn)hm2,節(jié)水灌面積為2.7萬(wàn)hm2,經(jīng)面積加權(quán)綜合灌溉水利用系數(shù)0.542。通過加快大中型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目的實(shí)施,能夠進(jìn)一步提高灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)。具體計(jì)算結(jié)果見表4。
通過在喀什噶爾河流域伽師縣灌區(qū)實(shí)施灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造項(xiàng)目,較2015年相比,高效節(jié)水灌溉面積增加1.42萬(wàn)hm2,渠道水利用系數(shù)增加3.94%。綜合灌溉水利用系數(shù)由2015年的0.485提升至2020年的0.542,提高11.75%。其中,地面灌條件下,灌溉水利用系數(shù)和渠系水利用系數(shù)提高了2.40%;節(jié)水灌條件下,灌溉水利用系數(shù)和渠系水利用系數(shù)提高了2.40%。在南疆地區(qū)實(shí)施灌區(qū)改造能夠降低水資源在輸送過程的損耗,可以提高水資源的利用效率,為南疆脫貧攻堅(jiān)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。