黃 彥,孫雪梅,呂純波

(1.黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江省農(nóng)田水利管理中心，黑龍江 哈爾濱 150040)

灌區(qū)作為國家糧食安全的重要支撐和農(nóng)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)， 受到國家的高度重視[1]。黑龍江省是農(nóng)業(yè)大省，耕地面積、糧食產(chǎn)量、糧食商品率、水稻種植面積均居全國第一，是全國名副其實的大糧倉，水田灌區(qū)承載著保障國家糧食安全及中國人飯碗里要裝中國糧食的重大使命。2017年，中央一號文件提出把農(nóng)業(yè)節(jié)水作為方向性、戰(zhàn)略性大事來抓，加大大中型灌排骨干工程節(jié)水改造與建設(shè)力度，同步完善田間節(jié)水設(shè)施，建設(shè)現(xiàn)代化灌區(qū)。水利改革發(fā)展十三五規(guī)劃提出,加大農(nóng)業(yè)節(jié)水力度，加強(qiáng)灌區(qū)骨干渠系節(jié)水改造和田間工程配套，實現(xiàn)輸水、用水全過程節(jié)水、提高農(nóng)業(yè)灌溉用水效率。黨的十九大報告提出，堅持人與自然的和諧共生，堅持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境，統(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)治理，實行最嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境保護(hù)制度，形成綠色發(fā)展方式和生活方式，堅定走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路。一系列國家文件及規(guī)劃均提出了要改善田間節(jié)水設(shè)施，打造現(xiàn)代化灌區(qū)。國家發(fā)展戰(zhàn)略要求灌區(qū)現(xiàn)代化[1]，而灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化是現(xiàn)代化的基礎(chǔ)與保證。為此，對黑龍江省灌區(qū)田間工程標(biāo)準(zhǔn)化情況進(jìn)行了調(diào)研，了解黑龍江省水田灌區(qū)基本情況，掌握其田間工程、格田標(biāo)準(zhǔn)、管理機(jī)制等情況，找準(zhǔn)發(fā)展短板和突出問題，提出解決辦法，為我省灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展和水利事業(yè)長足發(fā)展提供依據(jù)和保障。

1 黑龍江省灌區(qū)現(xiàn)狀分析

黑龍江省灌區(qū)數(shù)量達(dá)到8312處，其中大中型灌區(qū)386處。水田灌區(qū)面積達(dá)到396.4萬hm2[2]，其中地表水灌溉面積152.1萬hm2，占全省水田38%；地下水灌溉即井灌面積244.0萬hm2，占全省水田62%，地下水灌溉面積占比過大，地表水灌溉面積相對較少，井灌發(fā)展過快，黑龍江省地下水利用率已接近全省可開采水平，部分區(qū)域已超出開采限制水平。水田用水偏高是用水總量超過黑龍江省總量控制紅線的主要原因，所以黑龍江省水田節(jié)水是水資源管理的關(guān)鍵。灌區(qū)田間工程配套率低，農(nóng)業(yè)水資源利用效率低，跑、漏、滲浪費(fèi)嚴(yán)重等問題突出，農(nóng)田水利建設(shè)滯后已嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展和國家的糧食安全[3]。

1.1 灌排工程

很多灌區(qū)建于大躍進(jìn)時期，由于受當(dāng)時的局限性，很多沒有按田、林、路綜合治理和單灌單排進(jìn)行規(guī)劃，致使串灌串排非常普遍，曲路、彎渠、碎片格田隨處可見。

灌區(qū)渠系配套不完整，直斗、直農(nóng)渠道隨意設(shè)置，且缺少控制閘門；田間工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不一，滯后于骨干工程，渠道襯砌率為10%，自流灌區(qū)灌溉水利用率僅為0.42～0.46；渠道襯砌形式主要有梯型、矩型、U型素混凝土等，澆筑形式有現(xiàn)場澆筑和預(yù)制混凝土板兩種形式。末級渠系防凍脹多采用砂墊層、復(fù)合土工膜、土工布等材料。由于水利工程施工期短，工程質(zhì)量不佳，使用年限均未達(dá)到設(shè)計要求。同時，我省位于高寒地區(qū)，冬季寒冷，渠道工程老化、凍脹破壞現(xiàn)象十分嚴(yán)重，造成輸配水能力下降，灌溉水利用效率低，大部分渠道都很難達(dá)到設(shè)計使用年限。

近年來，國家對灌區(qū)改造和維護(hù)投入了大量的經(jīng)費(fèi)，很多灌區(qū)從骨干工程到田間工程有了很大改善，建立了灌區(qū)的樣板工程。做到了灌溉渠道標(biāo)準(zhǔn)化、格田規(guī)格規(guī)模化，但這些工程僅占灌區(qū)控制面積的少數(shù)，大部分灌區(qū)還需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改造。

1.2 格田標(biāo)準(zhǔn)

黑龍江省很多灌區(qū)建成時間較早，由于當(dāng)時的水平和標(biāo)準(zhǔn)有限，格田大小是按照農(nóng)戶地權(quán)范圍、耕種要求和地形條件劃分的，格田規(guī)格為1～3畝不等，格田碎片化狀況較為普遍，土地平整精度不高，嚴(yán)重影響灌水生產(chǎn)效率和機(jī)械化作業(yè)，且田間缺少規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化工程，田間用水浪費(fèi)。近五年來，灌區(qū)通過各級項目對灌區(qū)整體進(jìn)行了升級改造，改造規(guī)格為3～10畝，但均是以自然地形、地塊為基礎(chǔ)，整體性較差，較標(biāo)準(zhǔn)化格田還有些差距，同時，由于工程項目經(jīng)費(fèi)有限，土地整理費(fèi)用較高，加之土地承包權(quán)、經(jīng)營權(quán)為農(nóng)戶所有，很難通過一項工程實施達(dá)到對灌區(qū)全部土地進(jìn)行整理，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化格田、網(wǎng)絡(luò)化道路與灌排工程配套。另外，土地承包權(quán)屬農(nóng)戶個體所有，戶均耕地面積少，流轉(zhuǎn)困難，也不利于擴(kuò)大格田規(guī)格。

目前灌區(qū)田塊規(guī)格可大致分為三種：(1)零碎小田塊長寬10～20 m不等，田塊面積約為333.3 m2；(2)中等田塊長寬約為30～40 m，田塊面積666.7～1333.3 m2；(3)灌區(qū)內(nèi)大塊示范田和樣板田，田塊規(guī)整、規(guī)格大，規(guī)格有50 m×50 m、100 m×100 m、80 m×100 m等不同規(guī)格，數(shù)量較少。

1.3 田間道路

田間道路是農(nóng)田基礎(chǔ)建設(shè)重要的組成部分[4]，也是保證農(nóng)機(jī)作業(yè)效率提高的基礎(chǔ)。目前，黑龍江省灌區(qū)田間路網(wǎng)密度300～1000 m不等，配合碎片式格田，格田機(jī)械通達(dá)率約為30%，與高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田機(jī)械通達(dá)率100%的目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。有些農(nóng)田路與村屯路結(jié)合，走向彎曲。目前灌區(qū)農(nóng)田路均是自然形成的老路，由于土地承包權(quán)、使用權(quán)的分散性，與農(nóng)戶協(xié)商灌區(qū)路、渠工程建設(shè)的占地問題極其困難，幾乎沒有新建道路。有些地方除了主要村屯通行道路，田間幾乎沒有專門的機(jī)耕作業(yè)道路。

1.4 灌水方式

黑龍江省水稻灌溉制度多采用淺曬淺灌、常灌、控制灌溉?？刂乒喔容^常灌和淺曬淺灌畝節(jié)水100～150 m3。但由于農(nóng)民習(xí)慣于傳統(tǒng)灌溉方式與生產(chǎn)管理方式，加之地表水灌溉輸配水距離長、沿程分水有序控制程度低，供水量具有不確定性，不能保證實時供水、農(nóng)民擔(dān)心因缺水而導(dǎo)致作物減產(chǎn)，因而習(xí)慣于始終保持田面有水層的常規(guī)灌水方式。在井灌水稻區(qū)，農(nóng)戶可以隨時啟泵灌水，水源有保障，而且提水量多少與費(fèi)用直接相關(guān)，因此，農(nóng)戶更容易接受和采用控制灌溉管理技術(shù)。

1.5 管理機(jī)制

黑龍江省大多數(shù)灌區(qū)均由灌區(qū)管理站負(fù)責(zé)管理，其職責(zé)為對灌區(qū)內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施等進(jìn)行維護(hù)，收取水費(fèi)。目前，一是灌區(qū)管理站收費(fèi)收取率僅為70%～90%，少數(shù)灌區(qū)僅為50%左右，收取的水費(fèi)無法滿足灌區(qū)工程維護(hù)和人員日常開銷；二是灌區(qū)管理站缺少專業(yè)人員，人員流動大，對灌區(qū)建設(shè)與管理的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化了解不多；三是缺少科學(xué)調(diào)水、優(yōu)化調(diào)度的能力和手段，用水高峰期經(jīng)常出現(xiàn)用水戶爭水問題，往往是上游水灌得太多，下游灌不到水，矛盾很大。如果能夠完善水權(quán)分配，配套水量計量設(shè)施，對用水量進(jìn)行計量，控制過量用水，在用水高峰期對來水合理、有序分配，保證大部分農(nóng)田的合理用水需求，將使農(nóng)戶收益，提高水費(fèi)收取率。四是灌區(qū)建設(shè)缺少地方標(biāo)準(zhǔn)，一些困繞寒地灌區(qū)建設(shè)的根本性技術(shù)問題沒有得到解決，灌溉技術(shù)推廣難，區(qū)域內(nèi)灌溉技術(shù)科研支撐嚴(yán)重不足。

2 田間工程標(biāo)準(zhǔn)化研究

灌區(qū)田間工程標(biāo)準(zhǔn)化既是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基石，也是我國實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然要求，要實現(xiàn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變，就必須從根本上解決灌區(qū)田間工程建設(shè)中的問題[4]。灌區(qū)田間工程標(biāo)準(zhǔn)化主要包括土地平整、灌溉與排水、機(jī)耕道路、農(nóng)田防護(hù)與生態(tài)環(huán)境保持等，滿足田間管理和農(nóng)業(yè)機(jī)械化、規(guī)?；a(chǎn)需要。國土資源部2012年頒布了《高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》，建設(shè)的總體目標(biāo)是提高基礎(chǔ)設(shè)施配套程度，改善農(nóng)業(yè)機(jī)械化、規(guī)?；a(chǎn)條件，增強(qiáng)抵御自然災(zāi)害的能力，改善生態(tài)景觀，提高糧食生產(chǎn)保障能力。

2.1 灌排渠道標(biāo)準(zhǔn)化

灌溉渠道標(biāo)準(zhǔn)化是提高灌溉水利用率重要方式之一。對于灌區(qū)灌溉水源工程應(yīng)達(dá)到設(shè)計要求，具備完善的農(nóng)田灌溉和排水工程體系，配套建筑物完整，灌溉設(shè)計保證率達(dá)到75%～80%，灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.56以上；排水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到10 a一遇，保證有排水承泄區(qū)，排水溝道健全，溝系配套建筑物完整。

渠道采用預(yù)制混凝土板渠道、現(xiàn)澆梯型渠道、U型渠道、矩型渠道等。對于支、斗渠以下建議采用裝配式矩型渠道，配套分水口、閘門等建筑物，提高施工工效和輸配水利用效率，延長渠道使用壽命，渠道工廠化生產(chǎn)，渠道2 m一節(jié)，強(qiáng)度等級為C50F300。預(yù)制梯形混凝土板厚度為8 cm，質(zhì)量以不大于25 kg/塊為宜；現(xiàn)澆混凝土板厚度為10 cm，平面宜采用矩形，尺寸應(yīng)不大于2.0 m×1.5 m。預(yù)制和現(xiàn)澆混凝土板強(qiáng)度等級為C25F200。針對不同區(qū)域，采用相應(yīng)基礎(chǔ)換填、土工合成材料膨潤土墊、EPS顆粒輕質(zhì)土、聚苯乙烯保溫板等防滲防凍脹措施，對于黏土等滲透系數(shù)較小的渠道可去掉防滲層。

對于新建灌區(qū)可采用低壓管道灌溉方式，解決了“管代渠”的技術(shù)難題，具有節(jié)水、節(jié)地、省工、省時、節(jié)能，灌水及時、地形適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在水田灌區(qū)應(yīng)用低壓管道灌溉技術(shù)，將大幅節(jié)省灌溉輸水損失，提高灌溉水利用效率，大幅降低水田灌溉用水量，對緩解我省水資源供需矛盾、地下水超采等問題意義重大。

2.2 格田標(biāo)準(zhǔn)化

格田標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)是將零散的地塊采用平整土地的方式改造成規(guī)格較大的格田。決定格田規(guī)格的主要影響因素有局部土地平整度、灌水均勻度、機(jī)械化水平等。試驗結(jié)果表明，收割生產(chǎn)率、打漿機(jī)效率、施肥效率均隨著格田面積的增加而增大，而插秧效率在50 m×100 m田塊達(dá)到最大值，而后呈下降趨勢，主要是因為格田過長增加了運(yùn)苗時間而造成效率降低，試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)化格田作業(yè)效率圖

灌溉時間隨著格田面積的增大而增加，但50 m×60 m與50 m×100 m按畝均灌水時間相比差異不大，試驗結(jié)果如圖2所示。為此，根據(jù)不同地形條件和機(jī)械作業(yè)條件，綜合考慮土地平整工程量、溝渠與田間道路的間距等因素，建立平原區(qū)、丘陵區(qū)和平原與丘陵過渡區(qū)的分類格田平整改造標(biāo)準(zhǔn)，推薦格田規(guī)格為0.3～1.0 hm2，長寬為50 m×100 m和50 m×200 m，且宜為長方形。當(dāng)格田面積為1 hm2時需設(shè)2個進(jìn)水口。水田田面傾向灌溉方向，為保證作物產(chǎn)量，平整土地時需將表層20 cm土壤剝離，待下層平整后再將表土還原，田面起伏不超過±3 cm；田面坡度不超過1/1000?？紤]到農(nóng)業(yè)機(jī)械的可作業(yè)距離，盡可能擴(kuò)大長方形的長短比例，以提高作業(yè)效率。

圖2 格田規(guī)格與灌水時間關(guān)系曲線

2.3 田間路標(biāo)準(zhǔn)化

田間道路少受占地制約，且投入少、建設(shè)難。解決的途徑一是靠渠道標(biāo)準(zhǔn)化減少的占地部分抵消；二是建立土地合作社，實行耕作合作化經(jīng)營。確定適宜的田間道路結(jié)構(gòu)形式與路網(wǎng)密度水平，優(yōu)化田間道路與灌排溝渠、田間建筑物、農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)的結(jié)合布局，建立適用于農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)、通達(dá)率高的道路體系。

田間道路路面寬度是為了安全和行車上的順適而確定的各類農(nóng)用機(jī)械、車輛交通上所需的寬度。田間道的路面寬度宜為3.5～6.0 m。在大型機(jī)械化作業(yè)區(qū)，田間道路的路面寬度可適當(dāng)放寬。道路縱坡宜根據(jù)地形條件合理確定，最大縱坡不宜超過 8%，最小縱坡以滿足雨雪水排除要求為準(zhǔn)，宜取0.3%～0.4%。為保證行車安全和人員安全，考慮到農(nóng)用車輛事故等臨時緊急停車和從事生產(chǎn)人員通行的需要，一般應(yīng)在田間道兩側(cè)設(shè)置路肩，田間路高出地面0.5 m以上，兩側(cè)不設(shè)林帶。推薦道路間距為200～600 m。田間道路通達(dá)率平原區(qū)應(yīng)達(dá)到100%，丘陵區(qū)不應(yīng)低于90%。

田間道路面宜采用砂石路面。路面基層宜采用水泥穩(wěn)定碎石、二灰碎石等半剛性材料，也可采用水泥穩(wěn)定粒料(土)、石灰粉煤灰穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定粒料(土)、填隙碎石或其它適宜的當(dāng)?shù)夭牧箱佒?。面層填筑厚度宜?10～15 cm，基層填筑厚度宜為 15～20 cm。砂石路面以砂、石等為骨料，以土、水、灰為結(jié)合料，通過一定的配比鋪筑成路面，基于農(nóng)田生態(tài)等考慮，田間道路面采用砂石路面。地下水位較高區(qū)，必須做好田間路基礎(chǔ)。

2.4 量測水工程

量測水是灌溉用水管理的基本條件，是促進(jìn)節(jié)約用水的有效手段，是實行計量灌溉的前提和基礎(chǔ)。掌握灌區(qū)渠系用水，實現(xiàn)科學(xué)合理調(diào)度，是實現(xiàn)灌區(qū)現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化的核心，也是實現(xiàn)農(nóng)村水價綜合改革，最嚴(yán)格的水資源管理制度的技術(shù)支撐[5]。準(zhǔn)確計量對保護(hù)和節(jié)約水資源、提高經(jīng)濟(jì)效益、保障水資源可持續(xù)利用具有重要意義。目前量測水技術(shù)有標(biāo)準(zhǔn)斷面、流速儀、渠系建筑物、量水堰槽、儀表等量水方式。需按照《灌溉渠道系統(tǒng)量水規(guī)范》(GB/T 21303—2017)要求，根據(jù)灌區(qū)渠系實際情況采用相對應(yīng)的量測水技術(shù)。建筑物量水是較為經(jīng)濟(jì)、簡便并可避免二次水頭損失的量水方法，在有條件利用水工建筑物量水的場合，可優(yōu)先考慮使用。堰槽量水是專門為量水而設(shè)立的設(shè)施，測流精度高，但堰槽尺寸需要制作精確，且因有收縮斷面阻水，在實際應(yīng)用時受到阻礙。流速儀量水是傳統(tǒng)的量測水方式，有轉(zhuǎn)子式流速儀、電磁流速儀、多普勒流速儀等，適用性廣、方法正確情況下較準(zhǔn)確，但測流時多為手工或半手工方式，工作量大、作業(yè)艱苦，且需配套測流橋，適用于對渠道進(jìn)行水位～流量關(guān)系曲線率定、率定水工建筑物流量系數(shù)等。標(biāo)準(zhǔn)斷面法是在渠道順直、斷面規(guī)則、水流均勻處對渠道進(jìn)行襯砌，安裝水尺進(jìn)行測量。儀表量水包括水位計量水、流量計量水和水量計量水等，如雷達(dá)流量計、超聲波水位計等，可實現(xiàn)實時監(jiān)測、自動測量，需注意要安裝位置要滿足規(guī)范要求，并建立渠道水位～流量關(guān)系曲線。對渠道寬度2～5 m的渠道，可選擇標(biāo)準(zhǔn)斷面+儀表量水。如果現(xiàn)場土建施工方便，也可考慮采用量水槽法測流，如配置自動水位計的無喉段槽、巴歇爾槽等。 對寬度2 m以下的渠道，可考慮采用配置自動水位計的堰槽法量水或修建標(biāo)準(zhǔn)斷面裝置雷達(dá)流量計量水。

2.5 管理標(biāo)準(zhǔn)化

(1)改革灌區(qū)管理體制，提升灌區(qū)管理手段。要摒棄“重建輕管”的思想，管理才是灌區(qū)今后運(yùn)行、發(fā)展永恒的主題。水利部門應(yīng)組織專家，重新研究灌區(qū)機(jī)構(gòu)定位、灌區(qū)管理模式，研究灌區(qū)到底“是什么”的問題。一是確權(quán)灌區(qū)用水總量，細(xì)分用水定額；二是推進(jìn)農(nóng)業(yè)綜合水價改革，研究節(jié)水補(bǔ)償機(jī)制；三是普及計量供水和按方收費(fèi)機(jī)制；四是推進(jìn)農(nóng)民用水合作組織和村級水管員制度建設(shè)。

(2)開發(fā)灌區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)，提高灌區(qū)管理水平。根據(jù)灌區(qū)供水情況、作物耗水與需水規(guī)律、節(jié)水灌溉制度等要求，規(guī)范水情、工情、旱情信息采集系統(tǒng)的指標(biāo)管理，建立標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化信息管理體系，研究時間與空間尺度的灌區(qū)地表水、地下水聯(lián)合調(diào)度與優(yōu)化配置模式。

利用互聯(lián)網(wǎng)，在田間工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、布局規(guī)范化、綜合節(jié)水技術(shù)體系框架下，建立集信息采集、分析、決策和控制一體化的灌區(qū)信息化管理體系，開發(fā)灌區(qū)自動控制及信息管理系統(tǒng)。

(3)采用控制灌溉與高產(chǎn)栽培技術(shù)，提高田間管理水平。以水稻控制灌溉技術(shù)為基礎(chǔ)，研究水稻不同栽植密度、栽培方式等農(nóng)藝措施對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及溫室氣體排放等影響，篩選控制灌溉條件下高產(chǎn)栽培技術(shù)最佳組合，建立集農(nóng)業(yè)節(jié)水、管理節(jié)水等綜合配套節(jié)水技術(shù)體系。

3 結(jié) 語

本文在全面分析黑龍江省灌區(qū)田間工程發(fā)展現(xiàn)狀及主要問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合我省灌區(qū)發(fā)展面臨的新形勢和新要求，總結(jié)了灌區(qū)田間工程標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的內(nèi)涵，從灌區(qū)田間工程、格田標(biāo)準(zhǔn)等角度入手，分析了田間工程標(biāo)準(zhǔn)低、土地零散格田規(guī)格不一、水資源利用結(jié)構(gòu)失衡、農(nóng)民節(jié)水意識淡薄的原因，研究提出了構(gòu)建可操作、實用性的灌區(qū)田間工程標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展體系，充分實現(xiàn)節(jié)水優(yōu)先，使灌區(qū)由粗放低效向節(jié)約高效用水轉(zhuǎn)變，提高農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)，為黑龍江省盡早實現(xiàn)灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化提供保障。