李 斌

(臨汾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西 臨汾 041000)

1 研究區(qū)概況

臨汾市汾西灌區(qū)是山西省八大灌區(qū)之一，面積約163.5萬(wàn)畝，灌區(qū)有龍子祠泉、郭莊泉和汾河三大水源，規(guī)劃年水資源年徑流量7.08億m3，其中農(nóng)業(yè)灌溉用水量2.6億m3，設(shè)計(jì)灌溉面積70.26萬(wàn)畝，灌區(qū)多年平均降雨量508mm，年平均氣溫12.1℃。經(jīng)過(guò)五十余年的運(yùn)行，灌區(qū)工程設(shè)施老化失修，渠道滲漏水嚴(yán)重，難以正常運(yùn)行，有限的水資源不能充分利用，灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益不能正常發(fā)揮。1999—2016年，省發(fā)改委和省水利廳實(shí)施汾西灌區(qū)節(jié)水續(xù)建配套工程，共對(duì)166.15km的渠道進(jìn)行了防滲改造，渠道防滲配套實(shí)施后，灌溉水利用系數(shù)有所提升，灌區(qū)效益有了一定程度的提高，但還有部分干渠仍帶病運(yùn)行，支、斗渠大多以土渠運(yùn)行，田面工程基本沒(méi)有配套，水量浪費(fèi)嚴(yán)。

為有效提高水的利用率，市汾西灌區(qū)水利服務(wù)中心繼續(xù)加大投入，于2016—2020年繼續(xù)對(duì)灌區(qū)部分設(shè)施進(jìn)行改造，改建內(nèi)容主要包括：①七一渠配套建筑物(渡槽)2座；②李村電站支渠(0+000～1+010)改建、防滲長(zhǎng)1.01km，配套建筑物6座。③七一渠七支渠(0+000～1+879)改建長(zhǎng)1.879km，防滲長(zhǎng)度1.821km，配套建筑物37座。④母子河(3+000～7+771)渠道改建、襯砌長(zhǎng)4.771km，配套建筑物16座。⑤紅旗渠(1+140～4+691)改建長(zhǎng)3.551km，防滲長(zhǎng)3.511km，配套建筑物46座。⑥七一水庫(kù)二支渠二分支(0+000～3+330)改建、防滲長(zhǎng)3.33km，配套建筑物21座。⑦新增渠道量水設(shè)施36處、流速儀和水位尺10套；⑧改建七一渠薛村三橋(73+455)；⑨改建七一渠5+840～6+619段，防滲長(zhǎng)度為779m；⑩改建七一渠干河村渠下涵(5+966)。

為了對(duì)改造前后灌區(qū)灌溉效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，在節(jié)水改造前和節(jié)水改造后對(duì)灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，并對(duì)灌區(qū)近幾年續(xù)建配套和節(jié)水工程實(shí)時(shí)效果和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià)，可為類似大型灌區(qū)節(jié)水改造工程提供借鑒[1- 5]。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)方法

常用的灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)試方法包括靜水法、動(dòng)水法、雙環(huán)入滲法、滲透儀法、經(jīng)驗(yàn)公式法等[6- 9]。靜水法主要適用于靜水渠段的滲漏損失情況；雙環(huán)入滲法操作過(guò)程比較復(fù)雜，需要將兩個(gè)同軸心、不同直徑的鋼質(zhì)圓環(huán)壓入土質(zhì)渠床內(nèi)20cm才能進(jìn)行測(cè)試，僅適用于土質(zhì)渠床的滲漏損失；滲透儀法適用于土壤的滲漏損失；經(jīng)驗(yàn)公式法適用于渠道的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段或者缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)對(duì)渠道滲漏損失進(jìn)行估算；動(dòng)水試驗(yàn)法操作簡(jiǎn)單，不會(huì)影響渠道的正常灌溉用水，適用于渠道較長(zhǎng)以及滲漏損失較大的土質(zhì)渠道。由于汾西灌區(qū)當(dāng)前灌溉水利用系數(shù)仍然較低，渠道滲漏仍然比較嚴(yán)重，而且灌區(qū)表層土質(zhì)多為輕壤土，中壤土次之，土壤質(zhì)土疏松，因此，本文采用動(dòng)水法對(duì)渠道防滲改造前后的效果進(jìn)行測(cè)定。

根據(jù)相關(guān)規(guī)定[10]，在利用動(dòng)水法進(jìn)行渠道灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)定時(shí)，應(yīng)根據(jù)渠道斷面流量大小來(lái)確定所選典型渠道的長(zhǎng)度。一般要求見表1。

表1 動(dòng)水法渠道流量與長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.2 試驗(yàn)方案

測(cè)試時(shí)間選在2016年(改造前)和2021年(改造后)的春澆供水期間(一般為3—4月，試驗(yàn)時(shí)選取每年3月1—10日進(jìn)行測(cè)試)，并分別對(duì)典型干渠(七一渠)和各典型支渠(二支渠、五支渠、七支渠)的灌溉水有效利用系數(shù)進(jìn)行測(cè)算。由于七一渠的節(jié)制閘和分水閘均為平板閘門，斷面為梯形，而且工程完整率高，水流條件優(yōu)越，因而干渠測(cè)算主要采用“建筑物量水，流速儀校核”的方式進(jìn)行。通過(guò)支開口各閘門處流量和與干開口閘門處測(cè)得流量來(lái)計(jì)算灌溉水有效利用系數(shù)。各支渠采用流速儀實(shí)測(cè)，即選取典型規(guī)則的梯形斷面且足夠長(zhǎng)度的渠道，利用流速儀測(cè)得初始斷面流速和終點(diǎn)斷面流速，根據(jù)2個(gè)斷面之間的流量情況計(jì)算輸水利用系數(shù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 改造前灌溉水有效利用系數(shù)

灌區(qū)渠道改造前灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)試結(jié)果如圖1所示。從圖中可知：汾西灌區(qū)在續(xù)建配套與節(jié)水改造骨干工程實(shí)施之前，七一渠的有效利用系數(shù)較低，介于0.505～0.6331之間，波動(dòng)范圍較大，平均灌溉水有效利用系數(shù)僅為0.5644；二支渠、五支渠、七支渠的灌溉有效利用系數(shù)較干渠更低，分別介于0.4695～0.5089、0.4064～0.5536、0.4001～0.5167之間，平均灌溉水有效利用系數(shù)分別為0.4917、0.4798和0.4922；干渠的灌溉有效利用系數(shù)高于支渠，這可能與采用的防滲等級(jí)有關(guān)，干渠在前期渠道防滲改造工程中的混凝土防滲等級(jí)為P10，而支渠混凝土防滲等級(jí)為P8；七一渠的灌溉水有效利用系數(shù)基本呈逐漸增大的變化趨勢(shì)，即輸水時(shí)間越長(zhǎng)，灌溉水有效利用系數(shù)越大，而支渠的灌溉水有效利用系數(shù)一直處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，并無(wú)明顯規(guī)律，這可能是由于干渠一直處于輸水狀態(tài)，而滲漏損失隨著輸水時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸減小，當(dāng)渠床土質(zhì)達(dá)到滲漏飽和之后便不再滲漏，因而灌溉水有效利用系數(shù)會(huì)逐漸增大，而支渠并不是時(shí)刻存在輸水狀態(tài)，僅僅在支渠需要分配水資源時(shí)才會(huì)供水，因而渠道滲漏會(huì)一直處于波動(dòng)狀態(tài)。

圖1 改造前灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)試結(jié)果

3.2 改造后灌溉水有效利用系數(shù)

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步防滲改造后渠道的灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)試結(jié)果如圖2所示。從圖2中可知：相比改造前，二次改造之后的渠道灌溉水有效利用系數(shù)有較大幅度提升，七一渠的灌溉水有效利用系數(shù)介于0.6947～0.793之間，平均灌溉水有效利用系數(shù)僅為0.7688，二支渠、五支渠、七支渠的灌溉有效利用系數(shù)焦干渠更低，分別介于0.6319～0.7205、0.5926～0.6741、0.5258～0.6477之間，平均灌溉水有效利用系數(shù)分別為0.6659、0.629和0.6025；渠道在二次防滲改造之后，灌溉水有效利用系數(shù)除了有較大提升之外，還更加穩(wěn)定，表明在增加量水設(shè)施后，對(duì)灌區(qū)渠道水量起到了更精準(zhǔn)的控制，可以保證灌區(qū)渠道供水的穩(wěn)定性。

圖2 改造后灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)試結(jié)果

4 效益評(píng)價(jià)分析

4.1 防滲效益

灌區(qū)渠道節(jié)水改造前后的防滲效果對(duì)比如圖3所示。從圖3中可知：經(jīng)過(guò)再一次的節(jié)水改造之后，二支渠灌溉水利用系數(shù)從0.4917提升至0.6659，提升幅度為35.4%，五支渠的灌溉水利用系數(shù)從0.4798提升至0.629，提升幅度為31.1%，七支渠的灌溉水利用系數(shù)從0.4922提升至0.6205，提升幅度為26.1%，七一渠的灌溉水利用系數(shù)從0.5644提升至0.7688，提升幅度為36.2%；經(jīng)二次節(jié)水改造之后，汾西灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)明顯提升，平均提升幅度達(dá)到32.2%。

圖3 改造前后灌溉水有效利用系數(shù)對(duì)比

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

截至2021年，針對(duì)汾西灌區(qū)續(xù)建配套及節(jié)水改造工程共完成投資12億元，完成各類型渠道防滲350km，渠道加高30km，工程完好率由1999年的35%提升至目前的98%，灌溉水利用系數(shù)由1999年的0.358提升至目前的0.7688，畝用水量由原來(lái)的300m3降低至當(dāng)前130m3，年可節(jié)約灌溉用水3608.5萬(wàn)m3，灌溉成本降低70%以上。

4.3 生態(tài)效益

通過(guò)續(xù)建配套和節(jié)水改造工程，灌區(qū)加強(qiáng)了對(duì)地表水的利用，封閉機(jī)井810眼和封閉水井2035眼，明顯減少了對(duì)地下水的依賴，灌區(qū)地下水位平均抬升4.0～5.0m，通過(guò)控制地下水位，可有效改善灌區(qū)土壤的鹽堿化程度或者防止灌區(qū)耕地土壤鹽堿化。

5 結(jié)語(yǔ)

汾西灌區(qū)是一個(gè)大型灌區(qū)，灌區(qū)水資源年徑流量7.08億m3，可供年徑流量4.48億m3，現(xiàn)狀灌溉面積51.84萬(wàn)畝，可發(fā)展灌溉面積為70.26萬(wàn)畝，但灌區(qū)內(nèi)部分渠段缺乏量水設(shè)施，嚴(yán)重影響到渠道的灌溉管理。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可知：經(jīng)過(guò)多年的續(xù)建配套和節(jié)水改造工程，灌區(qū)干渠和支渠的灌溉水有效利用率均有較大幅度提升，支渠灌溉水利用系數(shù)目前已>0.6，干渠灌溉水利用系數(shù)>0.75，灌溉水利用系數(shù)平均提升幅度達(dá)到32.2%，可取得良好的防滲效果、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)生態(tài)效益，相關(guān)改造經(jīng)驗(yàn)可為類似大型灌區(qū)提供借鑒。當(dāng)然，本文僅從一年的灌溉水有效利用系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)灌區(qū)節(jié)水改造成果略顯不足，需要在多年平均觀測(cè)的基礎(chǔ)上，盡量減少偶然測(cè)量誤差的影響，以提升測(cè)量結(jié)果和評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性