井渠结合——北方灌区建设的基本方向

井渠结合——北方灌区建设的基本方向田园国家节水灌溉北京工程技术研究中心建国50年来，我国的灌溉事业有巨大发展，灌溉面积由建国初期的2.4亿亩，增加到目前的8亿亩，解决了12亿人口的衣食问题，成绩举世公认。

然而由于建设资金不足，已建的灌溉工程多数配套不全，难以发挥设计效益，再加水费收入低微，不能满足管理维修需要，工程设施长期带病运行，多数已濒临难以支撑的程度。

近年来各级政府增加农田水利建设的投资，用于灌溉工程的续建配套和节水技术改造，是十分必要的。

北方灌区续建配套和节水技术改造，要把灌区建设成什么样的工程模式?对此尚未形成统一认识。

多数技术人员认为应当建成井渠结合、地表水与地下水联合运用的灌区。

然而这种主张在有些地方遭到抵制，难以实施。

即使在技术人员中，对井渠结合的工程形式，理解也并非一致，因此有专门讨论的必要。

一、井渠结合在北方灌区中实施的必要性井渠结合的灌溉工程结构，其特点为在农田灌溉和排水上用渠也用井，二者结合，相辅相成。

用渠引地表水灌溉和排除地表径流防涝；用井抽取地下水灌溉、控制地下水位，防治渍涝和盐碱灾害，排除部分矿化度高的地下水，保持灌区盐分平衡。

采取井渠结合灌溉工程形式的必要性概述如下：1．提高灌区水资源利用率。

开采地下水灌溉，第一可以把引地表水灌溉渠道和田间渗漏水量重复利用，提高灌溉水的利用率；第二，井灌降低地下水位，可增加降雨的入渗量，减少径流流失，提高降雨的利用率；第三，井灌降低地下水位，减少潜水蒸发，提高水资源的利用效率。

所以，开展井灌是节水灌溉不可替代的技术措施。

2.提高灌溉用水保证率。

北方地区降水量年际变率大，地表径流年际变率更大。

采取井渠结合的灌溉方式，利用地下水的巨大储量，干旱年多取地下水补地表水之不足；丰水年多用地表水、且回灌地下水；二者结合，使灌溉保证率提高。

3.防治灌区渍涝和盐碱化。

北方河流冲积平原，土壤和地下水含可溶盐分较多，引地表水灌溉，抬高地下水位，容易引起土壤盐渍化和加重渍涝灾害。

而河流冲积平原的土壤多粉砂，挖沟排水，控制地下水位，由于沟坡坍塌，难以达到设计效果。

打井开采地下水灌溉和采取竖井排水降低地下水位则容易办到。

故井渠结合是控制地下水位，防治灌区渍涝和盐碱灾害的可靠措施。

4.提高作物产量。

大型灌区实行轮灌，灌水周期长，难以满足作物适时灌溉的要求；而井灌则机动灵活，可以适时灌溉，保证作物丰产用水。

5.抽咸换淡、改造利用浅层地下咸水。

地下水矿化度高是灌区次生盐渍化的根源，又是地下水开发利用的障碍。

采取竖井排水，抽排高矿化度的地下水，利用雨水和引入低矿化度的地表水，入渗补给地下水，可逐渐使一定深度内的浅层地下水淡化，变为可利用的水源。

这种措施称为“抽咸换淡”。

抽咸换淡是保持灌区盐分平衡和改善灌区生态环境的基本措施。

二、井渠结合灌溉工程规划在井渠结合灌区，井是灌溉和排水工程设施中的重要组成部分。

所以，具有适合打井提取地下水的水文地质条件，是实施井渠结合灌溉工程的基本前提。

山区、丘陵区的坡地，松散覆盖层薄，坡度陡，地表和地下径流易于流失，不具备打井开发地下水灌溉条件；即使岩石风化层有裂隙水，出水量也有限，难以做为灌溉水源。

只有沟谷滩地和覆盖层较厚的台地与低阶地，才可打井灌溉。

滨海平原为海相沉积地层，质地致密，透水性极差，打井取水困难，且水质矿化度很高，也不宜作为井灌或竖井排水地区。

上述两类地区均应修渠引地表水灌溉。

山丘区坡地灌溉与水土保持相结合，修筑塘坝、水库，蓄积当地径流、作为水源。

有条件从骨千河道引水时，将引水渠与当地塘坝水库联结，形成“长藤结瓜”式灌溉系统，提高灌溉用水保证率和水资源的利用率。

滨海区地势低平，土壤含盐量高，除古河道和现代河流所在地为沙壤土外，多为粘土或重壤土，透水性差，这类地区引河水灌溉，应采取明沟或略管排水，改良盐渍土和防止渍涝灾害。

这类地区从河道引水可挖地下渠，即引水渠的水位低于地面，在引水渠上设泵站提水灌溉。

利用地下渠引水灌溉，渗漏少，不易决口淹地，且占压土地少，也有利于与排水系统结合，排泄暴雨径流；但在土壤脱盐阶段，应当保证排泄咸水有通路。

北方平原地区已建成的大中型灌区，大多数地方都有打井提取地下水的条件；但不同地貌单元沉积物透水性差异很大。

位于河流洪积冲积扇区打成的井，每小时出水量可达到50—100—200m3，甚至更高；位于冲积湖积区打成的井每小时出水量多不足50m3，甚至只有10m3左右。

冲积湖积区含水层多为中砂、细砂和粉砂，利用普通管井取水出水量小，且容易发生井淤；故应改进井型，推广辐射井技术，或改进管井的滤水结构，增加出水量。

在海河平原的沉积层中有些地方是有裂隙的胶泥层(属重壤土)，这些沉积物的透水性优于粉砂，义打井不易发生井淤。

凡是可以打井提取地下水的地方，建设新灌区或老灌区技术改造，均应按照井渠结合、地表水与地下水联合运用原则进行规划设计和施工。

要点如下：1.以井灌和竖井排水控制地下水位，防止渍涝灾害和土壤盐碱化。

东部平原区受季风气候影响，雨季常发生暴雨，造成渍涝灾害，旱季地下水位过高，引起土壤盐碱化。

在井渠结合灌区，雨季以前应通过井灌或竖井排水，把地下水埋深控制到发生10—20年一遇暴雨时不会发生渍涝灾害；旱季、特别是在秋末冬初土壤结冻前，把地下水埋深控制在不致引起土壤返盐的临界深度。

西部内陆区降水量少，无雨多成涝的灾患，防止土壤盐碱化是关键，旱季、特别在地表被作物覆盖以前，应控制地下水埋深达到临界深度。

这些要求，应作为供给地表水灌溉的基本条件，达不到这些要求，不应供给地表水。

在井渠结合灌区，不再利用地面排水系统排泄地下水和控制地下水位，排泄地表径流的机率和排水模数也大为降低；因此，田间排水沟除用作竖井排水的输水沟外，一般不须设置，仅结合村庄、道路和低洼地，开挖重点排水沟即可；排水沟断面以通过设计流量为准，深度不再以控制地下水埋深作为设计条件。

2.以竖井排水保持灌溉区水盐平衡。

从区外引水灌溉，必然带进相当数量的盐分。

为保持灌区盐分平衡和逐渐减少灌区内可溶盐分数量，改善生态环境，须通过排水排出一定数量的盐分。

地球上可溶盐分的运动都是以水流为载体，从高处向低处、从上游向下游运移。

在运移过程中，因水分蒸发浓度逐渐增加，溶解度低的成分逐步从地下水中沉淀析出，溶解度高的成分逐渐占优势。

在地势低洼、排水不畅的地方，地下水浓度达到最高，溶解度高、为害作用相对较强的盐分也积累最多。

基于此项规律，可以把一个水文地质单元的地下水看作统一的流场，在下游径流滞缓区进行竖井排水，加速地下水的运动。

这样可以通过排除数量较少的高矿化度地下水，取得灌区盐分平衡或负平衡的效果。

竖井排水只要抽出的咸水在输水渠中不结冰阻塞，则全年都可进行，不受时间限制；因此竖井排水流量模数小，输水沟可做成防渗渠或输水管道，以代替分布在全灌区深而密的明沟和g音管排水系统。

3.井渠结合灌区地表水的供水量。

农田灌溉一为满足耕地的蒸腾蒸发量，二为满足非耕地自然植被的落腾蒸发量。

耕地的蒸腾蒸发量通常称谓作物需水量或田间耗水量。

各地主要农作物的需水量已有数十年的观测试验资料，可作为计算依据。

设i 种作物的需水量为Ei，种植面积与耕地面积的比值为ai，则全部耕地多种作物的加权平均耗水量为：M耕=∑aiEi （1）非耕地耗水量，为灌区环境用水。

据华北水电学院徐建新，王韶华等调查分析，其数值为300-500mm，平均约为耕地耗水量的0.6倍。

把耕地和非耕地的加权平均耗水量定义为“农业用水量”，依下达公式估算M农=M耕η+M非（1—η）= M耕[η+0.6(1—η)]=∑aiEi[0.6+0.4η] (2)式中η为耕地占灌区总面积的百分比。

依据公式(2)计算晋、冀、各、豫四省的四个不同类型灌区的农业用水量，与这四个灌区各年的实际用水量对比，得到的概念是：当实际用水量符合公式计算的用水量时，灌区农作物产量最高；灌区实际用水量低于公式计算的用水量时，灌区农作物产量随用水量的增加而提高；灌区实际用水量超过公式计算的用水量时，灌区农作物产量不但不增加，反而有明显的减产趋势。

这些资料说明了用公式(2)估算农业用水量的实用价值。

灌区农业用水量减去灌区降水量和流入、流出灌区地表径流与地下径流的平衡差值，即为灌区的灌溉用水量：M 灌=M 农—P ± R ± G (3)式中P —降水量，R —地表径流入流出差值，G —地下径流流入流出差值；流出量大于流入量取正号，反之取负号。

为保持灌区盐分平衡，须通过排水排除引水灌溉带入灌区内的盐分。

设来水矿化度为S 1，排出水的矿化度为S 2，排出水量M 排，则：M 排=M 灌)(121S S S - （4）灌区总的供水量应为M 供=M 灌+M 排 =M 灌⎥⎦⎤⎢⎣⎡-122S S S （5） 以上各式中的水量均以mm 计。

4.井渠结合灌区工程规划大型灌区控制面积大，上下游供水条件和水文地质条件差异明显，灌溉排水工程设施适应这种条件应做不同处理。

一般而言，灌区上游地区水文地质条件和地下水补给条件优于下游地区。

如果地下水可开采量能够满足灌溉用水要求，应当划作井灌区，不布设地表水灌溉工程。

中游地区水文地质条件和地下水补给条件均不及上游区，开采地下水不能满足灌溉要求， 因此，须要在打井灌溉的基础上，引地表水补当地水源的不足。

下游地区水文地质条件和地下水补给条件均差，由于地下径流滞缓，地下水甚至出现不适合灌溉的咸水层，或因地下含水层透水性差，不适合打井取水。

所以，灌区下游最需要引地表水灌溉，利用竖井排水或明沟与暗管排水。

我国大中型灌区的现状，多数与上述理想情况相反；上游地区由于“近水楼台”取得了利用地来水的优先权，即使有良好的地下水条件，也不肯打井灌溉；而下游地区远离水源地，地表水可望不可得，只得在极其艰难的条件下开发利用地下水，导致一系列不利后果。

这种情况是应当改变的，因为它不利于水资源优化配置和上下游均衡发展；即使对上游地区而言，完全用地表水灌溉也难以根本解决渍涝和盐碱问题。

灌区井渠结合的工程布置形式有多种：(1)在引地表水灌溉的地块上打井；(2)地表水灌溉地块与打井提取地下水灌溉地块相间布置；(3)引地表水灌区地形狭长，在地表水灌区两侧布设井灌区。

三种布置形式各有优点；比较起来在大型灌区内为取得井灌适时的增产效果，第(1)种方式更值得推荐。

5．灌溉渠道防渗问题灌溉渠道防渗是提高灌溉水利用率的重要技术措施，在新老灌区建设中，广为采用。

灌溉渠道防渗有一定限制。

(1)渠道防渗只减少渠道水量渗漏，不解决田间灌溉产生的深层渗漏和管理上产生的跑水、漏水和人为泄水问题。

有些大型灌区规划固定渠道全部衬砌防渗，灌溉水的有效利用系数只从0.3-0.4提高到0.5-0.55。

(2)渠道防渗衬砌费用高昂，在灌区工程续建配套和节水技术改造中，衬砌渠道费用占工程总投资的比例达50％-70％。