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