農(nóng)田水利學(xué)-第4章

農(nóng)田水利學(xué)-第4章灌溉水源與取水樞紐取水樞紐三增加灌溉水源的辦法

二灌溉水源

一（一）我國的水資源概況

（二）灌溉水源分析

灌溉水源

一

灌溉水源：天熱水資源中可用于灌溉的水體，有地表水和地下水兩種形式。我國灌溉水源主要來自地表水，其中利用地表水灌溉的面積占全國灌溉面積的81.6%。地表水：河川徑流、湖泊及匯流過程中由水庫、塘壩、洼淀等攔蓄的地面徑流。地下水：淺層地下水、深層地下水。淺層地下水：補(bǔ)給來源有降水，河渠、坑塘等地表水滲漏補(bǔ)給和開采去以外地下水的側(cè)向補(bǔ)給。深層地下水：億萬年前地質(zhì)構(gòu)造作用下形成，補(bǔ)給量少。灌溉水源

一

灌溉回歸水：引入灌區(qū)后未能利用經(jīng)地表或地下流回溝渠或河道的水量。水資源的重復(fù)利用：灌溉回歸水、城市污水。灌區(qū)規(guī)劃前，選擇好灌溉水源，結(jié)合當(dāng)?shù)厮Y源水量、水質(zhì)、時(shí)稱變化、引水位置及引水條件制定可行方案。灌溉水源

一（一）我國的水資源概況

灌溉水源

一

水資源：逐年可恢復(fù)和更新的淡水量。補(bǔ)給來源：大氣降水。我國水資源總量豐富，用河川徑流量加上地下水補(bǔ)給量，扣除重復(fù)水量計(jì)算得出，我國多年平均水資源總量約為2.8萬億m3。但時(shí)間、空間上分布不均。我國降水量和徑流量的年內(nèi)、年際變化很大，降水量的年際變化，北方大于南方，并有少水年或多水年連續(xù)出現(xiàn)的情況。水能資源蘊(yùn)藏量空間分布時(shí)間分布地

區(qū)水

能

蘊(yùn)

藏

量可能開發(fā)的水能資源裝機(jī)容量(MW)年發(fā)電量億(kW.h/a)占全國比重(%)裝機(jī)容量(MW)年發(fā)電量億(W.h/a)占全國比重(%)華北地區(qū)12299.31077.41.8691.98232.251.2東北地區(qū)12126.61062.31.81199.45383.912.0華東地區(qū)30048.82632.34.41790.22687.943.6中南地區(qū)64083.75613.89.56743.492973.6515.5西南地區(qū)473311.841462.170.023234.3313050.3667.8西北地區(qū)84176.97373.912.54193.771904.939.9全國676047.159221.8100.037853.2419233.04100.0中國可開發(fā)水能資源按地區(qū)分布示意圖我國水能資源時(shí)間分布夏秋季多，4—5個(gè)月的徑流量占全年的60%—70%冬春季徑流量很少

主要干旱地區(qū)：黃淮海平原，松遼平原，四川盆地的東、北部和云貴高原至廣東湛江一線。其中黃淮海平原受旱面積最大，接近全國受旱面積的一半。水資源：質(zhì)和量。天熱水質(zhì)中重碳酸鹽類分布最廣，占全國面積的68%,氯化鈉類占25.4%，碳酸鹽類水占6.6%。河流泥沙是水質(zhì)的自然污染物。我國河流水化學(xué)帶的特征見表4-1.我國六條河流泥沙含量特征見表4-2.灌溉水源

一

水體污染原因：工業(yè)廢水，主要污染物是氨氮，其次是耗氧有機(jī)物和揮發(fā)酚；生活污水、工業(yè)廢渣、礦業(yè)開采、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等。水體污染途徑：點(diǎn)污染源、面污染源。點(diǎn)污染源：城鎮(zhèn)。面污染源：降雨徑流把大氣和地表污染物帶進(jìn)水體，如酸雨、農(nóng)藥化肥農(nóng)田徑流、家畜家禽廢物、水土流失、城市垃圾、工礦廢料、礦業(yè)開采。灌溉水源

一地下水：全國三分之一的人飲用。地下水污染：受不同程度污染的有90%。由于所處的地理?xiàng)l件及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，恢復(fù)很慢，即使污染源消失，污染狀況也持續(xù)多年，屬于半永久性污染。河流污染：小河流重于大河流，北方城市重于南方城市。農(nóng)田水利規(guī)劃和灌溉水源分析前，對當(dāng)?shù)厮Y源全面評(píng)價(jià)，確定符合用水單位水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水資源總量、時(shí)程變化，及可供農(nóng)田灌溉的水量，進(jìn)行供需平衡分析，擬定科學(xué)規(guī)劃。灌溉水源

一我國總用水量中農(nóng)田用水比重最大，隨著我國工業(yè)及城鎮(zhèn)生活用水和公共用水水平的提高，在總水量中所占的比重也不斷提高。灌溉水源分析時(shí)，應(yīng)考慮這一方面。可供水量（供水量）：可能提供工農(nóng)業(yè)用水的水量。在做農(nóng)田水利規(guī)劃時(shí)，根據(jù)可供水量的多少，在考慮到其它部門用水的前提下確定出農(nóng)田灌溉可用水量的數(shù)字?？晒┧康扔诿盟?。它與當(dāng)?shù)厮Y源多少、水利工程設(shè)施的調(diào)控能力、不同水平年的用水要求有關(guān)，灌溉水源

一（二）灌溉水源分析

可供水量估算，常以現(xiàn)狀供水能力為基數(shù)，即以某年已建成的引水、蓄水、提水、調(diào)水工程以及機(jī)井等的供水能力為依據(jù)，結(jié)合同年的降水、徑流和外來水的資料與當(dāng)年的實(shí)際用水量，進(jìn)行綜合分析，分別估算出該年的地表水和地下水供水量?，F(xiàn)狀供水量要注明年份。如：現(xiàn)狀供水量（2009年）為15億m3：根據(jù)已建成工程的現(xiàn)狀和同年來水、用水資料，估算出的可供水量為15億m3.例：表4-3.表4-4.灌溉水源

一（二）灌溉水源分析

可供水量估算方法：（1）分河系逐條河流進(jìn)行估算，然后相加得全地區(qū)或流域的可供水量。（2）先估算典型河流的可供水量，分類型或分地區(qū)綜合建立關(guān)系曲線、經(jīng)驗(yàn)公式或可供水系數(shù)等，然后再估算全地區(qū)或全流域的可供水量。淺層地下水可開采量估算：要合理開采，從水均衡原理出發(fā)，用綜合補(bǔ)給量乘以一個(gè)小于0.1的開采系數(shù)求得。合理開采：經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)許可、資源可能、不會(huì)因超采而造成地面下沉、海水倒侵及不使環(huán)境惡化等的綜合條件。綜合補(bǔ)給量：包括降雨入滲、側(cè)向補(bǔ)給、河道入滲、渠系（包括田間）入滲、井灌回歸等項(xiàng)，先計(jì)算各分項(xiàng)不同水平年的，最后求出相應(yīng)年的綜合補(bǔ)給量。灌溉水源

一（二）灌溉水源分析

淺層地下水可開采量估算方法：假定不同水平年的開采系數(shù)不變，用不同水平年的綜合補(bǔ)給量乘以已知的開采系數(shù)，求出相應(yīng)年的可開采量。地下水資源包括淺層淡水、深層淡水、淺層咸水。因?yàn)樯顚拥叵滤匮a(bǔ)困難，所以超采地區(qū)，常將深層地下淡水作為生活用水或備用水源，暫不列為可利用水源中。若多年平均回補(bǔ)量測定，則深層地下水的可開采量應(yīng)小于或等于回補(bǔ)量。缺水地區(qū)進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)還要考慮淺層咸水，對2～5g/L的微咸水和大于5g/L的咸水分別估算。灌溉水源

一（二）灌溉水源分析

灌溉水源分析：先充分掌握當(dāng)?shù)厮Y源總量及變化過程及不同水平年可供水量的情況，分析灌溉水源的總量及流量過程，要對其它部門的用水要求，統(tǒng)籌兼顧，避免出現(xiàn)同一條河流上各用水部門憑各自需要到處開口引水，致使總引水能力大大超過河流供水能力的不正?，F(xiàn)象。還有要注意天然條件下的灌溉水源與灌溉用水要求在流量和總量上的差距。灌溉水允許含沙粒徑一般為0.005～0.001mm，允許含沙量視渠道輸沙能力而定，粒徑0.1～0.005mm的泥沙，可少量輸入田間，粒徑大于0.1mm的泥沙一般不允許入渠。灌溉水源

一（二）灌溉水源分析

灌溉水源分析：若用以遭受城市污水污染的地表水和地下水作為灌溉水源時(shí)，要嚴(yán)格按照國家現(xiàn)行的農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，由供水、用水及規(guī)劃設(shè)計(jì)等單位共同負(fù)責(zé)執(zhí)行。供水單位：農(nóng)田灌溉水源管理單位、污水處理廠、工業(yè)廢水排放單位。灌溉水源

一（二）灌溉水源分析

（一）供水現(xiàn)狀

1.灌溉帶的劃分根據(jù)農(nóng)業(yè)發(fā)展對灌溉的不同要求，我國地域劃分三個(gè)帶。（1）常年灌溉帶年降水量小于400mm的地帶，主要包括西北內(nèi)陸和黃河中游部分地區(qū)。這一帶，因年降水總量和各季節(jié)的降水分配，都不能滿足農(nóng)作物正常生長的需要，灌溉需要指數(shù)（灌溉水量占農(nóng)作物總需水量的比值）一般均大于50%～60%。增加灌溉水源的辦法

二（一）供水現(xiàn)狀

（2）不穩(wěn)定灌溉帶年降水量為400～1000mm的地帶，主要包括黃淮海地區(qū)和東北地區(qū)。因季風(fēng)的影響，降水變化不均勻，所以農(nóng)作物對灌溉的要求不穩(wěn)定，尤其是秋熟作物。干旱年份：黃淮海地區(qū)秋熟作物灌溉需要指數(shù)高達(dá)70%～80%，濕潤年份，只有30%。冬小麥灌溉需要指數(shù)高達(dá)50%。（3)補(bǔ)充灌溉帶年降水量為大于1000mm的地帶，包括長江中下游地區(qū)，珠閩江地區(qū)及部分西南地區(qū)。年降水量充沛，但年際及季節(jié)分配不均，另大面積種植水稻，所以灌溉需要指數(shù)高達(dá)30%～60%.增加灌溉水源的辦法

二（一）供水現(xiàn)狀

旱作物濕潤年不需灌溉，干旱年灌溉需要指數(shù)10%～30%.三個(gè)灌溉帶的降水特征及灌溉要求見表4-5、表4-6.2.水資源供需不均衡的原因及類型缺水地區(qū)：主要集中在華北和東北地區(qū)，其缺水量約占全國缺水量的70%，其次是西北地區(qū)、南方山區(qū)、高原和濱海區(qū)，占全國缺水量的30%。（1）水源豐富開發(fā)利用條件較，針對南方各大江河中下游地區(qū)。（2）水資源開發(fā)利用條件比較差，針對云高原、四川盆地及南方大中河流的山丘區(qū)。增加灌溉水源的辦法

二（一）供水現(xiàn)狀

（3）當(dāng)?shù)厮Y源缺乏，針對黃淮海平原地區(qū)、遼河中下游地區(qū)、黃河中游地區(qū)、遼寧、山東、浙閩沿海一帶。（4）當(dāng)?shù)厮Y源貧乏，跨流域調(diào)水十分困難，針對西北內(nèi)陸河、黃河上游部分高原地區(qū)，沿海島嶼。增加灌溉水源的辦法

二（二）擴(kuò)大灌溉水源的措施

充分采取有效節(jié)水措施，挖掘本地區(qū)水資源的潛力，提高可供水量。1.興建改造管好水利設(shè)施綜合調(diào)控水資源（1）新建改建擴(kuò)建蓄水措施（2）改進(jìn)蓄水工程的管理運(yùn)用方式（3）地表水和地下水聯(lián)合調(diào)控（4）更新改造舊機(jī)井提高裝置效率增加灌溉水源的辦法

二（二）擴(kuò)大灌溉水源的措施

2.盡量利用當(dāng)?shù)乜梢蚤_發(fā)的水源（1）咸水灌溉利用礦化度大于2g/L（尤其是2～3g/L的微咸水）進(jìn)行灌溉，目前已取得良好收成。1）要有通暢的排水出路，保證因澆灌咸水所積累的鹽分，在降雨或淡水沖洗時(shí)淋洗出去，使土壤鹽分在一年周期內(nèi)土壤不積鹽，并爭取脫鹽。2）根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、土壤、咸水成分、作物種類、排水條件及淡水資源情況等，掌握咸水灌溉的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。PH值在7.0～8.0，陽離子鈉不超過60%，以硫酸鹽或氯化物鹽為主礦化度小于5g/L的咸水。增加灌溉水源的辦法

二（二）擴(kuò)大灌溉水源的措施

3）加強(qiáng)管理科學(xué)安排灌水時(shí)間和灌水?dāng)?shù)量，及時(shí)測驗(yàn)土壤根層鹽分，使根層土壤鹽分不超過作物的耐鹽度。4）加強(qiáng)農(nóng)業(yè)措施，選擇適合當(dāng)?shù)貤l件能耐鹽的作物優(yōu)良品種。5）用淺層地下中性鹽類的咸水與深層地下蘇打堿性水混合澆灌或輪灌，改善水質(zhì)及減少土壤次生鹽堿化的可能性，提高安全性。（2）污水灌溉一般要經(jīng)過處理的污水或在河道內(nèi)經(jīng)過稀釋和自凈作用的污水作為灌溉水源，使用最好要對水質(zhì)及時(shí)加以監(jiān)測。有時(shí)要經(jīng)過兩次處理才可用。增加灌溉水源的辦法

二（二）擴(kuò)大灌溉水源的措施

原則：大廟多澆，小苗少澆、生長后期少灌或不灌。對含氮量高的污水，宜稀釋后再灌或采取清、污輪灌的方法，以大田作物為主，蔬菜、瓜果不灌。（3）渾水灌溉汛期，短時(shí)間內(nèi)引用多泥沙河流中高含沙量渾水進(jìn)行灌溉，具有增加水資源利用率，緩和夏灌期間缺水矛盾，抗旱保苗改良土壤促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及減輕水患的作用。1）根據(jù)渾水灌溉的目的，科學(xué)控制引用渾水的數(shù)量及泥沙粒徑。2）渾水灌溉要求能夠解決好灌排渠道沖淤平衡問題，尤其是淤積問題。3）泥沙處理要根據(jù)多泥沙河流的特性，結(jié)合灌區(qū)的條件與需要。增加灌溉水源的辦法

二

（4）海水利用利用海水減少工業(yè)用水，相當(dāng)于增加了灌溉水源。工業(yè)用水：直接利用和海水淡化后利用。直接取用時(shí)用大量冷卻水的電力、化工、冶金等工業(yè)的冷卻循環(huán)水；海水淡化主要用于鍋爐用水和優(yōu)質(zhì)工業(yè)用水。3.跨流域調(diào)水（1）要充分挖掘當(dāng)?shù)厮Y源的基礎(chǔ)上考慮調(diào)水量；（2）根據(jù)當(dāng)?shù)匾呀üこ虠l件，在不影響排澇的前提下攔蓄雨水，就地補(bǔ)源；（3）采取綜合措施實(shí)行節(jié)水灌溉，對現(xiàn)有的灌區(qū)進(jìn)行以節(jié)水、節(jié)能為中心的挖潛改造。（二）擴(kuò)大灌溉水源的措施

增加灌溉水源的辦法

二

4.地下水人工回灌利用地面或地下工程設(shè)施吧符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水引入地下蓄水層中，補(bǔ)給地下水資源和調(diào)節(jié)地表徑流，兼有凈化水質(zhì)，防止海水入侵和地面沉降。地下水人工回灌系統(tǒng)：回灌水源，取水與輸水建筑物，水質(zhì)的預(yù)處理設(shè)施和入滲設(shè)施?；毓嗨矗汉铀?、湖水、和當(dāng)?shù)氐孛鎻搅鳌⒐I(yè)與城市廢水?；毓嗟乃|(zhì)不得污染被回灌的含水層，保證回灌設(shè)施運(yùn)行正常，對設(shè)備無腐蝕作用。

（二）擴(kuò)大灌溉水源的措施

增加灌溉水源的辦法

二

入滲設(shè)施：(1)地面入滲法，通過坑塘、洼淀、溝渠和古河道等，或通過加大灌水定額直接從田面將水入滲到蓄水層；常用于淺層水的人工回灌。（2）地下灌注法：用管井、大口井、輻射井等地下工程設(shè)施，將水直接輸入地下蓄水層。常用于深層地下水的人工回灌。（二）擴(kuò)大灌溉水源的措施

增加灌溉水源的辦法

二（一）灌溉引水方式

渠首工程：從河流、湖泊等水源自流引水灌溉時(shí)，在水源引水段及渠道首部修建的水工建筑物。若有多個(gè)建筑物則為取水樞紐或引水樞紐。灌溉渠首工程：泵站及從水庫引水的取水建筑物。灌區(qū)按灌溉水源分，利用水庫、塘壩蓄水的約占31%，從河川自流引水的約占28%，用泵站提水的約占19%，利用地下水灌溉的約占18%，其它占4%。灌區(qū)用水80%引用地表水，地表水按不同的取水方式分為以下四類：無壩引水、有壩引水、抽水取水、水庫取水。取水樞紐三（一）灌溉引水方式

1.無壩取水定義：即不設(shè)攔河閘或雍水壩從天然河道中取水。適用：河道水量比較豐富，引水比不大，水位滿足或基本滿足引水的情況。方式：單首制、多首制。（1）單首制定義：只設(shè)一個(gè)引水口，一條引渠取水。渠首設(shè)進(jìn)水閘的叫做有閘單首制取水，它能控制入渠流量減少渠道淤積；在岸邊開挖引渠或涵洞引水而不設(shè)閘的叫做無閘單首制取水，它不能控制入渠流量和進(jìn)沙量。適用：河床穩(wěn)定，含沙量少的河流取水樞紐三（一）灌溉引水方式

（2）多首制定義：設(shè)2～3條引渠，各引渠在下游一定距離處合成一條干渠。進(jìn)水閘可設(shè)可不設(shè)，一般設(shè)在各引渠口或引渠匯合處。適用：河床不穩(wěn)定，含沙量多的河流。無壩引水渠首位置：設(shè)在河流彎曲段的凹岸中點(diǎn)偏下游處。以引取表層清澈水，使泥沙遠(yuǎn)離取水口。若灌區(qū)位置在凸岸，或受地形限制，可選在凸岸中點(diǎn)偏向上游處，減少泥沙淤積。取水樞紐三（一）灌溉引水方式

無壩引水渠首組成：進(jìn)水閘、沖沙閘、導(dǎo)流堤。進(jìn)水閘：控制入渠流量，其底板高于閘前河底，與閘后渠底齊平或稍高。沖沙閘：沖走淤積在進(jìn)水閘前的泥沙。導(dǎo)流堤：導(dǎo)流引水和防沙，枯水時(shí)截?cái)嗪恿?、保證引水。例如：都江堰工程，見圖4-4.2.有壩取水定義：當(dāng)河道流量能滿足灌溉引水要求，水位低于干渠控制水位時(shí)，在河道上設(shè)攔河閘或壅水壩控制河道水流，保證渠首引水。當(dāng)水位滿足要求，為保證較高引水比縮