鲁北地区引黄灌区持续发展的工程改造模式探讨(陈芳林,郑吉顺,王同刚)

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鲁北地区引黄灌区持续发展的工程改造模式探讨

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陈芳林郑吉顺王同刚

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(山东省海河流域水利管理局)

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摘要:根据鲁北地区的特点、水资源状况以及黄河来水不断减少的发展趋势,对该地区引黄灌区实施节水改造的技术措施、适合采用的水资源高效开发利用模式以及科学处理引黄泥沙问题进行了探讨。水利论文#R J5Ex[nQ

关键词:引黄灌区;节水灌溉;水资源;泥沙

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作者简介:陈芳林(1958-),男,山东省海河流域管理局高工。

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1 鲁北地区水资源及引黄灌溉简况水利论文!}.ec1vT1`1Fk'v

  鲁北地区包括山东省的聊城、德州两市的全部和济南、滨州、东营三市(地)的黄河以北部分,共29个县(市、区),总面积29713km2,是山东省重要的粮棉产区。多年平均降雨量568.5mm,地表水资源量14亿m3,地下水资源量27.9亿m3,扣除地表水与地下水的重复计算部分,其水资源总量为39.8亿m3,可利用量为27.11亿m3。由于当地水资源贫乏,农田灌溉及城镇供水的大部分依靠引黄供给。全区现有667hm2以上引黄灌区24处,设计引水能力1017.2m3/s,设计灌溉面积143.64万hm2。自50年代至1996年累计引用黄河水1152亿m3,1991~1996年年均为51.5亿m3水利论文(N4i;r,lE.M;T:i&z

2 鲁北引黄灌区存在的主要问题

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2.1 水资源短缺水利论文 {8{yd$j)F5}/b

  据分析,2000年水平,在开源规划全部实施,供水能力达到72亿m3左右时,保证率75%枯水年全区缺水量最低达24亿m3。供水不足是制约社会、经济发展的主要因素之一。水利论文PN-fz3AS~

2.2 黄河进入山东河段的径流量越来越少使鲁北地区的水资源供需矛盾更加突出

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  进入90年代,黄河进入山东河段的径流量明显减少(见表1),断流时间也越来越长,利津站80年代年均断流10.5天,而1991~1997年年均断流达102天,断流时间最长的1997年为226天,这必将使对黄河水依赖性很强的鲁北地区的水资源供需矛盾更加突出。

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表1 黄河山东段(高村站)径流量统计表单位: 亿m3

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Yellow River runoff volume (Gaocun Hydrologic Station)in Shandong Province水利论文"Inidu


年代1951~19601961~19701971~19801981~19901991199219931994199519961997

径流量442.596518.276349.371380.921200233281280203235104

2.3 引黄灌区水的浪费现象十分严重水利论文 a Hrir6L#UA"D&d

  鲁北地区24处667hm2以上引黄灌区干级以上渠道总长2116.18km,已衬砌长度163.1km,占7.7%;支渠总长6763.04km,已衬砌长度68.5km,仅占1%。由于灌区基本上是土渠输水, 工程配套差,老化严重,水价过低,管理方式落后,节水意识不强,大水漫灌等原因致使灌溉水的利用系数仅为0.4~0.5。

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2.4 处理与利用引黄泥沙的难度越来越大

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  鲁北地区1958~1996年共引进泥沙13.41亿t,使渠首附近适宜沉沙的天然洼地已经用完,多数灌区已被迫采用以挖待沉作为处理泥沙的主要措施,目前每年的清淤量已接近引沙量。1958~1996年仅干级以上渠道清淤量已达3.7亿m3,弃土的堆放越来越困难,而且造成生产、生活环境的恶化。

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3 鲁北引黄灌区改造模式探讨

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3.1 节水改造

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3.1.1 在地下水条件较好的区域内大力推行“井渠结合”及“井灌补源”灌溉模式

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  鲁北地区总面积的2/3适合采用“井渠结合”及“井灌补源”灌溉模式,和单纯依靠引黄灌溉相比,具有供水适时可靠、节水、调控地下水位、兼有改碱功能、对雨水的利用率高、生态环境好等特点,特别在黄河来水不及时的情况下更能体现出优越性。而目前在85万hm2渠灌区内很少利用地下水,井灌补源面积也仅占15%,所以今后应结合灌区改造逐步扩大井渠结合及井灌补源灌溉模式的控制面积。水利论文3z\ ^#qym)b

3.1.2 因地制宜推广田间渠道衬砌、管灌、喷灌、微灌技术水利论文6~w4Ek\2E$e

  (1)渠系自流灌区由于采用浑水自流灌溉,水质不满足喷、滴灌要求,现阶段应以衬砌田间渠道为主,通过衬砌减少输水过程中的渗漏,又可增加输入田间的泥沙量,减少清淤量。

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  (2)井渠结合灌区有时采用地下水,有时采用引黄浑水,若采用统一输水系统,只有选择管道灌溉或衬砌渠道;若渠系灌溉可以自流,则井灌时可考虑采用移动式管灌或喷灌。水利论文_{x4^ hd

  (3)河网灌区一般是低扬程提水灌溉,水中往往含有一定量的泥沙,有时候接近原状的黄河水,不适合采用喷、滴灌技术,应大力推广管道灌溉,其次是衬砌渠道。水利论文 A B vlP*D0}

  (4)补源区一般位于引黄灌区的下游,主要从机井中提水灌溉,其水源条件对目前大力提倡的管灌、喷灌、微灌技术均能够满足要求,在经济条件许可情况下应积极推广。管道灌溉投资一般3000元/hm2;喷灌投资一般7500~15000元/hm2;微灌投资一般1.5~1.8万元/hm2。三种节水灌溉方式和土渠灌溉相比可节水20%~60%,且具有明显的增产效果。水利论文 G$IucOi2_

  另外,当采用平原水库调蓄的黄河水用于农田灌溉时,由于成本较高(约0.7~1.10元/ m3),必须采用高效节水技术才能发挥应有的经济效益。水利论文tJ;DO)ik5Y

3.2 各类水资源的高效开发利用

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3.2.1 治理污染水利论文4N'A2{ nF:a6|Y^

  据1997年评价,全区年排放污水近5亿t,致使徒骇河、马颊河、德惠新河三条河道干流的污染十分严重,枯水期超Ⅴ类标准的河道长度占评价河长的75%,丰水期占71%,已严重影响了当地的生活、生产环境。所以应首先治理污染,使污水达标排放,为利用河道作为开源的辅助工程设施创造条件。

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3.2.2 兴建地下水回补促渗工程,充分利用地下库容

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  远离黄河的部分县(市、区),如:冠县、临清、武城、德城等,因引黄供水不便,地下水连年超采,1997年底地下水漏斗区面积达4060 km2。在这些漏斗区应结合灌排工程建设充分利用雨水、多余洪水及引黄水回补地下水。水利论文R4Y.B-Xy}|

3.2.3 蓄水工程建设

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  (1)大力推行坑塘蓄水、拦蓄多余洪水。采用坑塘蓄水,作为农业用水,容易做到蓄水设施分布合理,供水方便、成本低,为推广节水灌溉技术和回补地下水创造条件,减轻河道排洪压力,并为养殖提供条件,生态环境好,一举多得。将坑塘和引黄灌、排系统相连接,在黄河有水时引黄补水方便可靠。

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  (2)在河道干、支流上继续建闸,扩槽增容,增加调蓄能力。鲁北三条骨干河道上现有拦河闸40座,一次拦蓄能力约2.5亿m3,而三条河道1971~1995年年均弃水6~8亿m3,1998年弃水达23亿m3(含部分引黄尾水),还有相当的开源潜力,粗略分析,平均每年再利用3~4亿m3是可能的。所以今后对有条件继续建闸的干、支流河段应继续建闸,并在建闸后通过疏浚拓宽加深河槽进行增容,提高雨洪利用率和调蓄黄河水的能力。水利论文5wS;Dpr+i

  (3)积极稳妥兴建平原水库,科学调蓄黄河水。东营市、滨州地区东部主要依靠黄河水维持生产和生活,在黄河不能保证及时供水情况下,采用平原水库调蓄黄河水是缓解水资源供需紧张局面的主要措施之一。对平原水库建设要考虑四个方面的主要技术问题,一是适宜的规模;二是合理布局;三是确保工程质量;四是蓄水深度要通过优化设计确定。

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  采用坑塘、平原水库、河道调蓄等方式蓄水,若蓄水面积再增加鲁北地区总面积的1%,在蓄水深度5m左右时,鲁北地区的生态环境可大为改善,降雨大部分被利用,相应提高了防洪标准。水利论文3G@+|i!G1g*x;Ej

3.2.4 充分利用地下水水利论文9Hp/wN.|

  鲁北地区地下水可开采量多年平均为23.69亿m3,虽然在远离黄河的县(区)已严重超采,但在黄河沿岸县(区),地下水未被充分利用,今后应制定科学合理的经济政策,充分利用好黄河沿岸的地下水,将有限的黄河水尽可能照顾灌区的下游。

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3.2.5 实施多水源联合调度

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  实施多水源联合调度是缓解危机的主要措施之一,也是今后必然的发展趋势。其必要条件包括联网的工程系统和科学的决策调度系统。水利论文5Q"sCFA5W

  另外,南水北调东线工程已经经过几十年的前期工作,实施只是迟早的问题,鲁北地区应在各类开源工程建设中充分考虑与将来南水北调工程的衔接问题,并对供水市厨行必要的超前研究。水利论文E6@)oC?{

3.3 科学处理与利用引黄泥沙

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3.3.1 鲁北引黄灌区处理与利用引黄泥沙的方式水利论文8_ju0q[#C

  过去的40年主要采用结合淤改自流沉沙;结合淤背沉沙;多级分散沉沙;远距离输送、集中沉沙;自流沉沙以挖待沉;扬水沉沙等6种沉沙方式,这6种方式综合运作的结果,使引沙量的36.1% 沉积在沉沙池内,沉积在各级渠系的占47.4%,进入田间占8.5%,排水沟及河道占8%。目前除进入田间的部分外,淤积在其它部位的泥沙均需要清淤。

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  利用泥沙的方式主要包括淤改、淤背、加工建材、农民用土等方面,从利用的泥沙量多少而论,淤改、淤背是两个主要方面,但目前自流沉沙淤背和淤改已失去条件。

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3.3.2 处理泥沙的方式探讨

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  (1)沉沙方式 由于渠首附近适宜沉沙的洼地已经用完,前两种方式已失去应用条件,扬水沉沙的费用较高,所以在6种方式中只有多级分散沉沙、远距离输送集中沉沙、渠首附近自流沉沙以挖待沉等方式可以延续使用,但要因地制宜,采用科学、经济、对环境影响小的方式。水利论文Gab b5r eLy q

  ①多级分散沉沙的操作问题 由于干渠沿线适宜沉沙的洼地自然沉沙厚度太小,单位面积的沉沙量少,造成沉沙费用高。建议推广潘庄灌区的经验,先挖后沉,下次挖池的耕层土壤覆盖于沉沙池之上,洼地分区使用,不造成环境恶化。这种方式一般每挖1m3可沉沙1.2m3以上,沉沙费用低。

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  ②渠首附近自流沉沙以挖待沉方式的改造问题 这种方式环节多,包括兴建沉沙池、清淤、弃土区的复淤还耕等,和其它方式相比费用最高。应在做好规划的基础上,尽可能在黄河大堤背后实施以挖待沉,这具有加固黄河大堤和处理泥沙两方面的效益,具有长远的战略意义。若难以结合,应采用先挖后沉方式,并逐步采用多级分散沉沙,降低成本,避免沙化。水利论文9T+D|:w%b8D

  ③远距离输送集中沉沙 这种方式主要适合于灌区下游有集中可利用的沉沙洼地,沉沙后不需要再次清淤的情况。根据鲁北地区的地形坡降条件,远距离输沙需要将干渠进行衬砌,衬砌后断面规则,水流平顺,糙率减小,使流速增大25% 左右,输沙能力提高45% 左右。远距离输沙还可以为提高入田沙量或输沙到支级以下渠道清淤创造条件。

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  (2)采取工程措施提高输入田间的沙量 采取科学的工程技术,将泥沙比较均匀的分布在田间;控制泥沙颗粒组成,以不导致耕层沙化(平均粒径小于0.03mm)为宜。

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  ①结合节水工程建设提高输入田间的泥沙量 采用低压管道灌溉输沙入田,对鲁北地区引黄水的泥沙颗粒组成,当含沙量小于10kg/m3时,流速大于0.8m/s就不会淤积管道,而且能够把泥沙比较均匀地分布于田间,采用衬砌渠道一方面可以增大入田泥沙量,另一方面可以把泥沙输送到支级以下渠道,清淤方便,费用低,避免沙化。水利论文_R#W.{W;k&r

  ②在远距离输沙干渠及主要支流上采用提灌方式增加入田沙量 在干渠两侧采用提灌方式,采用管道或衬砌渠道输水,具有节水、减少干渠清淤量等方面的优越性,经济可行。

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  (3)设置末级沉沙池控制入河泥沙 徒骇河、马颊河、德惠新河三条骨干河道上的40座拦河闸除汛末拦蓄降雨径流外,其他时间用来调蓄引黄水,由于多数灌区的沉沙效果不好且入河前没设末级沉沙池,每年约有160万m3泥沙泄入干流河道,对防洪除涝及利用河道蓄水影响很大,所以设置末级沉沙池将泥沙处理在入河之前,减轻对河道的淤积已十分必要。

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