沿黄灌区地下水超采补偿网络建设

研究意义

黄河为沿黄地区农业灌溉依赖的主要客水资源，来水充沛与否直接制约着两岸农业灌溉质量，“靠天吃饭”、“时涝时旱”等矛盾突出，在春季、冬季灌溉需求旺盛时，黄河来水较少，无法满足沿岸灌溉的需求，夏季、秋季来水较充沛时，沿岸无法合理调配水资源，造成水资源浪费。

沿黄地区为克服这一矛盾，基于引黄灌溉基础之上，又新增机井灌溉作为辅助水源，在黄河来水较少时，通过机井水源对农田进行灌溉。但机井灌溉区域性开采地下水会引起地下水水位下降，进而引发地质灾害，应遵从地下水开采红线，也要建设地下水超采补偿设施，在黄河来水充沛时进行超采区回灌，使得超采区最大程度上达到良性循环。

主体思路

根据沿黄灌区农业种植构成，科学计算单位井控制面积，最大程度上减少机井数量，最大限度的增大单井控制面积。

合理布设地下水超采补偿渠道，上接引黄灌区，下接机井，以点带面形成扇形网络。

黄河来水较少时，启动机井灌溉，开采地下水进入灌溉渠道对农田进行灌溉；黄河来水充沛时，启动超采补偿系统，引用黄河来水对机井回灌，补充地下水超采区域。

单位井控制灌溉面积计算

机井灌溉施工之前需确定单井控制的灌溉面积，以便合理布置机井，最大程度上满足灌区用水需求。

单位井控制灌溉面积计算

F0=Qt3T2η（1-η1）/m2公式1（灌溉规范）

式中： F0— 单井控制灌溉面积，单位（亩）；

Q— 单井出水量，40m3/h；

t3— 灌溉期间开机时间，20h/d；

T2— 每次轮灌期的天数，20d；

η— 灌溉水利用系数0.85；

η1— 干扰抽水的水量削减系数0.15；

m2— 每亩每次综合平均灌水定额，40m3；

种植小麦：F0=40×20×20×0.85×（1-0.15）/40=289亩

种植棉花：F0=40×10×10×0.85×（1-0.15）/40=72.3亩

计算结果： 根据种植作物不同，单位井控制灌溉面积有较大差异，可根据上述公式进行计算，种植小麦单井控制面积289亩，种植棉花单井控制面积72.3亩。

补偿渠道建设

补偿渠道上接引黄灌区，下接灌溉机井，补偿渠道建设以混凝土U型渠为基础，U型补偿渠道为地下渠道，上覆盖版，采用混凝土施工，强度不低于C25，施工中需在商砼中添加防渗剂，上顶开口不得小于0.8m，渠深不得小于0.5m，渠壁厚度不得小于8cm，每间隔6m布设伸缩缝一条，采用四油三毡处理。施工所用器具为乾元公司专利设施-输水输沙混凝土制作模具（ZL201420062828.5），本设施获得2015年度黄委三新认定，该设施具有施工速度快、浪费材料少、施工质量好的特点，见图1。

图1 补偿渠道制作图

图2 机井灌溉房及补偿渠道现场图

具体实践-德州市2014年国家新增千亿斤粮食产能建设项目

本工程在2015年3月开工，2015年11月结束。本项目水源建设为机井布设，共计192眼，主要为辅助水源，在引黄条件较差的情况下方可使用。在机井施工之前，向监理部、业主提出建设补偿渠道以便在条件允许的情况下对地下水开采区进行补偿的建议，业主予以采纳并追加投资200余万元用于建设补偿渠道，共计布设渠道243条，累计长度22.5Km，极大地改善了施工区域的地下水平衡状态。

如图2所示，机井房内有机井一口，口径70cm，井深25m；机井房外为地下水超采补偿渠道终点，上覆盖板，侧向连接机井。

总结

近年来随着沿岸农业发展，机井灌溉作为沿黄灌区辅助灌溉水源，所起到的作用日益明显，但在干旱时节无节制的地下水开采势必破坏地下水动态平衡，进而引发地质灾害。沿黄灌区在建设高标准农田的同时，应把地下水超采补偿网路纳入设计之中，将沿黄灌区建设成“采补循环”高标准农业示范区。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.19.018