《灌区规划规范》[条文说明]GB/T 50509-2009

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1总 则

总 则


1.0.1 本规范是根据水利部水利水电规划设计管理局“关于下达2001年度水利水电勘测设计技术标准制定、修订项目计划及主编单位的通知”(水总局科[2001]1号)和原建设部《关于印发<二〇〇四年工程建设国家标准制定、修订计划>的通知》(建标[2004]67号)的要求编写的,主要是为了适应灌区规划工作的需要,提高灌区规划水平,明确灌区规划应遵循的技术要求。

1.0.2 我国目前基本建设程序规定的大型灌区为50万亩(≈33 000hm2);灌区管理部门划分的大型灌区为30万亩(20 000hm2)。

1.0.3~1.0.8 这六条是对灌区规划提出的共性要求。

1.0.9 本条明确了本规范与其他相关标准规范的关系。与本规范直接相关的规范主要有:《农田灌溉水质标准》GB 5084、《防洪标准》GB 50201、《喷灌工程技术规范》GBJ 85、《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL 252、《渠系工程抗冻胀设计规范》SL 23、《微灌工程技术规范》SL 103、《水利建设项目经济评价规范》SL 72、《地表水资源质量标准》SL 63、《江河流域规划环境影响评价规范》SL 45、《开发建设项目水土保持方案技术规范》SL 204、《水利水电工程建设征地移民设计规范》SL 290、《水利水电工程沉沙池设计规范》SL 269、《低压管道输水灌溉工程技术规范(井灌区部分)》SL/T 153、《农田排水工程技术规范》SL/T 4、《水资源评价导则》SL/T 238、《灌溉与排水工程技术管理规程》SL/T 246等。


2术 语

术 语


2.0.6 在缺水地区或缺水时期,由于可供灌溉的水资源不足,不能充分满足作物各生育阶段的需水要求,从而实施非充分灌溉。非充分灌溉允许作物存在一定程度的缺水和减产,但仍可使单位水量获得最大的经济效益。实施非充分灌溉不仅需要研究作物生理需水规律、缺水时机、作物产量与缺水量之间的关系等,还要研究灌溉经济学,使投入最小而获得产出最大。
    我国在非充分灌溉实践中,对旱作物有的是采取减少灌水次数,即减少对作物生长影响不大的灌水,保证关键时期的灌水;也有采取减少灌水定额的方法,使土壤达到部分田间持水量;另外也有将节省下来的水量扩大灌溉面积,以求得总产量最高,或将节省下来的水量去灌溉经济价值较高的作物,以求全灌区的作物增产价值量最高。对水稻则是采取浅水、湿润、晒田相结合的灌水方法,不是以控制淹灌水层的上下限来设计灌溉制度,而是以控制稻田的土壤水分为主;此外,南北方灌区还推广“水稻旱种”、“旱育稀植”技术,取得了较好的节水效果。

2.0.18 灌水技术,也称灌水方法,一般按照是否湿润整个农田和按照水输送到田间的方式和湿润土壤的方式来分类,常见的灌水方法可分为全面灌溉和局部灌溉两大类。
    全面灌溉时湿润整个农田植物根系活动层内的土壤,传统的常规灌水方法都属于此类,比较适合于密植作物,主要有地面灌溉和喷灌两类。地面灌溉水是从地表面进入田间,并借助重力和毛细管作用浸润土壤,所以也称重力灌水方法。地面灌溉是目前应用最广泛、最主要的灌水方法,按其湿润土壤方式的不同,又可分为畦灌、沟灌、淹灌和漫灌等。喷灌是利用专门设备,将有压水喷射到空中散成细小水滴,均匀地喷洒到田间进行灌溉。
    局部灌溉只湿润作物周围的土壤,远离作物根部的行间或株间仍然保持干燥。这类灌溉方法一般是按照作物的生长需要,通过一套管道系统准确地将水和作物需要的养分直接输送到作物根部附近。由于灌溉流量比全面灌溉小得多,因此也称为微量灌溉,简称微灌。渗灌、滴灌、微喷灌、涌灌、膜上灌等都属于局部灌溉,比较适合于灌溉宽行作物、果树、葡萄、瓜类等。

2.0.19、2.0.20 灌溉模式是通过试验或实践总结出的一种比较成熟的灌溉制度,也包括相应的管理措施,具有节水、科技含量高、可以实现高产优质等特点,对类似地区和类似条件具有推广意义。
    灌溉方式是指所采用的灌水技术,有时也指所采用的灌溉制度。与灌溉模式相比,灌溉方式所选择的灌水技术或灌溉制度不一定是最优的,但也是比较适合当地条件的。


3基本资料

基本资料


3.0.1 基本资料的搜集是编制灌区规划工作的基础,其质量直接影响规划成果的可靠程度。本条规定了灌区规划应收集的基本资料范围、内容和要求。
    1 灌区规划采用的主要气象、水文资料的系列一般不宜少于30a。水源河流和灌区内河流(沟道)的水文资料系列应尽量一致。
    2 地形资料比例尺的选用应能满足工程规划的要求,通常包括:
        1)灌区总体布置图:1/10 000~1/100 000;
        2)灌排渠系布置图:1/10 000~1/50 000;
        3)枢纽及主要建筑物局部地形图:1/2000~1/5000;
        4)典型地块地形图:1/1000~1/5000;
        5)量算容积曲线用地形图:1/10 000~1/50 000;
        6)有特殊要求的带状地形图:1/1000~1/2000。
    工程地质与水文地质资料搜集通常包括:干渠、支渠或干沟、支沟沿线和重要建筑物位置的工程地质勘探资料,灌区地下水类型、理化性质、含水层特征、地下水动态、流向、埋深、补给与排泄条件和可开采量等。
    3 土壤资料搜集通常包括:土壤物理性质,如土壤类型、质地、结构、分布情况、容重、比重、孔隙率;土壤化学性质,如含盐量、盐分组成、pH值以及氮、磷、钾和有机质含量等;土壤水分特性,如饱和含水量、渗透系数、给水度、田间持水量毛细管水上升高度等。
    4 生态与环境问题目前已成为经济社会可持续发展的主要制约因素,日益受到重视。本款规定要搜集有关生态与环境方面的资料,为拟定维护和改善生态与环境目标、制订相应的对策和措施提供基本依据,从而使灌区的经济社会和环境协调持续发展。
    水质监测项目很多,搜集水质资料时要根据供水用途对水质的要求,按照现行水质标准有侧重的搜集。
    5 我国现有的大部分大、中型灌区已运行多年,认真总结灌区工程设施调度运行、灌溉方式、灌溉制度、节水灌溉、科学试验、运行管理等方面的经验及存在的问题,对搞好已建大、中型灌区节水改造与续建配套,推进管理体制改革、水费制度改革、促进灌区良性运行和健康发展十分重要。
    7 社会经济基本资料可根据统计部门年鉴搜集,必要时应进行补充搜集或调查。
    8 灌区规划应了解掌握灌区所在流域和地区的历史变迁、经济发展状况、水土资源开发利用现状及存在的问题等资料,根据流域规划、地区国民经济与社会发展规划和有关部门的行业规划等要求,制订出符合灌区实际、合理可行的灌区规划方案,促进灌区经济社会和谐发展。
    9 目前,我国大部分省(自治区、直辖市)都已恢复建设了部分灌溉试验站,设置了中心试验站。灌溉试验资料对合理确定灌溉制度、计算作物需水量等具有重要意义,区域内或周边地区有灌溉试验资料时,要注意搜集,充分利用,但要注意地区差异性。

3.0.2 搜集的资料通常来自多部门、多方面,系列不同,质量不一。搜集的资料应分类整编,便于应用。对作为规划依据的基础资料的合理性、可靠性要进行分析,对失实存疑的资料要进行复核,对短缺的资料要补充和完善。


4水土资源及利用现状分析评价

4.1 水资源及利用现状分析评价

4.1 水资源及利用现状分析评价


4.1.2 水资源数量的分析评价主要包括:灌区降水量、蒸发量、地表水资源量、地下水资源量、水资源总量等内容;在水资源紧缺地区,还需要对灌区地下微咸水进行分析评价。
    在水资源评价时,应扣除地表水和地下水重复计算的部分,对受人类活动影响较大的地表径流,应进行必要的还原和修正。

4.1.3 灌区水资源开发利用现状分析是对灌区在现有工程设施和供用水规模条件下,水资源满足灌区工、农业和其他部门需水程度的分析。
    灌区供水基础设施现状调查分析是正确评价灌区现状供水能力、分析灌区水资源开发利用潜力、科学合理确定灌区发展规模的基础工作。调查应在对灌区供水现状了解的基础上进行,并分类分析其现状运行情况、主要作用及存在的主要问题。
    灌区供、用水调查,现状水平年一般与灌区规划现状水平年相一致,统计分析灌区近10a的供、用水资料。灌区供水一般分区按当地地表水、过境水、地下水、外流域调水、非常规水(包括处理和未处理的污废水、海水、咸水等)等水源,按照蓄、引、提、机电井等四类工程分别进行统计,分析年供水总量、各类水源及各类工程供水比例及其变化趋势;灌区用水一般分区按农业、生活、工业三类用户分别统计分析,农业用水可分为农田灌溉和林、牧、渔业用水等,工业用水可分为一般工业、高用水工业、电力工业、乡镇工业用水等,生活用水包括城镇生活用水(居民生活和公共用水)、农村生活用水(人、畜用水等),并统计分析年用水总量增减变化及其用水结构变化状况,分析工业万元产值用水定额、城镇生活用水定额、农村生活用水定额、畜牧业用水定额、农田灌溉定额等,并调查统计灌区内环境与生态用水。
    灌区现状供需水平衡分析以现状水平年的社会经济指标和工程条件为依据,对不合理的用水量进行必要的修正与调整。
    水资源开发利用对环境影响的分析主要分析因水资源开发利用造成的水体污染、河道退化、河道断流、湖泊(水库)萎缩、次生盐碱化、沼泽化、地下水超采漏斗、地面沉降、岩溶塌陷、海(咸)水入侵、沙(荒)漠化等方面的问题。
    水资源开发利用现状评价主要评价水资源利用中浪费程度、水资源利用效率、开发利用程度、供需状况、工程供水的可靠性、地下水开采利用程度及其合理性等内容。


4.2 土地资源及利用现状分析评价

4.2 土地资源及利用现状分析评价


4.2.1 土地资源及其利用现状调查是土地利用结构规划和土地资源平衡的基础。土地资源利用现状分析主要是利用有关统计资料、土壤普查资料、国土规划资料和灌区地类图,结合现场查勘和调查进行。根据全国土地分类体系,灌区土地包括农用地、建设用地和未利用地,其中农用地包括耕地、园地、林地、牧草地和其他农用地;建设用地包括商业服务业用地、工矿仓储用地、公用设施用地、公共建筑用地、住宅用地、交通运输用地、水利设施用地和特殊用地;未利用地包括未利用土地和其他土地。具体的土地分类可参考相关土地分类标准。

4.2.2 土地适宜性评价可分为总体评价和单项评价。
    总体评价是根据土地用于农业生产的适宜程度和限制性程度,评定土地质量等级。
    单项评价是根据土地对栽培某种作物的适宜程度和限制因素评定土地质量等级。
    土地的评价项目包括坡度、地下水埋深、土壤质地等。表1是地面坡度分级参考表。表2是耕作层与有效土层厚度评级参考表。表3是土壤质地分级表。表1~表3可供土地资源评价与质量分级时参考。

    土地灌溉适宜性一般分为两级,即适宜纲和适宜等。
    适宜纲表明土地资源对农田灌溉适宜或不适宜,若灌溉不会产生土地退化和土地资源、生态与环境的破坏,且便于管理,有较高的经济效益,为适宜;否则,为不适宜。
    适宜等反映适宜纲内不同的适宜程度,与土地等级相匹配。不同等级的土地发展农田灌溉,其田间配套难易程度、工程量、投资、管理和效益等都不同。



5水土资源平衡分析及水资源配置

5.1 灌溉分区

5.1 灌溉分区


5.1.1~5.1.3 大、中型灌区由于范围大,地形、地貌、地质、土壤、水文、气象等条件存在较大差异,经济发展水平、作物种植结构和群众对各种节水技术的运用程度也各不相同。在深入调查了解灌区基本情况的基础上,依据灌区内社会经济、农业区划、地形、地貌、地质、土壤、水文、气象等条件进行灌溉分区。
    灌溉分区可以增强规划的指导性,使制定的灌溉制度更加科学合理,可以提高灌区水资源配置的科学性,使节水措施更具有针对性,也能够兼顾不同经济发展水平地区的资金配套能力。
    一般讲,进行灌溉分区要考虑下列因素:①与农业区划相结合,兼顾行政区划。②注重地下水埋深、水质、地形及土壤的相似性。③考虑农业种植结构、耕作习惯、水源条件及现状灌溉方式或灌溉模式的相似性。④兼顾水利工程现状,尽量保持现有水利工程的完整与功能。


5.2 灌区经济社会发展指标预测

5.2 灌区经济社会发展指标预测


5.2.1 灌区规划编制的目的是为了提高项目区农业生产抵御旱、涝、碱、渍等灾害的能力,提高作物产量和品质,确保农业增产增收,促进节约用水和水资源高效利用。因此,在编制灌区规划时,需根据国家有关方针、政策,调查了解灌区农业和社会经济发展现状、灌区国民经济各部门发展需水要求,结合灌区所在地区的社会与国民经济发展规划,预测灌区不同规划水平年经济社会的发展指标。在确定规划水平年时,近期一般为5a~10a,远期一般10a~20a。

5.2.2 灌区经济社会发展指标预测时,需充分考虑国家宏观政策及发展目标,分析灌区的优势产业及在国家和地区经济发展中的地位,结合灌区自然条件、水土资源情况、经济社会发展状况等因素,使预测成果与国家和地区的近期建设计划与远期规划目标相协调,与国家政策相适应,并符合灌区实际情况。


5.3 灌区土地资源开发利用规划

5.3 灌区土地资源开发利用规划


5.3.2 土地资源开发利用规划是合理确定灌区规模、进行灌区水土资源平衡的重要依据,是调整不合理用地、控制建设用地、提高土地利用率和利用效益的基础工作。
    土地资源开发利用规划中,需要根据土地面积、地形及地貌特征、土地质量等,合理确定土地用途。
    灌区农业、林业和牧场用地包括农、林、草种植净面积和田间灌排渠沟及其建筑物、生产道路等占地,不包括骨干渠系、河沟及骨干道路。
    设计灌溉面积包括净灌溉面积与灌溉范围内的灌排渠沟、建筑物、田间道路等占地面积。
    灌区范围内土地利用情况,可用灌区面积利用系数(净灌溉面积/灌区面积)和灌溉面积利用系数(净灌溉面积/灌溉面积)表示。
    在确定灌区各类用地结构时,农业用地面积的低限一般按灌区现状人口及自然增长率、人均需要粮食、饲料用粮、粮食单产、蔬菜等经济作物需要量及单产等进行分析计算,经济林及果园面积可按人均0.07hm2计算,牧场用地可按每只羊0.07hm2人工草地计算。
    城乡建设和工矿企业用地一般按照控制规模、盘活存量、内部挖潜的原则确定其数量。


5.4 灌溉制度

5.4 灌溉制度


5.4.1 灌溉设计保证率是我国进行灌溉工程规划设计时习惯采用的灌溉设计标准,也是进行水利计算、确定灌区规模的重要技术参数,各地在长期的灌溉实践中都积累了一定的经验,现行国家标准《灌溉与排水工程设计规范》GB 50288在大量调查并参考相关资料的基础上,对灌溉设计保证率的选定做了具体规定,本规范仍推荐使用,具体取值可按表4确定。

 注:1 作物经济价值较高的地区,宜选用表中较大值;作物经济价值不高的地区,可选用表中较小值。
2 引洪淤灌系统的灌溉设计保证率可取30%~50%。                                 

    另外,由于经济社会的发展,现状用水结构已发生了较大变化,供、需水形势与干旱或湿润地区的关联性已明显降低,因此,生活、环境、工业需水量较大地区,在保证农业生产基本的水量需求和确保地区粮食正常生产的前提下,可适当降低灌溉设计保证率。

5.4.2 代表性作物是指灌区内种植面积较大或用水量较大的作物。灌区规划时,一般选取3~5种作物进行灌溉制度分析。选取代表性作物时应综合考虑作物种植现状、农业种植结构调整和发展趋势等因素。对于耗水量较大、在灌区灌溉用水结构中占有较大比例的作物,无论种植面积大小,都应作为代表性作物;果树、蔬菜、药材等高经济价值作物种植面积较大的灌区,一般要对其进行灌溉制度分析;采用喷灌、微灌等节水灌溉方式或大棚种植面积较大的灌区,也要单独分析其灌溉制度。
    灌溉制度的分析确定有经验法、灌溉试验法和水量平衡分析法等。
    灌溉经验法是根据确定的设计典型年份,调查这些年份各种代表性作物不同生育期的田间耗水强度(mm/d)及灌水次数、灌水时间、灌水定额及灌溉定额,根据调查资料分析确定设计年份灌溉制度的方法。
    灌溉试验法是根据当地或邻近相似地区灌溉试验站积累的灌溉试验资料,分析确定设计保证率下的灌溉制度的方法。在运用这种方法时,要注意试验区的土壤、水文地质、气象条件及灌溉管理、耕作技术等条件的差异性。
    水量平衡分析法是根据农田水量平衡原理分析制定作物灌溉制度的一种方法。
    在灌溉制度设计时,最好将上述三种方法结合起来,互相验证,制定出符合实际、指导性强的灌溉制度。
    灌溉制度的设计方法可参考现行国家标准《灌溉与排水工程设计规范》GB 50288中第3.1.5条的规定和附录B进行。

5.4.3 作物需水量包括构成植株体的生理需水量和植株蒸腾、株间蒸发三部分,由于构成植株体的生理需水量较小,一般忽略不计。目前我国各省(直辖市、自治区)基本都编制刊发了本地区主要作物的需水量等值线图,进行灌溉制度分析时可以采用,也可根据中国主要农作物需水量等值线图协作组编著的《中国主要农作物需水量等值线图研究》(中国农业科技出版社.1993)确定。

5.4.4 地下水补给和有效降水量是影响作物灌溉制度的两个重要因素,在进行灌溉制度分析时,应根据当地的土壤、水文地质和气象等条件充分考虑。
    1 进行灌溉制度分析时,应考虑地下水补给影响。地下水补给量与地下水位、土壤性质、作物需水强度、计划湿润层含水量及埋深等有关。地下水补给量随灌区地下水动态和各阶段计划湿润层厚度的不同而变化,目前由于试验资料较少,一般只能确定不同地下水位的地下水补给总量。试验资料表明,当地下水埋深大于2.5m时,地下水补给量不超过作物需水量的5%,可忽略不计;当地下水埋深在2.5m以内时,地下水补给量约为作物需水量的5%~25%。因此,在制定灌溉制度时,可根据当地或条件类似地区的试验资料进行估算,也可参考水利部农田灌溉研究所、中国水利水电科学研究院水利所在“北方地区主要农作物灌溉用水定额的研究”中的计算成果,或参考《水工设计手册 第八卷 灌区建筑物》(中国水利电力出版社1984)进行计算。
    2 有效降水量与降水特性、土壤特性、作物腾发速率和灌溉管理等因素有关,国内外对有效降水量的计算进行了大量研究工作,提出了多种估算方法,可供参考。
        1)降雨入渗系数法,可采用公式(1)计算:

Pe=αP      (1)

式中:Pe——一次有效降水量(mm);
      α——降水入渗系数,一般认为一次降水量小于5mm时,α取0;一次降水量在5mm~50mm时,α取1.0~0.8;一次降水量大于50mm时,α取0.7~0.8;当地缺乏实测资料时也可按表5选取;
      P——一次降水量(mm)。

        2)水利部农田灌溉研究所和中国水利水电科学院水利所借鉴美国土壤保持局提出的公式,根据我国的实际情况,提出了适合我国实际的确定各旬有效降水量的计算公式(2):

Pe=40+SF[0.049310862(Pt-40)0.82416-0.11556](109.551181×10-4ETc)      (2)

式中:Pe——旬平均有效降水量(mm);
      SF——土壤水分贮存因子;
      Pt——旬平均降水量(mm);
      ETc——旬平均作物需水量(mm)。
    当旬降水量在0~40mm时,视为全部有效;当降水量大于40mm时,利用上式确定各旬有效降水量;如果按公式(2)计算的旬有效降水量大于该旬的作物需水量,则将该旬的作物需水量视为有效降水量。
        3)部分省根据当地自然条件和降雨特点,还研究提出了适合当地计算有效降水量的经验公式(3)~(8):
    山东省采用的公式:

Pe=10P0.5(式中P>100mm,当P<100mm时全部有效。)      (3)

    山西省采用的公式:

Pe=βP      (4)
β=1.1339-0.000569P      (5)

    河北省采用的公式:

Pe=P-R-L      (6)

    陕西省采用的公式:

Pe=δP(式中δ依据降水量的不同,各地有不同的取值。)      (7)

    河南省采用的公式:

Pe=0.75P      (8)

式中:β、δ——降水入渗系数;
      R——径流(mm);
      L——渗漏量(mm)。

5.4.6 我国旱作灌区主要有以下几种灌溉制度:一是以充分满足作物最高产量下各生育阶段的需水量要求而设计制定的灌溉制度;二是以不影响作物正常的光合速率为原则,在不降低作物正常产量的条件下,通过控制土壤水分下限指标、降低农田无效腾发量而设计制定的灌溉制度;三是水资源不足、不能充分满足作物各生育阶段正常的需水要求,采取灌关键水、低定额灌溉等灌溉制度,以有效减少单位面积的灌溉用水量,扩大灌溉受益面积,最大程度地提高有限水资源的总体利用效益。
    对水稻采用的浅水、湿润、晒田相结合的灌水方法,不以控制淹灌水层的上下限为标准,而以控制稻田土壤水分为主进行的水田灌溉也是非充分灌溉。山东省济宁市推广的“薄、湿、浅、晒”灌溉,浙江省绍兴市推广的“薄露”灌溉及“水稻旱种”、“旱育稀植”等都属于非充分灌溉的形式。

5.4.7 利用灌溉与排水相结合,将水溶盐淋洗到土壤下层,随排水排走的技术是改良盐碱土地的有效措施。土壤冲洗脱盐的标准包括脱盐层厚度和土壤允许含盐量两个指标,根据作物根系活动层深度,一般认为1m深土层的土壤含盐量达到作物的耐盐能力就达到了脱盐标准。不同作物的耐盐能力不同。几种主要作物的耐盐能力见表6。

    单位面积上计划脱盐层土壤含盐量降低到一定标准所消耗的冲洗水量称为冲洗定额,通常指一个冲洗季节内1亩地上的总冲洗量。冲洗定额的大小与土壤脱盐效果有密切关系,与盐分组成、土壤含盐量、土壤质地和排水条件有关。确定冲洗定额时,应根据当地的具体情况综合分析。缺乏资料时可按公式(9)~(11)计算:

M=m1+m2+E-Pm      (9)
m1=β1-β2     (10)
m2=1000hγ(s1-s2)/k      (11)

式中:M——冲洗定额(mm);
      m1——计划冲洗层的土壤含水量与田间持水量的差额(mm);
      m2——按计划的冲洗脱盐标准冲洗盐分所需的水量(mm);
      E——冲洗期内的蒸发水量(mm);
      Pm——冲洗期内可利用的降水量(mm);
      β1——田间持水量时计划冲洗层内水量(mm);
      β2——计划冲洗层的土壤实际水量(mm);
      h——计划冲洗层的深度(m);
      γ——计划冲洗层的土壤容重(kg/m3);
      s1——计划冲洗层的实际含盐量占干土重的百分数(%);
      S2——计划冲洗层的土壤允许含盐量占干土重的百分数(%);
      k——排盐系数,为单位体积冲洗水能排走的盐量(kg/m3),一般情况下取15kg/m3~75kg/m3
    分期冲洗定额可按公式(12)计算:

m≤10γ(hβ+δH)      (12)

式中:m——分期冲洗定额(mm);
      h——计划冲洗层深度(m);
      β——田间持水量与冲洗前计划冲洗层含水量之差(占干土重%);
      δ——饱和含水量与田间持水量之差(占干土重%);
      H——地下水位允许上升高度(m),即冲洗前地下水位与冲洗后地下水位之差。
    冲洗次数按公式(13)计算:

n≈M/m      (13)

5.4.8~5.4.10 设计灌水率是确定渠道设计规模的重要参数,现行国家标准《灌溉与排水工程设计规范》GB 50288中采用经过修正后的灌水率图中累计30d以上的最大灌水率作为设计灌水率,本规范仍按此确定。武汉水利电力大学郭元裕主编的《农田水利学(第三版)》(中国水利电力出版社1997)中,是选取经过修正后的灌水率图中延续时间较长(例如达到20d~30d)的最大灌水率值作为设计灌水率。所以,设计灌水率应是经常出现的或延续时间较长的灌水率,灌区规划中要根据灌区实际情况,合理确定。若采用累计天数的最大灌水率作为设计灌水率时,累计天数不应小于30d;若采用连续天数的最大灌水率作为设计灌水率时,连续天数应是最长的,且应大于20d。
    影响灌水率的因素主要有灌水延续时间、灌水定额和作物种植比例,当灌水率出现大小相差悬殊或短时间停水时,可通过调整上述参数调整灌水率,使灌水率图均匀连续。
    灌水延续时间与作物种类、种植与耕作制度及灌区面积大小等有关,同时还与水源条件相适应。灌水延续时间的选取关系到作物的生长发育、作物产量、渠道规模和工程投资。因此,灌水延续时间应综合考虑以上因素合理确定。大、中型灌区主要作物的灌水延续时间可参照表7选取,并根据灌水率的大小及连续情况适当延长或缩短。集约化程度或机械化程度较高的灌区,可适当缩短灌水延续时间。
    灌水定额的调整值应以不产生深层渗漏或渍涝、不明显影响作物产量为限,一般不宜超过原设计定额的10%,同一种作物不宜连续两次减小灌水定额。
    当通过调整灌水延续时间和灌水定额仍不能使灌水率满足要求时,可调整灌区作物组成或采用复式断面渠道。



5.5 灌区需水量

5.5 灌区需水量


5.5.1 灌区需水量分析和预测是进行灌区水资源供需平衡的基础,需水量包括农业需水量、工业需水量、生活需水量、生态与环境需水量等,在灌区国民经济和社会发展预测、各行业用水定额预测完成的基础上进行。需水量应按不同规划水平年进行分析和预测。

5.5.2 水是经济社会发展的基础资源,从国内外经济社会发展的历史看,一般情况下,在经济社会发展的初期,发展速度快,用水量大,用水增长率高,随着经济社会的发展,用水量的增长率逐渐降低,且低于经济增长率。研究成果还表明,工业用水增长曲线达到一定水平后,则呈现比较平缓或略有下降的趋势。因此,在预测需水量时,应充分考虑规划水平年节水技术推广、节水设备应用、产业结构调整和节水意识增强对需水量的影响。水资源紧缺地区,还应考虑限制高耗水产业的发展;水资源仍不能满足需水要求时,则按照以供定需的原则,控制国民经济发展规模和人口数量,以控制社会总需水量。
    农业灌溉需水量预测是在灌溉制度设计、土地利用结构设计、作物种植结构设计等的基础上进行的;工业和生活需水量的预测方法有定额法、趋势法、弹性系数法、灰色理论预测法等。条件许可时,可选择2~3种不同的方法进行预测,并比较预测结果,选择比较符合灌区实际的预测成果。
    生态与环境需水分为河道内需水与河道外需水。河道内需水可结合当地的水资源状况及工程情况分析确定,北方地区可按维持河道内最小的生态基流分析估算;河道外需水包括灌区生态环境林木需水、城市河湖补水、湿地需水、地下水超采回补及水土保持、防治土壤沙化、盐碱地改良等方面的需水量,可结合灌区实际进行分析预测。

5.5.3 灌区年需水过程线是灌区年需水量在年内务时段的分配过程。当依靠天然来水供水时,若供水过程与需水过程发生矛盾时,可以考虑修建调蓄工程来调控供水过程。


5.6 灌区可供水量

5.6 灌区可供水量


5.6.1 灌区可供水量是指可为灌区提供水源的各类供水工程设施供水能力的总和。
    可供水量一般包括地表水和地下水可供水量,考虑不同灌区的水资源和用水等实际情况,当灌区常规水源不足或来水、用水过程不一致时,可供水量中还可以考虑污水处理回用、微咸水利用、雨洪水利用、海水淡化等非常规水源的可供水量。
    井灌区和井渠结合灌区,可根据地下水资源分析评价结果,按照采补平衡、不破坏并改善当地水环境及生态与环境的原则,合理确定地表水和地下水的供水比例,分析确定可供水量。浅层地下水可开采量不应超过其补给量,一般将深层地下水作为备用水源,不参加可供水量分析。缺乏资料的新建灌区,可通过分析现状水资源开发利用系数,拟定不同规划水平年水资源开发利用系数,确定可供水量。
    水库供水及河道引水灌区,可供水量分析要兼顾上下游、左右岸,做到统一调度、合理分配。

5.6.3 不同行业和用水部门对水质有不同要求,进行可供水量分析时,需要考虑各行业用水水质标准。不考虑水质对可供水量的影响,会影响可供水量和水资源供需平衡分析评价的可靠性。
    为分析不同灌溉分区、年内不同时段水资源的余缺状况,可供水量分析按不同灌溉分区分别进行,并根据用水过程和工作需要,按日、周、旬、月等时段进行可供水量过程分析。

5.6.4 为加强水资源统一管理和调控,促进计划用水、节约用水,保护和改善河道上下游地区的生态与环境,政府与水行政主管部门对部分河流的水量进行了分配,当灌区从这些河道引水时,可供水量要以分配水量为依据进行分析计算。


5.7 灌区水资源供需平衡与配置

5.7 灌区水资源供需平衡与配置


5.7.1 农业是国民经济的用水大户,节水是灌区开发与发展的永恒主题。灌区规划应按照先进可行的要求,结合灌区实际,确定规划水平年合适的用水定额,使水资源供需平衡结论比较客观,正确评价灌区水资源状况,并根据供需平衡结论,通过制订对策、采取节水措施、优化配置等,使有限的水资源为灌区的持续发展服务。

5.7.2 分区供需平衡分析是为了掌握灌区内水资源的供、需水量在各灌溉分区间的分配情况和余缺程度,避免出现灌区水资源整体平衡、局部地区余缺不同情况出现,并有利于有针对性地、科学合理地调配水资源,确保重点地区、重点产业、灌区重点作物的用水需求。
    进行灌区不同规划水平年供需平衡分析是为了解灌区水资源的现状供需形势和未来的变化趋势,以便合理确定不同规划水平年灌区的发展规模,有针对性地安排灌区的蓄、供水工程。

5.7.3、5.7.4 灌区水资源配置是指包括地表水和地下水、当地水和客水、淡水与微咸水、污水处理回用、淡化海水等在内的各种水源在灌区内各区域、各部门间的合理分配。


5.8 灌区规模

5.8 灌区规模


5.8.1 灌溉渠系设计、灌溉方式选择、灌溉水利用系数采用、水土资源平衡分析、灌区规模论证等是相互联系、互为影响的几个方面,需要经过几个过程的反复,才能合理确定灌区规模。
    新建灌区,可按照以供定需、以水定地的原则,根据地形、地貌、水资源条件、社会经济等,合理确定灌区范围和规模。已建灌区根据新的水土资源平衡结论,复核灌区范围与规模。

5.8.2 干旱地区或生态与环境脆弱地区,要充分考虑生态与环境用水。确定灌区规模时,要尽可能满足灌区整体受益、综合效益最大及经济可持续发展的要求。

5.8.3 有的已建灌区,由于没有进行系统的规划,造成灌区规模过大,超过水资源的承载能力;另有一些已建灌区,由于水资源供需情况发生变化,原有的供水工程的供水对象转向了工业或生活,压缩了农业用水,使灌区发展受到了限制。这些灌区的灌溉渠系基本能够控制全灌区,丰水时边远区域也能得到灌溉,但保证程度不高,同时边远区域一般也是水资源比较紧缺地区。这些灌区续建、改建规划时,若压缩灌区规模不利于灌区经济社会的和谐发展,可在充分论证的基础上,在局部灌域采用非充分灌溉,以维持原有灌区规模。


6总体布置

6.1 一般规定

6.1 一般规定


6.1.1、6.1.2 灌区开发建设涉及经济社会发展各个方面,影响范围较广,规划时应在认真搜集了解灌区社会经济、地质、土壤、水文、气象、水土资源、工农业生产现状及规划、水利工程现状等资料的基础上,分析灌区水、旱、渍、盐、碱、沙灾害的成因及危害,初步确定灌区工程总体布局。

6.1.3 灌溉方式和灌溉模式拟定包括灌溉水源选择、水源调度运用方式确定、灌排渠沟布置、灌水技术选择等方面。确定灌溉方式和灌溉模式时,要考虑灌区的经济发展水平、群众的综合素质和对灌水技术的接受程度。当灌区较大时,可结合灌溉分区的具体情况,分区确定;同一灌溉分区也可根据具体情况再进行分区。

6.1.5 提水灌区分多级时,单级泵站扬程低,功率小,耗用动力少,但从灌区整体分析,总动力消耗不一定最低,且泵站的管理单位和人数也会相应增加,通信、交通等各项管理费用增多,管理调度的复杂性也增大。因此,泵站级数、每级泵站控制面积等都要经过技术经济比较分析确定,尽量减少每级泵站控制面积内的二次提水。


6.2 水源工程

6.2 水源工程


6.2.1 灌区开发建设,在规划阶段进行水源选择和水源工程布置非常重要。灌溉水源一般包括河川和湖泊径流、水库蓄水、地下水等。灌溉回归水和经过处理达标的污水回用是水源的重复利用,微咸水只能与淡水混合适量用于灌溉,海水淡化成本高,一般不用于农田灌溉。

6.2.2 灌溉对水源的要求,水量需满足灌区不同时期的用水需要;自流灌溉灌区水位需满足所需的控制高程;水质需符合作物生长和发育的要求,同时还需满足生态与环境要求,有其他供水对象时,还要满足其他用水对象对水质的要求。

6.2.3 以河道径流为灌溉水源时,水源工程一般划分为无坝引水、有坝引水和提水三种形式。自大江、大河引水,灌区引水量占大河流量的比重小,多以无坝引水和提水为主;干旱、半干旱地区的中小河流,径流过程与灌溉用水的流量要求一般存在较大差异,多采用有坝引水。

6.2.5 由于不同地区的地形、地貌和水文地质条件不同,地下水开采方式和取水建筑物形式亦不相同,因此取水建筑物布置可采用垂直取水、水平取水和双向取水等类型。


6.3 灌排系统

6.3 灌排系统


6.3.1 平原灌区具有易旱、易涝、易碱的特点,进行灌区规划时,要根据当地的自然特点及水源状况等,区分不同情况,分区布置。
    灌溉系统和排水系统分开,不仅可以及时排除涝水和有效控制地下水位,起到排涝、防渍、防止土壤次生盐碱化的作用,而且可以通过灌溉系统引用河水进行灌溉或洗盐,再利用深沟排水达到改良土壤的目的。
    受盐碱化潜在威胁的平原灌区,经过论证,田间灌排渠沟可以结合布置,但要使排水沟水位保持在地面以下一定深度;引水灌溉时,也需要控制渠沟水位和蓄水时间。
    滨海感潮灌区地势一般较低,土壤含盐量高,易受海潮影响和海水倒灌引起盐害。因此,需要采取必要的防潮工程和截渗、排水、蓄淡压咸措施。

6.3.2 灌溉渠系布置时,根据灌区内地形和地质条件,尽量把渠道布置在其控制范围内的较高地带,以充分利用地形条件扩大自流灌溉面积。对于灌区内局部高地,通过对渠道布置进行经济比较确定,当面积很小时,可采取提水灌溉方式。
    渠道长度、渠线走向和占地多少与地形、地质及建筑物位置有关。平原地区,当没有不宜于渠道穿过的不良地质地段(易滑坡区、膨润土、风化岩层、断层破碎带),或没有需要避让的建筑物时,应布置成直线,以缩短线路长度,减少工程量,降低投资;穿越公路、河流时,采用干渠穿越还是支渠穿越,应进行综合比较分析。山丘区,由于岗、冲、溪、谷等地形障碍较多,地质条件复杂,渠道取直线还是沿等高线随弯就势,要进行综合比较分析。
    目前,我国灌区管理基本上是以行政区界划分管理单位,维修、养护、配水、量水、水费征收等均以行政单位为管理单元。因此,渠系布置时,需要参照行政区划,尽量使每一个用水的行政单位有一个独立的配水口,尽量保证每一个乡、村配置1条或多条独立的支级或以下渠道。
    对干渠落差大或有航运、城镇供水、生态补水任务的渠道,渠道布置时,可结合渠道功能,综合考虑电站、码头建设及与供水对象的距离等因素。

6.3.3 “长藤结瓜”式灌溉渠系是在输水、配水渠系上连接有水库、池塘等调蓄设施的灌溉系统。系统中的渠道像“瓜藤”,水库、池塘像藤上的“瓜”,故称“长藤结瓜”式灌溉系统。中国南方丘陵地区建有许多这种形式的灌溉系统。与单纯的引水灌溉系统相比,“长藤结瓜”式灌溉系统的优点是:可以把非灌溉季节的河川径流、灌水低谷期渠道多余水及沿渠道的坡面径流等水量引入水库、池塘储蓄起来,供灌水高峰期使用,以弥补水量不足,提高水资源的利用率,并可充分利用渠道的引水能力,扩大灌溉面积,提高抗旱能力;其缺点是:这种灌溉系统的蓄水设施占地较多,建设和管理养护费用较大,蒸发渗漏损失较大。

6.3.4 根据灌区的地形条件,干、支渠的布置主要有以下几种形式:
    山区、丘陵灌区,干渠布置根据走向可分为两种:①沿等高线布置。狭长形灌区,干渠一般沿灌区上部边缘布置,大体与等高线平行;支渠从干渠一侧引出,沿两溪间的分水岭布置。这种布置形式干渠线路长,渠底比降平缓,水头损失小,控制面积大。②垂直等高线布置。位于浅丘岗地或河沟之间缓平坡地上的灌区,干渠可布置在岗脊上,大体与等高线垂直;支渠自干渠两侧分出,控制岗岭两侧的坡地。
    平原灌区,干渠布置大致有三种形式:①山前平原灌区,干渠一般沿山麓方向布置,支渠垂直于干渠或与干渠成一交角,如河南省的白沙灌区,河北省的石津灌区。②冲积平原灌区,干渠多沿河道干流旁的高地布置,支渠大多与河流成直角或锐角布置,如山西省的汾河灌区,内蒙古自治区的河套灌区。③低洼平原或平原低地灌区,一般可因地制宜地发展提灌提排、排灌蓄结合的深沟河网系统或井灌沟排的灌排系统,这种灌区一般灌排系统健全,布置规则。
    南方圩垸灌区,一般采用机电排灌方式,干渠沿圩堤布置,灌排分设,渠系一般设干、支两级。
    此外,固定渠道布置还需注意的问题是:①山区、丘陵灌区的干渠多为环山渠道,穿越沟(谷)、岗(岭、丘)可绕行或直穿,渠道过岗(岭、丘)可进行绕山与穿山两种方案比较。穿山有明渠、暗渠和隧洞三种方式,一般情况下,挖深大于6m的岗、丘,当地质条件允许时,选择隧洞穿越比较经济。②渠系布置尽量避免与河、沟、路、岗、洼交叉,以减少交叉建筑物和避免过大的挖填方量。③必须截断的排水系统应做必要处理,以保证渠道安全和排水顺畅。新设置的排水沟,应布置在低洼地带,并与灌溉系统统筹考虑。④渠道的级数可根据地形特点、自然沟道分布的密度以及分割范围的大小,因地制宜选用,不宜强求一定的级数;山区、丘陵灌区,支、斗渠的划分一般以自然河、沟为边界,减少交叉建筑物的数量。

6.3.5 科学合理的排水分区和排水系统布局,不仅可以保证排水的顺畅,加快排水速度,减少积涝(渍)时间,而且有利于管理、减少占地和投资。
    不同排水方式的排水效果、适用条件、占地面积等各不相同,在灌区规划时,要认真研究灌区涝、碱、渍的成因,分析各种排水方式的技术经济指标,合理确定灌区的排水方式。




7工程规划

7.1 取水工程

7.1 取水工程


7.1.1 随着水源类型、水位、流量的不同,灌溉取水方式可分为无坝(闸)引水、有坝(闸)引水和提水等。
    渠首工程的布置形式有岸边式和引渠式两种。当河(湖)岸地形较陡、岸坡稳定时,渠首工程宜采用岸边式布置;当河(湖)岸地形较缓或岸坡不稳定时,可采用引渠式布置。
    从含沙量较大的河流引水、且对引水含沙量有要求时,可在闸前设置拦沙潜堰(坎)或橡胶坝,拦截推移质和近底的悬移质泥沙;采用泵站、泵船引水时,取水口的布置以提引含沙量小的上层水为宜。在河流弯道取水时,可将取水口设在弯道凹岸顶点或靠近顶点的下游,尽量减少泥沙引入。

7.1.3 无坝引水枢纽主要由进水闸组成,可视河道径流含沙量大小、引水流量和水位及防洪要求等设冲沙闸、导流堤、防洪堤等。
    采用无坝引水时,引水口的位置应保证河(湖)枯水期水位能够满足引水流量、水位的要求,尽量选择在河岸较坚实、河槽较稳定、断面较匀称的顺直河段,并远离支流的入汇口。

7.1.5 有坝引水枢纽主要由拦河坝(闸)、进水闸组成,必要时可设冲沙闸、导流堤、防洪堤等。
    采用有坝引水时,如果渠首位于河道狭窄、河岸较陡的山区河流,可采取隧洞引水方式;从多泥沙河道引水、且引水流量较大时,可利用河势和有利地形采取人工弯道引水方式。

7.1.6 根据河道水位及其变幅、水泵吸程、扬程、引水流量等,选择泵站类型,并初步确定泵站级数。泵站的类型有固定式和移动式两种,移动式又包括泵船和泵车。

7.1.7 单井控制灌溉面积一般采用公式(14)计算确定:

     

式中:A0——单井控制灌溉面积(hm2);
      Q——单井出水量(m3/h);
      t——灌溉期机井每天开机时间(h/d);
      T2——每次轮灌期天数(d);
      η——灌溉水利用系数;
      η1——干扰抽水的水量消减系数,经抽水试验确定,要求不大于0.2;
      m——综合平均灌水定额(m3/hm2)。
    井距可按公式(15)计算确定:

     

式中:L——井距(m);
      k——系数,按方格形布井时,k=25.8;按梅花形布井时,k=27.8。
    需水量小于或等于允许开采量时,井数可按公式(16)计算确定:


n=A/A0      (16)


    需水量大于允许开采量时,井数可按公式(17)计算确定:

   

式中:n——井数;

      A——机井灌区面积(hm2);
      M——灌区地下水可开采模数(m3/km2·a);
      T1——年灌溉天数(d/a)。


7.2 泥沙处理工程

7.2 泥沙处理工程


7.2.1 渠道挟沙能力与渠道比降、泥沙粒径有关。当引水含沙量超过渠道挟沙能力,渠道容易淤积,从而降低输水能力。当泥沙粒径为0.10mm~0.15mm时,泥沙中几乎不含任何养分,且极易在渠道中沉淀淤积,一般不允许引进渠道和送入田间;粒径0.005mm~0.1mm的泥沙,可少量引入田间,因其粒径较大,可借以降低土壤黏性,改良土壤结构,但肥力成分价值不高;粒径0.001mm~0.005mm的泥沙,常含有一定的肥力成分,可适量引入田间,但若引入过多,大量淤积在土壤表层,可能会降低土壤的透水性和通气性。参考现行国家标准《灌溉与排水工程设计规范》GB 50288规定,黄河下游自流引水允许含沙量宜小于50kg/m3,沉沙池出口允许含沙量不宜大于10kg/m3,允许泥沙粒径不宜大于0.05mm。
    提水灌区,引水泥沙含量较大,不仅会造成渠道淤积,而且会造成泵站前池淤积,淤塞水泵机组,加大水泵磨损。因此,过泵水流挟沙量宜控制在5%~7%范围内,最高不超过10%。从改良灌区土壤的角度考虑,可使适量细而肥的细颗粒泥沙随水流输送到田间。

7.2.2 进入灌区输水渠道的泥沙处理方式一般有三种:一是紧接引水闸后设置截沙槽、排沙道,即时排走进入渠道的泥沙;二是在渠道的适当地点修建沉沙池,集中处理有害泥沙;三是提高渠道的挟沙能力,使泥沙顺利通过并输送到田间。

7.2.3 在满足灌区泥沙处理和沉沙池建设的条件下,一般将沉沙池设置在引水枢纽范围以内,即可直接设置在引水闸后,也可设置在引水闸后一定距离的区域。
    沉沙池按位置分为渠首沉沙池和渠系内沉沙池。按冲洗设备分为水力冲洗式沉沙池和机械清淤式沉沙池,水力冲洗式又分为定期冲洗式(沉沙与冲洗交替进行)和连续冲洗式(供水和冲沙同时进行,多用于含沙量较大,颗粒较粗,且不允许中止供水的情况)。按沉沙池的数目分为单室式和多室式。按平面布置分为直线形沉沙池和曲线形沉沙池,黄河下游引黄灌区,常结合放淤改土使用条渠形沉沙池,淤满后即用于耕种。按沉沙工程的布置形式有集中沉沙、分散沉沙和多级沉沙等。集中沉沙又可分为集中沉沙、集中处理,集中沉沙、分散处理和全灌区集中、按渠系集中等几种方式。集中沉沙适用于宜建池区域面积大、沉沙容量能够满足灌区发展要求的灌区。对宜建池区域面积小、沉沙容量有限但宜建池位置多的灌区可采取分散沉沙的方式。若受地形影响或引水含沙量大或对供水含沙量有较高要求且在输水渠沿线有可沉沙条件时,可采取分级沉沙方式。
    灌区一般