陕北丘陵山区“四位一体”集雨补灌促进旱作农业发展
摘要
本项目针对灌溉设施建设难度大、无电网覆盖或农田不足的丘陵山区旱地，推广适宜当地的集雨补灌综合节水技术模式，为陕北同类地块种植的杂粮或玉米作物寻找出一套切合实际的灌溉模式，切实保障山旱地农作物在关键生育期的水分需求，有效提高农作物的产量，保障粮食安全。项目建成后，以种植玉米为例，平均亩产620公斤，与原种植方式（旱种）相比，增产200公斤以上。
一、基本情况
1 项目区概况
陕西省是我国北方典型的旱作节水省份，水资源十分缺乏，全省60%以上土地面积处于黄土高原干旱半干旱区，靖边县作为陕北黄土高原的县（区）之一，同样属于半干旱地区，水资源同样紧缺，年平均降雨量395-400mm，亩均水资源为全国平均水平的五分之一，旱作农业种植面积占全县耕地总面积172万亩的58%，而因缺水为主要因素的中低产田面积近89万亩，已成为制约当地粮食增产的主要因素。而项目区所在乡镇宁条梁镇地处靖边县西部偏北，属于全县的中部梁峁涧地区，而项目区老庄村属于宁条梁镇靠南位置，靠近延安市吴起县，地貌接近丘陵沟壑，滩地靠地下水灌溉种植玉米、高粱等作物，产量在600公斤以上，缓坡地和梯田基本以旱作为主，主要种植玉米、荞麦、高粱等作物，产量在300-400公斤左右，基本是靠天吃饭，遇到大旱年份几乎没有产量，只能收获秸秆当做饲料来用。
2021年以来，为加快推进旱作节水农业发展，提高农业用水效率，巩固“陕西新粮仓”，榆林市提出发展高效旱作节水农业五年行动，以“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”为指导，坚持“四水四定”原则，根据区域自然条件、水土资源状况、农业生产布局等禀赋，因地制宜、分区分类实施不同模式的旱作节水技术。其中在补灌区提出了“四位一体”集雨补灌技术模式，利用就近的沟坝河渠或水库等地表水，在山顶修建蓄水池，靠光伏发电（或农电）将沟坝河渠的水抽取到蓄水池，再靠滴灌管网浇灌周边农田，即沟道坝蓄水+光伏发电提水+蓄水池高位储水+膜下滴灌补水“四位一体”集雨补灌技术，能够保证农作物在关键时期获得“救命水”。通过技术推广，实现工程节水、作物节水、制度节水有效融合，中低产田将能够改造成高效节水型现代化罐区。
经测算，靖边全县可以经盘活水库资源用足地表水和发展集雨补灌技术的耕地约20万亩。在项目调研论证前期，宁条梁镇老庄村有红柳河经过，平均水位深度20cm，水面宽度50cm，水流速0.31m/s；河畔周边即为耕地，附近山顶可建蓄水池，蓄水池周边地面宽阔，同时能够用来收集雨水，耕地中现有机井2眼，井深420m，可供灌溉面积150亩；非常适合应用“四位一体”集雨补灌技术，可打造现代化罐区500亩左右。
2项目基本情况
2022年在靖边县宁条梁镇老庄村实施山地“四位一体”集雨补灌项目500亩，利用就近的河渠水，配套机井补水，在山顶修建软体水窖3000方，利用太阳能光伏发电将沟坝河渠的水抽取到水窖，再靠滴灌管网浇灌周边农田，设计思路是河渠光伏取水（机井取水）—输水管网—高位软体集雨蓄水池—配水干管—配水支管—滴灌带，采用的主要节水技术是光伏提水农电补充技术、管道输水技术、软体集雨窖集雨蓄水技术以及梯田和大田滴灌技术，共同组成“四位一体”集雨补灌技术。项目设计分为三部分，即水源提水工程、软体集雨蓄水池工程、输配水管网工程，主要建设内容包括高位软体集雨窖1座，铺设田间输水管网500亩，配套出水桩、阀门井等，田间首部1套，光伏提水泵站及配套1套，农电水井提水泵1套，智慧水窖控制系统1套。
3经济评价
基础设施得到改善。通过集雨补灌工程建设，使项目区农业基本生产条件得到大力改善，增强了农业生产抵御自然灾害的能力。
增产效果明显。项目区种植玉米经测产平均亩产620公斤，比当地旱田种植的玉米增产200公斤以上，亩增收240元以上。同时实现节肥20%、节劳20%，节本增效效果显著。
节约地下水资源。由于灌溉以地表水为主，地下水为辅，同时能够收集雨水，极大地节约了地下水水资源，能够有效缓减靖边县近年来的地下水超采的问题。
项目的建设有效减少旱灾对农业生产的危害。提高土地的利用效率，实现水资源的合理应用，优化了产业结构和种植结构，加快本地区的经济发展，增加农民收入，改善农民的生活水平，改变了农民的灌溉理念。充分发挥集雨补灌建设的各种优势，带动各类生产专业合作的发展，使项目区农业生产实现规模化生产、集约化经营、品牌化效应的良性循环。
二、主要做法及特点
本次项目实施区域水源主要是机井、河道、水库水源抽水至项目区高位集雨蓄水池，以及软体集雨水窖自己收集雨水，再分为多个轮灌区高压自流进行补灌。在蓄水池上设置高压自流出水口，在蓄水池出水口处安装过滤器、控制阀、远传数显超声波水表等设施，外用首部阀门井保护。所有灌溉区域处于低位的田块，采用重力自流供水灌溉。整个灌溉管网分为四级，配水干管将水引出蓄水池，输送到田间地头；支管平行于等高线布设，支管首端设置启闭闸阀作为一个轮灌小区，在支管上根据地块设计双向或单向出水栓，每个出水栓控制约5亩地。
2.1 天然降水、井水与“四位一体”完美融合，有效扩充水源。
该项目点现有机井2口，经过现场调研，井深420m，现有机井下泵深度为150m，泵功率为30kw，（流量根据泵出口管径为90mm计算），现有泵供水灌溉面积为150亩，目前正常使用，不存在断流现象和漏沙现象，据此推测水量不小于30m³/h。将机井与软体集雨水窖（可以收集雨水）连接，完全可以降低可能由于地下水源不足而引起农业欠收、绝收的风险。
2.2 水源过滤处理必不可少
膜下滴灌节水、节肥、省工，其不足之处是滴头易结垢和堵塞，因此应对水源进行严格的过滤处理，宁条梁镇老庄村项目点过滤采取的措施是①在光伏提水系统河水取水处设计过滤墙过滤（钢筋笼里外两层，中间碎石。）；②在水窖出水处滴灌设计安装碟片式过滤器，由于本工程水源比较清澈，泥沙含量很少，无明显漂浮物，故选择安装了碟片式过滤器，如水源含沙量较高，应安装砂石过滤器和碟片式过滤器，进行二次过滤；③水窖的底部南北两边各安装了一个排沙口并装有阀门，由于使用时期较长后窖底会沉淀泥沙，需要定期进行清理淤泥。
2.3 光伏提水有效解决无电网覆盖区域耕地灌溉问题。
本项目最优势之处就是对于那些无电网覆盖的丘陵山区旱地能够解决灌溉问题，这些耕地虽然周边有河渠，或者有水库，但就是苦于没有电力设施，虽然看到有水却看着农作物眼睁睁受旱就是浇灌不到地里。本项目通过建设光伏提水系统，利用太阳能作为动力能源驱动水泵直接从水库或河渠取水，能够全自动运行（仅需手动开机）、无需人工值守、方便维护、安全可靠，如资金预算充足，可安装蓄电池，储存太阳能，这样即使在太阳不充足的情况下也能够进行提水。
2.4 项目后期管护要做好，专人管理、定期修检。
因该项目涉及管线、电线较多，且专业性较强，容易产生安全隐患，故所有设备、管线都需严格按照使用规程进行专人管理，定期检修以便于延长设备使用寿命，出现问题时及时维修，进而提高项目经济效益，保障安全生产。
光伏发电站和软体集雨水窖需要做好安全措施，必须进行封闭处理，设立危险警示牌，防止有人靠近发生触电、溺水等安全事故，确保安全生产。
对于不防水、不防灰、不防锈、不防晒、不防腐蚀的设施及装备应合理保护，无论是选择成品还是设计制作，都要具有防水、防灰、防锈、防晒、防腐蚀等性能，同时人工干预，修建适当的设施给予保护，以满足室外安装使用的要求并延长使用寿命。
2.5有望安装手机APP实现从提水到灌溉全程自动化
光伏提水系统在手动开机以后，只要有阳光它就能实现自动上水，若是多云没阳光，它自动会停，唯一不足之处就是需要人开机。目前市场上有专门APP，可以在手机上安装远程对它进行开或关的控制。对于水窖出水及田间灌溉，本项目目前设计的全是手动操作的。据了解现在可以实现将出水桩升级改成电磁阀类的，就可实现手机控制。随着5G技术的应用，相信“四位一体”全程自动化会早日到来。
三、项目意义
本项目旨在推广和应用山区光伏泵站、软体集雨蓄水池、集雨储水补灌技术，有效改善山地耕地基础设施，在推广“非充分灌溉”用水理念的前提下，为山地农作物能够浇上“救命水”、解决山地作物卡脖旱寻找一套切合实际的灌溉模式，提高旱地农作物的保苗率和关键生育期的生长。本项目的实施，实现水肥上了山，粮食产量翻一番，多年靠天吃饭的干旱丘陵山区，由“雨养农业”变成了补灌农业，为陕北丘陵干旱半干旱地区同类耕地发展高质量农业探索出一条新路径。