土地開(kāi)發(fā)整理中低壓管灌的供需水量平衡分析

程 路

土地開(kāi)發(fā)整理管灌工程和其他灌溉工程一樣,在興建之前,也必須進(jìn)行總體規(guī)劃。它是搞好設(shè)計(jì)的前提與基礎(chǔ),科學(xué)、合理的管灌工程規(guī)劃對(duì)節(jié)約灌溉用水、提高工程效益、合理確定工程規(guī)模、節(jié)省工程投資都具有重要的意義。而水量供需平衡分析是灌溉工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容,通過(guò)水量的供需平衡分析,可以合理確定工程的規(guī)模,即一定水源條件下可以發(fā)展的灌溉面積或一定灌溉面積需要的水源供水能力。對(duì)充分挖掘水資源潛力,提高灌溉效益起著非常重要的作用。在此以河南省新鄉(xiāng)市延津縣司寨鄉(xiāng)小留固土地開(kāi)發(fā)整理項(xiàng)目工程的井灌區(qū)為例介紹水量平衡分析的方法。

1 研究區(qū)域概況

延津縣位于河南省北部,開(kāi)封市西北部,地處華北黃河沖擊平原的偏南端,司寨鄉(xiāng)位于縣城東北部,該項(xiàng)目區(qū)位于司寨鄉(xiāng)小留固村,總面積196.5 hm2,處于黃河故道區(qū),水資源豐富。項(xiàng)目區(qū)屬華北黃河沖積平原,地形平坦,土質(zhì)較好,主要以沙壤土為主,部分為粉砂土和細(xì)粉砂土。根據(jù)延津縣水文地質(zhì)資料得知,該項(xiàng)目地處古黃河的河槽帶,水資源豐富,地下水位穩(wěn)定,水位埋深較淺,約為7 m,含水層厚,蓄水空間大。本區(qū)淺層地下水主要接受降水入滲補(bǔ)給、灌溉水回滲補(bǔ)給和側(cè)向徑流補(bǔ)給。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)地下水主要以蒸發(fā)、人工開(kāi)采等方式排泄出地表,以徑流方式排泄出區(qū)外的量較小。項(xiàng)目區(qū)所在的黃河沖積平原屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,雨熱同期。項(xiàng)目區(qū)的自然植被類型屬熱帶闊葉林帶,農(nóng)作物主要以小麥和花生為主。

2 供需水量分析

2.1 需水量分析

2.1.1 灌溉設(shè)計(jì)保證率

結(jié)合項(xiàng)目區(qū)所在的地理位置、水資源狀況、作物種植類型以及當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)情況和近遠(yuǎn)期目標(biāo),本著與當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)接近,略高于當(dāng)?shù)厮降脑瓌t,選取灌溉設(shè)計(jì)保證率為75%。

2.1.2 灌溉制度的確定

1)灌溉時(shí)期和灌溉次數(shù)的確定。項(xiàng)目區(qū)作物種植的主要方式為小麥—花生一年兩熟,參照水利部農(nóng)村水利司1995年編著的《機(jī)井技術(shù)手冊(cè)》第 102頁(yè)表 6-5“河南省不同地區(qū)小麥生長(zhǎng)期水量供需平衡與灌溉時(shí)期”,確定項(xiàng)目區(qū)75%頻率年灌水時(shí)間和灌水次數(shù)為:小麥灌溉3次,灌溉時(shí)期分別為拔節(jié)期、孕穗期、灌漿期;花生灌溉2次,灌溉時(shí)期分別為拔節(jié)期、灌漿期。

2)需水量的計(jì)算:

其中,W為灌溉需水量,m3;M為毛灌溉定額,m3/畝;A為灌區(qū)面積,hm2。

農(nóng)作物灌溉需水量詳細(xì)列表計(jì)算見(jiàn)表1。

表1 項(xiàng)目區(qū)農(nóng)作物需水量計(jì)算表

從表1可知,項(xiàng)目區(qū)農(nóng)作物總需水量為 86.10萬(wàn)m3。

2.2 供水量分析

2.2.1 降雨入滲補(bǔ)給量 Q降

降雨入滲是淺層地下水的主要補(bǔ)給源之一,可根據(jù)由灌溉保證率選取得典型降雨年份和降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)計(jì)算:

其中,Q降為降雨入滲補(bǔ)給量;α為降雨入滲補(bǔ)給系數(shù),取0.10;X為75%的保證率典型年降水量,取540 mm;F為地下水補(bǔ)給面積,取項(xiàng)目區(qū)總面積。

降水入滲面積即項(xiàng)目區(qū)面積:

項(xiàng)目區(qū)大氣降水補(bǔ)給量:

2.2.2 灌溉水回滲補(bǔ)給

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)井灌水均會(huì)部分入滲補(bǔ)給地下水。灌溉水回滲補(bǔ)給量受多種因素的影響,因此,一般由當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)資料查得的灌溉回歸系數(shù)計(jì)算灌溉水回滲補(bǔ)給量:

其中,Q回滲為灌溉回滲量,m3/年;β為灌溉回滲系數(shù)(取0.15);M毛為毛灌溉定額,m3/年;A為項(xiàng)目區(qū)耕地面積。

灌溉回滲系數(shù)β是參考鄰區(qū)試驗(yàn)站灌溉回滲試驗(yàn)成果,并根據(jù)項(xiàng)目區(qū)實(shí)際資料確定β=0.15。灌溉用水量由上面計(jì)算項(xiàng)目區(qū)需水量可得知:

2.2.3 側(cè)向徑流補(bǔ)給量

側(cè)向徑流補(bǔ)給量是影響淺層地下水儲(chǔ)量的因素之一。根據(jù)延津縣水文資料可知,項(xiàng)目區(qū)周邊主要承受南部邊界地下水補(bǔ)給,北部水力坡度為Js=0.005,項(xiàng)目區(qū)補(bǔ)給邊界長(zhǎng)2 764 m。根據(jù)區(qū)域均衡法將項(xiàng)目區(qū)作為一個(gè)儲(chǔ)水整體,計(jì)算一年內(nèi)區(qū)域邊界補(bǔ)給量:

其中,Q側(cè)為側(cè)向徑流補(bǔ)給量,m3/年;K為含水層的滲透系數(shù),20 m/d;M為含水層厚度,31 m;ji為計(jì)算斷面水力坡度;li為計(jì)算斷面的長(zhǎng)度,m;T為計(jì)算時(shí)段,365 d。

項(xiàng)目區(qū)合計(jì)可供水量為:

Q供=Q降+Q回滲+Q側(cè)=336.65萬(wàn)m3/年,經(jīng)地方水利部門的分析論證,取0.7的開(kāi)采系數(shù),該項(xiàng)目可開(kāi)采地下水235.66萬(wàn)m3。

3 結(jié)果與供需水量平衡分析

由以上分析可以得到項(xiàng)目區(qū)水資源供需對(duì)比情況,見(jiàn)表2。

表2 項(xiàng)目區(qū)水資源供需對(duì)比表 萬(wàn)m3

由表2可知,項(xiàng)目區(qū)可開(kāi)采地下水量235.66萬(wàn)m3遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于總需水量86.10萬(wàn)m3,余水量為149.56萬(wàn)m3,項(xiàng)目實(shí)施后完全可以滿足灌溉需要。

水量供需平衡分析應(yīng)考慮到工業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展及人口的增長(zhǎng)。若可供水量不小于總用水量之和,說(shuō)明管灌系統(tǒng)規(guī)劃的面積有灌溉保證,不會(huì)引起地下水超采。若可供水量小于總用水量,應(yīng)開(kāi)辟新水源。無(wú)新水源可開(kāi)辟時(shí),應(yīng)調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)布局,或減少灌溉面積。為了達(dá)到整個(gè)規(guī)劃區(qū)節(jié)水增產(chǎn)的目的,應(yīng)采用先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù),減少灌水定額,但絕不應(yīng)以超量開(kāi)采地下水來(lái)提高供水保證程度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了土地開(kāi)發(fā)整理的平原區(qū)井灌工程中低壓管灌的供需水量平衡分析的方法和步驟,利用項(xiàng)目區(qū)作物組成、灌水方法等基本情況和《用水定額》等相關(guān)資料,得出需水量;利用項(xiàng)目區(qū)水土資源、水文氣象等概況以及相關(guān)的公式得出供水量。在此基礎(chǔ)上對(duì)供需水量進(jìn)行對(duì)比分析,以達(dá)到證實(shí)項(xiàng)目區(qū)有充足、可靠的水資源保證的目的。同時(shí),對(duì)項(xiàng)目區(qū)供水不能滿足灌溉需求的情況,提出了具體對(duì)策。

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