遼渾太河流域農業灌溉期水平衡測試研究

王殿武，張寶東，李 松

（1.沈陽農業大學，遼寧 沈陽110161；2.遼寧省水文水資源勘測局，遼寧 沈陽110003；3.遼寧省水利廳，遼寧 沈陽110001）

0 引言

水平衡測試是水科學管理的重要內容之一。所謂水平衡是指一臺設備、一個車間、一個工廠、一個灌區、一個流域或一個其他用水體系，在生產中所用全部水量的收支平衡。通過水平衡測試可以摸清其供水及用水現狀，正確評價用水水平，挖掘節水潛力，明確管水主攻方向，為進一步采取節水技術措施，制定節水規劃提供依據。并能為水行政主管部門實施用水許可制度和年度用水審驗提供基本保證。因此，開展以農業灌溉期為主的水平衡測試，就是在河流及引、排渠上應用水量平衡原理，分清來水量、用水量、損失水量，水運動過程，提供水量調度和分配的依據；分析水質狀況、污染物的來源及運移規律，防止突發性水污染事故的發生；在此基礎上開發水量、水質相結合的水庫放水及河道徑流演變的水文模型，為水資源的高效利用、合理配置和優化調度提供技術保障。

1 水平衡測試站網布設

1.1 水量監測站網布設

根據水平衡測試的特點，對遼、渾、太干支流及干流兩側引排水口進行了普查與監測，共設立監測斷面239處。其中，干流斷面設30處，主要支流斷面設50處，干流兩岸引排水口斷面共設159處。設立降水、蒸發量監測站近200處。

遼河流域共布設各類水量監測站62處。其中，遼河干流河段布設39處，清河支流河段布設18處，柴河支流河段布設5處。

渾河流域共布設各類水量監測站71處。其中，渾河干流河段布設監測站10處，支流布設臨時監測斷面17處，引水口布設臨時監測斷面24處，排水口布設臨時監測斷面20處。

太子河流域共布設各類水量監測站54處。其中，太子河干流布設監測站5處，支流布設監測站11處，引水口布設臨時水量監測斷面9處，排水口布設臨時水量監測斷面3處，降水量監測站24處，水面蒸發觀測站2處。

大遼河共布設各類水量監測站15處。其中，在營口境內設立7處監測斷面，在鞍山境內設立8處監測斷面。

1.2 水質監測站網布設

原有常規水質監測站網，是在水文站網的基礎上發展起來的。監測斷面涵蓋的范圍窄，很多支流沒有水質監測斷面，遠遠滿足不了灌溉期水平衡測試的需要。此次水質監測共布設73個監測斷面，在對水平衡測試范圍的所有入河排污口、支流入河口進行全面監測的基礎上，對干流監測斷面布設采用三斷面法：對照斷面、控制斷面、削減斷面。

1）對照斷面。為了解流入某一區域（監測段）前的水質狀況設立此斷面。在位于該區域所有污染源排污口上游100～500 m處、河流進入城市或工業區以前的地方設立，應避開各種廢水、污水流入或回流處。一個河段區域一個對照斷面，有主要支流時可酌情增加。

2）控制斷面。監測污染源對水質的影響。在主要排污口下游較充分混合的斷面下游、排污口下游500～1 000 m處，根據主要污染物的遷移、轉化規律，河水流量和河道水力學特征確定。因為在排污口下游500 m橫斷面上的1/2寬度處污染物濃度一般出現高峰值。根據城市的工業布局和排污口分布情況而定。

3）削減斷面。了解經稀釋擴散和自凈后，河流水質情況。在最后一個排污口下游1 500 m處設立。左中右濃度差較小的斷面、小河流視具體情況而定。

2 水平衡測試分析評價

2004-2007年，連續4年系統地對遼渾太3條大型河流、7座大型水庫、100余座引排水工程進行水平衡測試，得到實際監測數據88萬條，統計和調查數據45萬條，對水質水量進行了同步監測和分析評價。

2.1 水量平衡分析

1）控制站間不同流量級傳播時間分析。控制站間不同流量級傳播時間分析成果見表1。

2）控制站間水量組合規律分析。下游控制站流量由正值項、負值項組成。正值項為上游控制站來水、區間支流入流、區間排水（包括工業及生活廢污水）。區間引水、區間損失（滲漏、蒸發）為負值項。

計算公式：Q下T+τ=Q上T+Q支T1+Q區排T2-Q區間引T3-Q區損T4。

Q下T+τ主要由Q上T向下游斷面演進（特征河長匯流曲線法、馬斯京根匯流曲線法）組成。

主要控制站流量演算過程以遼河遼中～六間房河段為例。

本區間無支流匯入，也無引水，只有區間損失過程。將遼中水文站的流量過程用馬斯京根法直接演算到六間房斷面，再減去區間的損失過程，得到六間房水文站的流量演算過程：按照該河段有關演算系數 Δt=K=3，x=0.3，N=6（查馬斯京根法演算參數表），根據此參數查得馬斯京根法匯流系數表，確定此段匯流系數，將遼中水文站流量過程按照該匯流系數演算至六間房斷面，結果見圖1。

3）水量平衡分析。以整個水平衡測試期為計算時段，計算時要特別注意上、下游站結束時間的不一致即傳播時間問題，控制站水量計算時間一定要包括整個放水期的完整過程。采用由河道上游向下游進行逐段計算，以水庫—控制站、控制站—控制站為區間段。

計算公式：W下=W上+W支匯+W區排-W區引-W區損

在上述各種方法獲得Q（干流斷面、支流斷面、支流入匯口……）——T資料的基礎上，用面積包圍法計算水量。

由此法對遼渾太河干流各控制站間和干流行政區段水量平衡進行了分析。（數據略）

2.2 水量、水質結合平衡分析

水庫開始放水后，由于放水前河道內徑流很少，廢污水基本存于橡膠壩及閘門內，一旦放水就將這些污水沖下來，導致河流中污染物的突然升高，隨著水量的進一步加大，水質逐漸得到改善，COD是水質污染的一個重要參數，沖污水量的確定就是根據主要參數COD的變化情況來確定，即COD濃度降至Ⅴ類標準（根據GB3838-2002標準滿足農業用水要求）時的總來水量。水質狀況開始平穩的水量按照以下各斷面的COD濃度變化曲線來確定。經統計分析，遼渾太河灌溉期水質變化從總體上看，呈逐漸改善趨勢，即水質由嚴重污染改善到一般污染。

表1 遼渾太河各控制站間不同流量級傳播時間分析成果表

圖1 遼河遼中～六間房流量演算過程

灌溉期供水初期，由于河道內積累的大量污水，以及河床底泥中的污染物隨著流量突然加大而集中下泄，致使水質惡化，水質為劣Ⅴ類，持續時間6 d左右。灌溉期放水中期，水質污染略有改善，但污染仍十分嚴重，水質為Ⅴ類，持續時間9 d左右，基本滿足農灌需要。供水后期水質可以達到Ⅲ～Ⅳ類標準，持續時間20 d左右，優于農灌標準。同時得出達到不同標準水質的需水量級（如遼河Ⅴ類需水0.6億）。

3 水平衡測試效益分析

3.1 科學調度，節水增灌

遼渾太流域灌溉期水平衡測試研究成果改變了水庫灌溉期放水的調度操作，使之更加科學化、合理化、規范化，更適合遼寧地區的現狀；7大水庫設計農灌用水保證率達到85%左右，提高了10%左右，節水增灌達2.9億m3；增加灌溉3.4萬hm2水田，如按9 000 kg/hm2，2.0元/kg計算，可增效6.12億元/a。

3.2 改善了城市景觀生態

遼渾太河貫穿遼寧省鐵嶺、沈陽、盤錦、撫順、本溪、遼陽、鞍山、營口等大城市。據統計，農灌期間遼河通過鐵嶺市城區水量2.86億m3；渾河通過撫順市城區水量4.79億m3，通過沈陽等市城區水量4.21億m3；太子河通過本溪市城區水量0.80億m3，通過遼陽市城區水量3.43億m3；各城區橡膠攔河壩截蓄水量約0.36億m3。這些均對城市的環境綠化、市區美化、空氣凈化等起到了重要作用。

[1]全國節水用水辦公室.全國節水規劃綱要及其研究[M].南京：河海大學出版社，2003.

[2]遼寧省水利廳.遼寧省水資源[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，2006.

[3]水利部國際合作與科技司.當代水利科技前沿[M].北京：科學出版社，2006.