牧馬河灌區水資源供需簡析

孔小晉

（忻州市忻府區水資源管理辦公室，山西 忻州 034000）

1 灌區概況

牧馬河灌區位于山西省北中部的忻定盆地，受益范圍包括忻府區、定襄縣兩縣區13個鄉鎮，74個自然村，總人口21.06萬人，灌區內共有耕地31.1萬畝，其中設計灌溉面積15.3萬畝，有效灌溉面積15.29萬畝。屬忻州市四大自流灌區之一。

牧馬河上游現有剛剛續建完畢的西歲興水庫，中游有上世紀五、六十年代興建的豆羅溢流壩和西曲大壩，這三處引水樞紐控制著團結、聯合、國慶、紅旗、五一五大輸水干渠渠系。灌區共有干、支、斗、農四級固定渠道643條，總長820 km；閘、橋、涵洞、渡槽等建筑物2 637座。目前，渠道及建筑物已運行50多年，工程老化、破損、毀壞嚴重，截止目前全灌區骨干建筑物完好率僅為35%。

西歲興水庫總庫容為2 903萬m3，可提供農業灌溉水量1 103萬m3，工業供水量504萬m3。豆羅溢流壩樞紐到西曲攔河壩樞紐區間6.12 km引水灌溉靠天然河道輸水，輸水損失嚴重，高達16%。隨著工業發展和生態建設及生活用水的不斷增長以及水資源量的逐年減少，農業灌溉用水也在逐年減少。

2 灌區水量供需分析

2.1 灌區現狀來水量分析

2.1.1 地表水來水量分析計算

牧馬河流域面積1 498 km2。整個流域內分布有11個雨量站和1個豆羅水文觀測站。其中西歲興水庫控制流域面積496 km2。建有三交、北馮、牛尾、下馬圈、上寺、六固（現已撤站）六個雨量站，有自1980年以后的徑流實測資料。水庫控制流域內主要由石山區和土石山區組成。林區僅占總面積的4.2%。是牧馬河清水的主要來源地。豆羅水文站位于歲興水庫以下18 km，該站始建于1956年，控制流域面積751 km2，有較完整的水文實測資料。水庫至豆羅區間主要為變質巖構造土石山區丘陵區，植被較差的此段沖溝較多，最大的支流為葫蘆河，有部分清洪水。水文站下游至灌區西曲攔河閘壩，區間流域面積72 km2，有自1971年以來的灌溉放水實測資料。區間地貌主要為沖積平原區，較大的支流為班莊河。

雖然牧馬河下游設有豆羅水文站，但從西歲興水庫以下進入深厚河谷沖積層，河道滲漏損失嚴重，無法直接由水文站實測資料計算水庫徑流量，只能采用相鄰或相似流域實測徑流資料，結合西歲興水庫部分水情觀測資料，通過建立降雨徑流關系推求西歲興水庫徑流量。

西歲興水庫控制牧馬河流域面積496 km2，其中變質巖石山區290 km2，片麻巖石山區138 km2，黃土丘陵區及林地68 km2。故選取了下墊面條件相近的峪口河流域王家會水文站作為參證站，同時為了進行對比分析，又選取了云中河流域米家寨水文站以及文峪河流域中西河岔口水文站資料。各參證流域下墊面特征見表1。

表1 參證站下墊面情況表

為了減小下墊面變化對徑流量的影響，本次各站均采用1980年以后徑流系列。通過對各流域降雨量及徑流量以水文年（當年6月至翌年5月）進行統計和計算后得知：以岔口（有部分森林區）和米家寨兩水文站為代表的石山區的徑流系數明顯比以王家會和西歲興為代表的土石山區偏大，符合徑流形成的一般規律。

對已經確定的西歲興水庫年徑流系列進行頻率分析計算，線型采用 P－Ⅲ型，由適線法適線，計算結果：西歲興水庫多年平均年徑流量為2 490萬m3，50%及95%的年徑流量分別為1 910萬m3和 538萬m3。

2.1.2 地下水水量分析計算

牧馬河灌區的地下水資源量計算，是以牧馬河灌區邊界線控制范圍為全部計算區，在考慮了地下水的補排條件和含水巖層的水文地質特征的基礎上以《忻州市地下水資源評價》為依據，共分為潛力區、超采區、平衡區。

地下水補給項包括：降雨入滲補給量（Q降）、側向補給量（Q側補）、河道滲漏補給量（Q河）、渠道滲漏補給量（Q渠）、灌溉入滲補給（渠灌）量 Q灌和灌區內井灌回歸量（Q井）。計算結果見表2。

2.1.3 工程現狀供水能力

牧馬河灌區水利工程主要有西曲攔河閘壩、豆羅溢流壩和西歲興水庫三處水源工程。西曲大壩位于牧馬河干流西曲村東。控制灌溉面積14.5萬畝，控制流域面積815 km2。主要建筑物有攔河大壩、攔河閘、東西沖砂閘、非常溢洪道和紅旗、國慶、五一三條干渠的進水閘，工程建設于二十世紀六十年代，主要以引洪灌溉為主，基本無調蓄能力。豆羅溢流壩位于牧馬河干流豆羅村。控制灌溉面積0.9萬畝，為團結干渠和聯合干渠的渠首。西歲興水庫位于牧馬河干流歲興村南，控制流域面積496 km2。總庫容2 903萬m3，其中興利庫容1 560萬m3。由于近年來人類活動影響，豆羅以下牧馬河支流已斷流，50%年份汛期部分洪水已回補地下水。因此，西曲攔河閘壩、豆羅溢流壩的主要作用為分配西歲興水庫的來水量。灌區范圍內水井星羅棋布，配套完好，可最大限度的提取地下水資源。

綜上所述，灌區現狀水利工程年供水能力5 279.55萬m3，其中地表水1 560萬m3，地下水3 719.55萬m3。

2.1.4 灌區農業用水分析

牧馬河灌區用水主要為農業灌溉，其次為工業、鄉鎮企業、村鎮人畜吃水、灌區林樹用水。

（1）灌溉制度擬定：根據灌區氣候、土壤、群眾生活習慣以及水資源利用等具體情況，在對近年來灌區種植比例情況全面調查的基礎上，進行了遠期分析、預測，經研究特擬定種植比例見表3。

表2 灌區地下水資源量匯總表 / 萬m 3

表3 牧馬河灌區作物種植比例表 / %

（2）灌溉定額：設計灌溉定額由播前灌水定額和作物全生長期灌溉定額兩部分組成。作物全生育期灌溉定額的分析，對主要作物采用需水系數法，扣除作物生育期內有效降雨量后進行土壤水量平衡而得。作物播前灌水定額根據土壤持水率及播前有效降雨量確定。

（3）作物規劃產量及需水系數：作物規劃產量根據灌區調查分析確定，需水系數根據灌區試驗資料確定，其值見表4。

表4 牧馬河灌區作物規劃產量及需水系數

（4）有效降雨：根據灌區不同作物不同生長期在1951年至1995年共計45年的降雨資料作了系統的頻率分析，同時就各種作物播前和生育期分別按保證率 P＝50%和 75%兩個典型年做了有效降雨量分析計算。其降雨量有效利用系數取值及主要作物播前和生育期有效降雨見表5、表6。

（5）灌溉定額：灌溉定額經計算后結果見表7。

（6）灌水定額確定：灌水定額通常不得超過土壤最大持水率，考慮上限含水量按最大持水率的90%計，下限含水量取最大持水率的60%，則理論計算灌水定額結果為42.9 m3/畝。

然而，根據調查測算灌區現行灌水定額遠大于理論計算數值，其原因主要有兩點：第一，田面工程尚未完全配套，畦塊較大，且由于水源調蓄能力極低，供水沒有保證，群眾習慣仍多數采用大水漫灌；第二，水源短缺，不能適時適量澆灌，導致灌區輪灌期較長。所以考慮到灌區的實際情況，采用播前灌水定額為65 m3/畝，作物生育期40～45 m3/畝。

（7）灌溉制度擬定：灌水定額和灌溉定額均是在理論計算的基礎上，結合灌區實際情況而確定，灌水時間及次數則是根據灌區作物生育階段以及當地群眾的豐產灌水經驗，50%保證率情況下各作物的灌溉定額為：冬小麥240 m3/畝，高粱145 m3/畝，玉米145 m3/畝，經濟作物225 m3/畝，瓜薯類105 m3/畝，復播160 m3/畝。

（8）灌溉水有效利用系數：灌溉水有效利用系數，包括渠系水有效利用系數和田面水有效利用系數，具體見表8。

表5 降雨量有效利用系數表

表6 各種作物有效雨量計算成果表

表7 主要作物灌溉定額（P＝50%）

表8 灌溉水有效利用系數表

（9）萬畝農田需水量：根據以上制定的灌溉制度，求得保證率為P＝50%時，萬畝農田凈需水量201.25萬m3。

2.1.5 灌區現狀水供需平衡分析

牧馬河灌區有效灌溉面積15.29萬畝，為河井雙灌區。現狀15.29萬畝農田需水量為7 326.46萬m3，項目區總人口21萬，年生活用水250萬m3，工業用水按200萬m3考慮，年需水量7 776.46萬m3，而可引用水量為5 279.55萬m3，缺水2 496.91萬m3。

2.2 結論

通過對牧馬河灌區現狀水資源的平衡分析可知：在現有的工程設施和水源條件下不足以對灌區內 15.29萬畝進行實時灌溉。忻府區作為國家商品糧基地，而牧馬河灌區內的耕地又是該區的糧食主產區，灌區的正常運行對促進基地區工農業發展有很大作用。隨著忻府區國民經濟的快速發展和人口的不斷增長，各行各業的需水量也越來越大，區內地下水的持續超采致使降水漏斗區域不斷擴大，地下水儲備出現危機。只有通過對灌區現有的灌溉渠道進行防滲處理、啟閉設施配套改造，灌溉水利用系數就可由目前的0.42提高到0.685，而幾年后農田需水量為4 492.20萬m3，項目區總人口21萬，年生活用水300萬m3，工業用水按400萬m3考慮，年需水量5 192.20萬m3，而可引用水量為5 279.55萬m3，余水87.35萬m3。這樣就會使灌區走上良性循環的軌道，更好的發揮其效益，不僅可使灌區水資源利用趨于科學化、合理化，而且節約的水資源可以改變下游區域內的生態環境，從而使水資源的可持續利用促進國民經濟的可持續發展。