灌區灌溉多水源可利用量計算探討

□任 影 □張 嘉 □胡琪坤

（河南省水利勘測設計研究有限公司）

0 引言

農業占據我國的社會經濟發展重要地位，灌區則是承載農業發展的主要場所。水資源短缺，水資源時空分布不均等問題阻礙了我國各地社會經濟的發展，制定、實施水資源可持續發展措施迫在眉捷。灌區水源水量和水質控制著灌區農業命脈，目前，我國灌區缺水、多種水源配置不均衡、水污染等水源問題比較突出，亟待解決，為確保灌區水資源可持續利用，文章引出灌區灌溉多水源可利用量計算的研究。

1 灌區灌溉多水源可利用量基本理論

1.1 灌區灌溉水源可利用量的概念和內涵

用于灌溉的天然降雨、地表儲蓄水、地下儲蓄水和經過現代技術處理達到灌溉標準的其它灌溉水源統稱為灌溉水源。灌溉水源主要分布于河湖、水庫、地下含水層等，通過自然降雨和人工蓄、引、提的方式提取，分布地域廣泛，分類情況復雜，文章將灌區灌溉水源分類為：有效降雨，地表水源，地下水源，外流域調水，中水。

灌區灌溉水源可利用量概念：在可預見期內,灌區能夠同時滿足經濟發展和生態環境兩項功能，通過合理的經濟措施、可行的技術措施，灌區水源采取合理配置后，農業灌溉可以一次性利用的最大水量。

灌區灌溉水源不斷循環更新，其可利用量具有時空、水環境、技術、可持續、動態化、多元化等水資源內涵。

1.2 灌溉水源可利用量計算原則

灌區灌溉水源可利用量計算遵循高效、公平和可持續利用的原則，定性分析灌區多種水源，不同時空下的多種功能，以灌區為系統估算方法定量計算灌溉用水。

1.2.1 水資源可持續利用的原則

結合當地資料，深入調查研究灌區氣候、地形地貌、水利設施和水資源狀況，評估灌區水源合理利用的最大開發潛力，結合水源的多種功能，合理配置農業灌溉用水可利用量，保證灌區水資源可持續利用。

1.2.2 因地制宜的原則

不同地區自然條件和經濟發展狀況迥異，相應制約著不同地區水生態、灌溉工程和灌溉技術等多種灌溉條件。因此，選擇灌溉水源和計算方法需遵循因地制宜，因時而異的準則，最終保證灌溉水源可利用量計算的準確性和合理性。

2 灌區灌溉水源可利用量計算模型

2.1 有效降雨

實時估算法和經驗公式法是推斷有效降雨量的主要方法，實際應用中，我們通常采用經驗公式法，如下：

式中：pe—有效降雨量，mm；p—一次降水量，mm；δ—一次降水的有效利用系數。一般應根據實測資料確定，在無實測資料時，一般技術資料對建議采用下列數值，當p<5mm時，δ=0；當P=5～50mm時，δ=1.00；當p>50mm時，δ=0.80～0.70。

2.2 灌區地表水灌溉可利用量

結合區域水量平衡理論原理，本次研究灌區灌溉地表水源可利用量的計算，采用扣損法，計算模型如下：

式中：Wu—灌區灌溉地表水源可利用量，m3；Ws—灌區地表水資源量，m3；Wr—灌區河道生態需水量，m3；Wa—灌區汛期棄水量，m3；Wd—灌區工業耗水量，m3；Wi—灌區生活耗水量，m3；Wn—灌區不滿足灌溉要求的水量，m3。

2.3 灌區地下水灌溉可利用量

含水層水文地質條件研究程度較高的地區多年平均實際開采量，水位動態特征觀測系列資料較為齊全，進行地下水評價一般可開采系數法，如我國華北諸省，其計算公式為：

式中：Wh—灌溉地下水可開采量，m3；Wg—地下水資源總量，m3；ρ—可開采系數；η—灌溉地下水可利用系數。

2.4 外流域調水灌溉可利用量

選取灌區附近的水文站，根據實測徑流資料計算入灌區農灌水量、出灌區農灌水量。由渠系、灌溉設施及作物種植情況計算外流域調水灌區內損失量，輸水損失和灌溉損失。計算模型如下：

式中：WW—灌溉可利用外流域調水量，m3；WX—外流域引用灌溉調水總量，m3；Wz—出灌區農灌水量；Wy—外流域調水灌區內損失量,m3；Wz1—調水渠道滲漏；Wy2—調水灌溉滲漏，m3；Wy3—調水蒸發量，m3；Wy4—作物需求水質不達標的水量，m3。

2.5 灌溉中水可利用量

處理灌區內的各種廢水，使之達到灌溉標準并用于灌溉，即是灌溉中水時空分布特點，夏秋較多，冬春較少；區域分布特點，水源豐富，污水處理廠數量較多、處理污水能力較強的區域中水量較為可觀。

其計算模型概化如下：

式中：Wk—灌溉中水回用量，m3；W1—灌區產污量，m3；μ—處理達標率；β—灌溉中水回用率。

3 典型灌區模型應用

3.1 灌區概況

人民勝利渠灌區位于河南省北部，南臨黃河，北毗衛河，屬于黃河、沁河沖積平原，灌區灌溉面積990km2。

灌區內沒有典型蓄水建筑物，灌溉水源主要是自然降雨、地下水和黃河水。自開灌以來，忠義灌溉試驗場就記錄了灌區詳細的多年連續降水資料，多年平均降雨量617mm，但季節分配不均，不能滿足灌區作物需水量要求。

灌區上游條件便利，配套條件好，主要使用引黃水，如西一新鄉市區、東三灌區延津縣石婆固、位丘；中游引水配套條件相對上游粗放，井灌條件較好，引黃水使用量小，地下水開采量大，如白馬支渠翟坡鎮、七里營鎮；下游距引水口較遠，引黃設施不經濟，主要采取井灌，如東一干渠下游大張莊、泰村營。根據灌區灌溉水源分布情況，將灌區劃分為渠灌區，井渠結合區，井灌區，分別計算各分區灌溉水源可利用量。

3.2 灌區各水源灌溉可利用水量

3.2.1 自然降雨

分析灌區2004-2014年的降水資料，確定出不同水文年分別為：濕潤年653.21mm，平均年602.85mm，中旱年564.77 mm，干旱年513.63mm。

結合灌區每種作物各個生長期降水及其對應降水有效利用系數，計算出灌區各分區有效降雨量，見表1。

表1 灌區各分區有效降雨量表

3.2.2 地下水灌溉可利用量

灌區地下水補給源主要包括降雨和引黃灌溉滲漏量，淺層水蒸發是主要排泄途徑，考慮不同分區農灌開采系數，計算出地下水農灌可開采量，見表2。

表2 灌區不同頻率年地下水灌溉可開采量表

3.2.3 引黃水灌溉可利用量

黃河水是人民勝利渠灌區的惟一地上水源，引黃灌溉過程中，損失主要包括各級輸水渠道渠底、邊坡滲漏的水量，田間滲漏和損失喪失。結合資料，灌區渠系灌溉水利用系數是0.49，計算出灌區引黃灌溉可利用量，見表3。

表3 灌區灌溉引黃水可利用量表

4 結語

伴隨著灌區觀測資料、水利設施和模型研究的不斷發展，灌溉水源可利用量研究必然會不斷更新，不斷趨于成熟。但是，灌區面積的不斷擴大，水資源問題的不斷加劇，使得灌區多水源可利用量的理論研究依舊會更加復雜、艱巨。建議投入更多力量，較快豐富灌區灌溉多水源可利用量計算方面研究，進一步提升灌區節水灌溉水平，保證灌區水資源可持續發展。

[1]潘紅衛.灌區水資源合理配置與高效利用研究[D].華北水利水電學院，2011.

[2]張戈，井鋒，關卓.大連市中水回用淺析[J].太原師范學院學報，2009，8（3）：99-102.