基于高效節水模式下的永濟市水量供需平衡分析

趙德杰

(山西水利職業技術學院， 山西 運城　044000)

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基于高效節水模式下的永濟市水量供需平衡分析

趙德杰

(山西水利職業技術學院， 山西 運城044000)

【摘要】重點實施高效節水，能有效地改善農業灌溉條件，從根本上解決灌溉水利用率低的現狀，提高農業用水效率，達到農業增產、農民增收的目的。本文以永濟市為例，在采用引黃灌區水灌溉與高效節水灌溉方式下擬定灌溉水利用系數，利用灌溉定額進行水量計算，并且進行水量平衡分析，結果滿足灌區的用水需要。本文研究可為擬定合理的節水灌溉措施與水資源的高效利用提供科學的理論依據。

【關鍵詞】高效節水； 灌溉制度； 水量平衡； 永濟市

提高經濟發展水平，必須合理有效地調配和利用水資源，大力發展高效節水灌溉農業，認識農業節水灌溉的重要性，尤其對高效節水灌溉工程建設的重要性。

當前，國內外對農業節水潛力的研究取得了一定進展，一方面是在高耗水的情況，采取節水措施進行水量分析，如：劉路廣[1]以柳園口灌區為例，提出了農業理論節水潛力的概念，并利用水量平衡原理對相應計算方法進行了推導；裴源生[2]認為耗水節水潛力是在考慮各種可能節水措施的情景下的耗水與不采取節水措施的耗水差值；段愛旺[3]認為,工程節水措施和管理節水措施的結合在狹義節水潛力的開發過程中起主導作用,在廣義節水潛力的實現中發揮著主要作用。另一方面，一些學者通過利用田間作物的灌溉制度、田間灌溉水利用系數以及灌溉定額來推算灌區節水水量平衡[4-5]。因此重點實施高效節水，能有效地改善農業灌溉條件，從根本上解決灌溉水利用率低的現狀，提高農業用水效率，達到農業增產、農民增收的目的。

1研究區概況

永濟市地處山西省運城市西南部的涑水盆地，是全國重要的商品糧基地和優質棉基地。總人口為 44.6萬，國民生產總值為65.5億元。國土面積為1143km2，其中，耕地面積79.48萬畝，有效灌溉面積71.43萬畝，灌溉水利用系數只有0.4～0.5。

永濟市的氣候特點是降雨集中，且多雷暴雨，時空分布極不均勻。多年平均降雨量540.8mm，多年平均蒸發量2052mm，多年平均氣溫13.4℃。多年平均水資源總量為10842萬m3(不含黃河沿岸水源地水資源量)。全市地下水多年平均開采量為11241萬m3，地下水超采嚴重。

2存在的主要問題

永濟是一個傳統農業市，農業在全市經濟中占有舉足輕重的地位。近年來隨著農業的快速發展，地下水嚴重超采，地下水位連年下降，地下水環境不斷惡化等一系列問題逐漸暴露。

a.水資源總量緊缺，可用量少，超采嚴重，難以滿足當地工農業生產的需要。

b.引黃灌區末級渠系建筑物不配套，有效灌溉面積銳減。

c.灌溉畝用水量大，水利用效率低下。

3水量供需平衡分析及水質分析

3.1灌溉設計標準確定

引黃灌區主要農作物以小麥、棉花和果樹為主，根據《灌溉與排水工程設計規范》(GB 50288—99)，灌溉設計保證率應為50%～75%，考慮到該區缺水嚴重，且為全省糧棉生產基地，隨著農村產業結構的調整和農民致富奔小康的需求，水果及經濟作物的種植面積不斷增大，對作物的灌溉要求愈來愈高，則灌溉設計保證率取75%。

高效節水灌溉區域主要分布在南部純井灌區，采用管灌、噴灌、大棚滴灌等方式，以管道輸水為主，灌溉設計保證率可適當提高。管灌設計保證率取80%，噴灌和大棚滴灌設計保證率取85%。

3.2需水量計算

3.2.1灌溉水利用系數擬定

用水系數根據灌區大小、水源情況、渠系布置以及渠道長度、土質、防滲措施和管理水平等因素綜合確定，灌溉渠系設干、支、斗三級固定渠道，農渠直接進入田間。

根據項目區的實際情況，引黃灌區灌溉水利用系數和高效節水灌溉水利用系數見表1、表2。

3.2.2引黃灌區需水量計算

根據作物灌水時段的凈灌水率和灌溉面積以及灌溉水利用系數，推求各條渠的引水流量和灌區引水總量。此次工程涉及灌溉面積7.08萬畝，其中，井灌區面積2.04萬畝，黃灌區面積5.24萬畝，經計算，該項目區年需引水量1636.9萬m3，其中引黃水1323.8萬m3。

3.2.3高效節水灌溉需水量計算

a.噴灌灌水定額。根據《噴灌工程技術》中公式進行計算：

式中m——設計灌水定額，mm；

h——計劃濕潤層深度，cm，小麥取80cm；

θmax——適宜土壤含水量上限，取田間持水量的95%，項目區壤土田間持水量為17%；

θmin——適宜土壤含水量下限，取田間持水量的65%；

η——噴灑水利用系數，取0.9。

計算得噴灌的設計灌水定額為

m=10.2×0.8×(95-65)×17%/0.9

=47mm(31.3m3/畝)

b.管灌灌水定額。項目區農作物現為小麥、玉米、棉花及果樹，結合現有灌水經驗，管灌灌水定額按小麥考慮。

管灌設計灌水定額計算公式為

式中m——灌水定額，m3/畝；

γs——土壤容重，kN/m3；

h——計劃濕潤層深度，m，小麥取0.8m；

β1——適宜土壤含水量上限(重量百分比)，取田間持水量的90%；

β2——適宜土壤含水量下限(重量百分比)，取田間持水量的65%；

η——灌溉水利用系數，取0.8。

計算得管灌的設計灌水定額為38.51mm(25.7m3/畝)。

c.滴灌設計灌水定額。采用《微灌工程技術》中公式進行計算：

式中m——設計灌水定額，mm；

z——計劃濕潤土層深度， m，蔬菜取0.5m；

p——設計土壤濕潤比，%，蔬菜取90%；

Fd——田間持水量(占土壤體積的百分比)，取17%；

W0——凋萎系數(占土壤體積的百分比)，取7%；

η——灌溉水利用系數，取0.9；

β——土壤中允許消耗水量占有效水量的百分比，蔬菜取30%。

項目區土壤多為中壤土，計算得滴灌的設計灌水定額為15mm (10m3/畝)。

d.灌溉用水量。灌溉用水量等于設計灌溉定額與相對應的灌溉面積的乘積，其計算結果見表3。

3.2.4水土平衡計算

在水源供水流量穩定且無調蓄時可用下式確定單井灌溉面積：

式中A——可灌面積,hm2；

Q——可供流量，m3/h，項目區水井出水量大都在50m3/h左右；

Ea——設計耗水強度，mm/d；

t——水源每日供水時數；

η——灌溉水利用系數。

項目區現有水井出水量大都為50m3/h，運行正常，可滿足用水需求。

3.2.5水土資源平衡分析

項目區是尊村引黃和夾馬口小樊引黃灌區末級渠系配套工程，其灌溉面積已完全包含在兩處大中型灌區灌溉范圍之內，灌區的用水要求完全有保證。純井灌區高效節水工程均采用現有水源井，改大水漫灌方式為節水灌溉方式，其水源亦有保證，而且隨著節水農業的發展和引黃水替代井水灌溉的實施，地下水位將可能盡快止降回升，水源保證率將會進一步提高。

3.3灌溉水質分析

根據現場調查了解，該項目所用水源為黃河水和現有農灌水井的地下水，黃河水作為灌溉水源，可為土壤帶入大量有機質，有機質的增加，將改善土壤團粒結構，增加作物需要的養分，增加土壤的保肥性能，有利于農業健康、持久發展，現有農灌水井的水質良好，其水質均完全滿足《農田灌溉水質標準》(GB 5084—92)。

4工程總體方案和布局

項目區水源主要為抽取地下水，首先從溝底水源(機井)抽水至井旁200m3矩形調節水池，然后經一級站加壓輸水至石料廠200m3矩形調節水池，再由二級站加壓輸水至現有規劃滴灌蓄水池，入蓄水池流量由閥門控制，以滿足控制面積范圍內的用水量要求。

根據水源條件，結合項目區實際地形條件，總體上分為三個灌水小區(單元)，每個蓄水池控制片區為一個滴灌系統。蓄水池均位于各灌水小區的最高處，通過各輸水干管和配水支管將壓力水輸送至毛管，實行重力滴灌。其中1號水池控制面積985.93畝，2號水池控制面積380.02畝，3號水池控制面積234.94畝，合計1600畝。

項目區目前有雨水集蓄工程1處，建有400m3蓄水池1座。另有50～100m3蓄水池5座。現有蓄水池可并入輸水管網，以提高供水保證率。

5結語

永濟市南部地區因無引黃客水可以利用，多為純井灌區，農業灌溉用水主要依靠開采地下水。近年來，隨著節水技術的推廣，明渠輸水和管道輸水逐步得到應用，但由于田面工程配套不完善，目前的灌溉大多還是采用傳統的土渠和大水漫灌方式，水資源浪費嚴重。不但加重了農民灌溉成本，更使地下水位嚴重下降。因此，隨著產業結構調整，在項目區積極開展引黃水灌溉，對引黃灌區進行末級渠系配套，大力發展節水灌溉，提高水的利用率，減少灌溉用水，提高作物產量，增加農民收入，成為現代農業發展的首要任務。

參考文獻

[1]劉路廣，崔遠來，王建鵬.基于水量平衡的農業節水潛力計算新方法[J].水科學進展，2011,22(5)：696-702.

[2]裴源生，張金萍，趙勇.寧夏灌區節水潛力的研究[J].水利學報，2007，38(2):239-243.

[3]段愛旺，信乃詮，王立祥.節水潛力的定義和確定方法[J].灌溉排水，2002，21(2):25-28.

[4]董斌，崔遠來，李遠華.水稻灌區節水灌溉的尺度效應[J].水科學進展，2005，16(6):833-839.

[5]TUONG T P，BHUIYAN S I.Increasing water-use efficiency in rice production: farm-lever perspectives[J].Agricultural Water Management，1999，40(3):117-122.

Analysis on water quantity supply-demand balance in Yongji based on the efficient water-saving mode

ZHAO Dejie

(ShanxiWaterConservancyVocationalandTechnicalCollege,Yuncheng044000,China)

Abstract：Efficient water saving measure can be mainly implemented for effectively improving agricultural irrigation condition. Current situation of low utilization rate of irrigation water can be solved fundamentally. The efficiency of agricultural water is improved, thereby achieving the purpose of increasing agricultural production and farmers income. Yongji is adopted as an example in the paper. Irrigation water from the Yellow River diversion irrigation area and efficient water-saving irrigation modes are adopted for planning irrigation water utilization coefficient. Irrigation quota is utilized for calculating water quantity. Water quantity balance is analyzed. The results meet water demand in the irrigation area. The research in the paper can provide scientific theory basis for planning rational water-saving irrigation measures and efficiently utilizing water resources.

Key words：the efficient water-saving; irrigation system; water balance; Yongji

DOI:10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.02.016

中圖分類號：TV21

文獻標志碼：A

文章編號：1005- 4774(2016)02- 0055- 04