水資源平衡分析模型在群英灌區中的應用

黃寧新

(佳木斯市水務局，黑龍江 佳木斯 154002)

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水資源平衡分析模型在群英灌區中的應用

黃寧新

(佳木斯市水務局，黑龍江 佳木斯 154002)

文章根據群英灌區水資源的特征及灌區水平衡的自身理念，應用水資源平衡分析模型，對該灌區自身特點的水資源平衡進行灌區內的可供水量和需水量分析，從而對灌區進行水資源平衡，在有效利用水資源同時，指導灌區續建配套與節水改造的實施，使水資源配置與利用趨于合理。

可供水量；需水量；水資源平衡；應用

現如今我國糧食安全問題不斷突出，作為提高糧食產量的基本保障，水資源的合理利用與優化配置已成為農業糧食生產中的重要問題。本文采用水資源平衡模型，對群英灌區水資源的具體問題進行了研究與應用，從而能更好的指導灌區續建配套與節水改造的實施。

灌區地處三江平原，區內地勢平坦，土壤肥沃，是黑龍江省佳木斯市主要農作區之一。灌區總土地面積90.73km2，規劃灌溉面積9 073 hm2。灌區隸屬佳木斯市郊區平安鄉，始建于70年代，但工程年久失修，破損嚴重，工程配套極其不完善，滲漏嚴重，平均灌溉水利用系數只有0.4，水分生產率僅為0.35kg/m3。群英灌區現狀可供水量、作物需水量均較大，從長遠目標來看，該灌區具有較大節水潛力，首先應對灌區進行水資源平衡分析與計算，根據本灌區自身情況制定節水措施，把灌區的節水改造與續建配套工程建設納入到新的日程中，從而將群英灌區建設成為黑龍江省具有代表性的節水高效型中型規模的灌區[1]。

1　水資源平衡模型在群英灌區中的分析與應用

水資源的供給與需求是相互矛盾的，相互制約的關系，在國民經濟生產與生活中，協調好社會經濟發展各部門的用水要求才是解決這一矛盾的重要方法，灌區水資源利用率的高低是灌區節水節能的關鍵所在，而對灌區本身的水資源平衡分析與計算又是評價水資源利用率高低的有效方法。文章以節約優先為首要條件，采用以需定供的原則，本灌區內無工業用水要求，僅考慮農業用水及生活用水需求。

1.1松花江水源可供水量

群英灌區可供水量定義為KG，即為引松花江水源工程的可供水量，本灌區地表水的可供水量定義為KGB，地下水的可供水量定義為KGX，三者之間的關系如下：

KG=KGB+KGX

(1)

針對群英灌區，定義地表水的可供水量KGB是灌區渠首的提松花江水量。根據灌區內現有地下水數據，定義地下水的可供水量是由地下水補給量確定的地下水的可開采量。通常情況下，地下水的補給量等于當地的降水與山前側滲的地下水補給量以及提松花江水灌溉的渠系與田間入滲補給量四項之和，本區域內地下水的補給量主要是提松花江灌溉入滲補給量GRB，即渠系與田間入滲補給量，經分析，提松花江灌溉入滲補給量GRB與提松花江水量關系，可由下式計算：

GRB=γ(1-η渠)KGB+(1-η由)η渠KGB

(2)

式中：η渠為灌區各級渠道渠系水利用系數；η田為灌區末級田間水利用系數；γ為灌區各級渠道渠系入滲補給系數。公式(2)的等式右端第一項為灌區各級渠道渠系滲漏水入滲補給量；第二項為灌區末級田間水入滲補給量，注：非自流灌區不計算本項內容。η渠與灌區各級渠道防滲結構型式有關，γ與灌區內末級渠道到田間的排水量大小有關。地下水的可開采系數取為0.6，則地下水的可開采量KGX為：

KGX=0.6(GRB+0.95)

(3)

根據灌區內現有具體情況，為公式(3)選取合理的各項參數，從而由小到大計算出不同數值的地下水補給量(該項是以提松花江水量為主)，同時對應的可開采量KGX也將計算出來，將兩者繪制成圖1。

圖1　地下水補給量與可開采量關系圖

1.2灌區內生活與灌溉相應需水量

1)灌區內農村生活用水與需水量。根據用水定額，定義農村生活用水量NS(含牲畜用水)等于人口R(人)與定額D(L/人*d)之積，則農村生活用水量公式為NS=365RD，農村生活用水的水源包括地表水(提松花江水)和地下水兩項，而實際需水量可根據灌區內規劃的生活用水量推算至水源工程(渠首與井口)處的水量，由于不同水源的供水比例不同，定義αs、αg為地表水源及地下井供水比例，二者相應的水利用系數定義為ηs、ηg，計算灌區內實際需水量NSX為：

NSX=αSNS/ηS+αgNS/ηg

(4)

2)灌溉需水。本灌區規劃水平年總灌溉面積9 073 hm2，均為提水灌溉，群英灌區水源來自于松花江提水，經灌溉制度設計計算得知灌區規劃的凈灌溉定額d=6 090 m3/hm2，規劃灌溉面積為F，根據凈灌溉水量計算公式求出凈灌溉水量JG=dF，則需水量(毛灌溉水量)GSX為：

GSX=αSJG/ηS+αgJG/ηg

(5)

綜上所述，灌區內總需水量ZX為上述兩項需水量之和，即：

ZX=NSX+GSX

(6)

上述文章中兩項的需水可由地表水(松花江提水)和地下井水兩個水源供給，而總需水量ZX具體包括地表水(提松花江)的需水量ZXB和地下水的需水量ZXX兩項。以上四個指標關系密切，錯綜復雜，地表水與地下水的需水量兩個指標又與兩個水源供給的指標密切相關的，4個指標的關鍵點是地下水的可供水量(可開采量)應根據地表水的可供水量(提松花江水量)確定。因此，在灌區內有多種水源供給的情況下，通過水資源供需平衡模型的分析與計算來確定灌區的供水量與需水量是最佳最有效的方法之一。

1.3群英灌區水資源平衡分析與計算

計算本灌區從松花江引水水量，可根據水資源平衡分析模型，使可供水總量滿足灌區內的需水總量，從而達到高效節水，合理利用水資源的目的。隨著提松花江水量增大、地下水的補給量也相應增大，水量平衡分析結果為水量富余；提松花江水量減小時，地下水補給量也相應減少，水量平衡分析結果為水量不足。根據以上分析可以得出一個結論，提松花江水量的多少，存在著一個最佳平衡量，本灌區的可供水量與需水量均與松花江引水水量相關，經具體數據的模擬分析與計算，本文繪出可供水量、需水量與提松花江水量的關系，如圖2。

圖2　可供水量、需水量與提松花江水量關系圖

根據以上理論及具體計算分析可以看出，群英灌區提松花江水量為8321萬m3是較為合理可行的，該灌區水資源平衡后詳細結果見表1。

表1　群英灌區規劃水平年(2020)水資源平衡分析結果表

2　水資源平衡分析結果與結論

1)以上方法與模型的應用，對群英灌區水資源的平衡進行了具體分析與計算，灌區水量分析與確定將對灌區的續建配套與節水改造的實施有重要的指導意義，群英灌區的水資源配置與利用率將趨于合理化，并將大大提高灌區的節水用水效率。

2)該篇文章針對群英灌區具體特點，把握國家對灌區節水改造的大方向，采用水資源平衡模型分析本地區供水量與需水量之間的關系，從中找到水資源平衡的最佳點，確定水資源的合理供水量，從而真正的使灌區能達到節水節能的長遠目標。本灌區處于我國干旱半干旱地區，在達到水資源供需平衡的同時，對灌區進行耗水平衡分析將是下一個具體目標，它的研究與應用對于灌區現代化管理提出了新的要求，這也是有待我們今后不斷研究與實現的新任務。

[1]佳木斯市水利勘測設計研究院.佳木斯市郊區群英灌區續建配套與節水改造工程可行性研究報告[R].佳木斯：佳木斯市水利勘測設計研究院，2014.

1007-7596(2016)05-0129-03

2016-04-10

黃寧新(1971-)，男，黑龍江佳木斯人，高級工程師。

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