三義寨引黃灌區水資源供需平衡分析

徐紅利

【摘要】根據三義寨引黃灌區現狀，對灌區水資源供需水量平衡進行了分析，論證了灌區續建配套與節水改造工程建設的可行性，意在為后續的灌區續建配套與節水改造提供參考。

【關鍵詞】引黃灌區；水資源；供需平衡分析

三義寨引黃灌區位于黃河南岸豫東平原，在東經114°1049”～116°746”、北緯34°3 36”～34°58 17”之間、背靠黃河，總土地面積3260km2，西北高、東南低，高程約為72.0m ～51.0m，平均地面坡降1/4000～1/7000左右。范圍涉及開封市的蘭考縣、開封縣、杞縣3個縣和商丘市的民權縣、寧陵縣、梁園區、睢陽區、睢縣、虞城等6個縣（區），引黃供水對象為市區、縣城的工業生活用水和各縣（區）農業用水，是河南省大型灌區之一，是重要的糧食生產基地。

1、灌區水資源狀況

灌區內可利用的水資源主要有地表水、地下水和引黃水。地表水主要由徑流組成，地表徑流主要集中于汛期。地下水資源方面，根據水均衡原理計算，即總補給量等于總排泄量。通過計算，灌區現狀地下水水資源量為54670萬m3，經綜合分析，保證率為50%時，2013年地下水資源可利用量為29603萬m3，2020年為30495 m3。引黃河水方面，灌區依傍黃河，從三義寨閘引黃河水是灌區的唯一客水水源，每年可以引取大量黃河水用以供農田灌溉和其他用水。

2、灌區可用水量分析

2.1 地表水資源

灌區屬淮河流域，黃淮沖積平原，地勢平坦，但由于歷史上黃河多次決口南泛，各地段受河流的切割影響，微地形起伏較大，具有明顯的崗、坡、平、洼地貌。灌區屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，春、夏、秋、冬四季分明，夏季炎熱多雨，冬季寒冷少雨，春季干燥，秋季晴朗涼爽。灌區總土地面積3260km2，地表水資源主要來源于降水，但降水年內分布極不平衡，根據灌區內雨量站資料統計，多年平均降雨量為639.2mm，由于受大陸性季風氣候影響，降雨量年內分配不均，其中70%的降雨量集中在6～9月份，且常以暴雨形式出現，而冬季12月至次年2月雨量較小，僅占全年降雨量的5.8%左右。形成了冬春易旱、夏秋易澇的特點。灌區徑流集中于汛期，絕大部分難以利用，出于防洪要求，河道節制閘在汛期不得關閘蓄水，汛后徑流很少，攔蓄量非常有限。

灌區地表水根據河南省水利勘測設計院編制的《河南省水中長期供求報告》中的成果，利用面積比擬法計算，保證率為50%時地表水資源量為27867萬m3，可利用量為8360.1萬m3。

2.2 地下水資源

灌區屬黃河沖積平原，地層主要由新第三系和第四系松散物沉積而成，一般厚600～1000m，蘊藏著較為豐富的地下水。在400m深度范圍內依含水層埋藏深度不同分為淺層水（埋深60m以內），中層水（埋深60～170m之間），深層水（埋深170～400m之間）三種類型。

淺層水地層為第四系全新統河湖相沉積，黃河沖積而成，一般厚度20～40m，沉積物顆粒上細下粗，呈水平與交錯層理。上部以淺黃、灰黃、灰色亞砂土為主，下部顆粒較粗，一般為粉細、中細砂，呈透鏡體狀，含水層厚度5～20m，頂板埋深10～20m，底板埋深20～40m，地下水流向為西北～東南向，水力坡度為1/4000～1/6000。淺層地下水是農業用水開采利用的主要水源。

中、深層地下水主要蘊藏在第四系中、下更新統與第三系沙泥系砂礫石含水層中，含水層厚度分別為5～15m，10～40m，巖性為細砂、中細砂，單位出水量3～8t/h·m。中深層地下水礦化度大都小于2g/L，屬重碳酸型淡水，適于灌溉，但開采補給困難。

通過計算，灌區現狀地下水水資源量為54670萬m3，同時根據地下水埋深、單井出水量、工程措施及實際開采水平等綜合分析計算，保證率為50%時，2013年地下水資源可利用量為29603萬m3，2020年為30495 m3。

2.3 引黃流量分析

三義寨引黃灌區渠首設有引黃閘（涵洞式），2015年建成，共7孔，每孔凈寬4.2m，閘底板高程67.56m，設計引水水位69.96m，最高、最低引水水位分別為75.09m、69.56m，引水規模為141m3/s。根據流域規劃，灌區總干渠設計輸水能力107m3/s，通過水力計算，得出引黃閘全開時，閘前引水水位為71.18m，渠道過流曲線見圖1。

三義寨引黃渠首工程為無壩引水，根據1990年以來夾河灘水文站水位流量關系分析，考慮小浪底建成并發揮控淤作用，推求三義寨閘前黃河水位流量關系，并據此計算引黃閘可引流量：當黃河來水流量500m3/s時，引黃閘可引流量為150m3/s；黃河來水流量390m3/s時，引黃閘可引流量為107m3/s；其黃河來水流量可以滿足要求。此外，根據黃河水利委員會編制的《黃河水資源開發利用預測》中的成果，考慮小浪底至三義寨閘之間的工農業及生活用水，經調節計算，保證率50%時，黃河來水量281.2億m3，引用黃河水也是有保證的。2013年采用省分配該灌區年引水量指標5億m3，年實際凈引水量4.2億m3。2020年，按1999年省批準的《河南省三義寨引黃灌區續建配套與節水改造規劃報告》，三義寨灌區引黃河水達69306萬m3，年實際凈引水量63490萬m3。

2.4 灌區可供水量

2013年灌區可利用水資源總量為79956萬m3。2020年灌區可利用水資源總量為102346萬m3。

3、灌區需水量分析

3.1 農業用水量分析

根據灌區的實際情況，將灌區分為充分灌溉灌區和非充分灌溉灌區。本灌區中的充分灌溉灌區是指能夠自流灌溉或引水條件較好，以引黃河水為主，自流或引水到農溝提灌的地區；非充分灌溉灌區是指以井灌為主的地區，主要是防止地下水超采，引以黃河水進行補給，并通過地面水、地下水的聯合運用，提高灌溉水的重復利用率。

根據不同的灌水技術，結合灌溉制度的分析，計算出全灌區綜合灌溉定額：充分灌溉綜合定額為237.5m3/畝，非充分灌溉綜合定額100.75m3/畝。依據土地資源的平衡分析成果，得出2013年灌區渠系水利用系數為0.47，計算的全灌區2013年毛用水量：保證率50%時為42656萬m3。2020年灌區渠系水利用系數為0.55，計算的全灌區2020年毛用水量：保證率50%時為51070萬m3。

3.2 城鎮工業生活用水

該灌區城鎮工業生活用水包括商丘市區、蘭考縣城和民權縣城，工業用水采用萬元產值用水量計算，城市人民生活用水采用每人每天用水定額計算。2013年工業總產值為239.83億元，用水定額為130m3/萬元，則2013年工業用水量為32915萬m3。到2020年年遞增率采用7%，工業總產值為385.1億元，用水定額為105m3/萬元，則2020年工業用水量為46000萬m3。

2013年市區、縣城人口為68萬人，用水定額70L/d.p，則用水量為 1737萬m3。到2020年縣市人口年遞增率按9%，2020年縣市人口為152.4萬人，用水定額100L/d.p，則用水量為5563萬m3。

2013年城鎮工業及生活用水量為34215萬m3；2020年城鎮工業及生活用水量為45006萬m3。

3.3 農村人畜用水

灌區內2013年農業人口232萬人萬人，80%已實施農村飲水安全工程，飲用深層承壓水，本次只計算20%的農村人口用水，用水定額為50L/d.p，用水量為847萬m3。2013年大牲畜數量為58.1萬頭，小牲畜數量為211.1萬頭，大牲畜用水定額為50L/d.p，小牲畜用水定額為20L/d.p，則2013年大小牲畜用水量分別為1060萬m3和 1541 萬m3。2013年農村人畜用水量合計為 3448萬m3。

到2016年，農村全部實施安全飲水工程，人畜用水均為深層地下水，故到2020年不計算人畜用水。

3.4 灌區總需水量

全灌區總用水量：2013年，灌溉保證率為50%時為79019萬m3。2020年為102346萬m3。

4、水資源供需平衡分析

由灌區水資源分析可知，平水年（P=50%）時地表水資源可利用量為4668萬m3，淺層地下水可供水量2013年為33641億m3、2020年為24892萬m3。2013年引黃水量為5億m3（灌區分配引黃水量為4.2億m3）；2020年引黃水量為6.93億m3（灌區分配引黃水量為6.93億m3）。

經水量平衡分析，按平水年（P=50%）進行計算，現狀年總供水量79956萬m3，總需水量79019萬m3，滿足用水需求；到2020年總供水量102346萬m3，總需水量97070萬m3，滿足用水需求。因此，灌區水資源是有保證的。

5、結語

三義寨引黃灌區經過半個世紀的開發建設，整個灌區工程在抗旱灌溉中已發揮了重要作用，但遠遠沒有達到設計灌溉標準，目前灌區現狀灌水利用系數只有0.47左右，推廣節水灌溉技術，采取工程措施，改變傳統的大水漫灌方式，利用先進的灌溉技術與方式，統一規劃，優化配置，引黃水、地下水、地表水三水聯合調度運用，合理利用水資源，提高灌水利用系數有巨大的潛力。到2020年，通過灌區續建配套與節水改造工程建設，灌區可恢復有效灌溉面積140.17萬畝，灌溉定額降到237.5m3/畝，灌水率可節水到0.427m3/s/萬畝，渠系水利用系數可節水到0.55，將有效實現工程區水資源的可持續利用和社會經濟的可持續發展。