土地整治中水資源分析

魏君平

(陜西省土地工程建設集團, 陜西西安 710075)

土地整治系指對低效利用、不合理利用、未利用以及生產建設活動和自然災害損毀的土地進行整治，提高土地利用效率的活動[1]。在我國，將土地整治與農村發展，特別是與新農村建設相結合，是保障發展，保護耕地、統籌城鄉土地配置的重大戰略[2]。而水文水資源分析作為土地資源整治工作的前提和基礎，是農田水利工程的重要保障，直接關系到土地整治的成敗[3]。即在實施土地整治項目首先要考慮的是水資源的供需問題，水資源是決定土地開發整治面積大小的主要因素[4]。水資源供需平衡分析是糧食生產的支撐，是工程建設的重要環節和技術保障。水資源供需平衡分析是灌區灌溉規模論證的主要依據[5]，在土地整治項目的可行性研究階段需要進行水資源供需平衡分析[6]。只有摸清土地整治項目區的水資源狀況，才能因地制宜地對項目區進行科學的規劃，全面提高土地利用效率，確保經濟效益、社會效益和生態效益達到合理的協調統一和效益的最大化[7-10]。

筆者結合陜北長城沿線風沙區特殊的地域特點，以神木縣錦界鎮公草灣林場土地整治項目為例，對水資源供需平衡進行了計算，分析了該項目中水資源供需平衡情況，以期為今后周邊地區實施土地整治項目的水資源供需平衡提供有效的指導。

1 研究區概況

公草灣林場土地整治項目區位于神木縣錦界鎮西北部29.5 km處的溝掌村，距離縣城80.0 km，處于毛烏素沙地與黃土丘陵區過渡地帶，隸屬于神木縣公草灣林場。總建設規模為821.222 hm2，新增耕地為791.04 hm2，土地類型包括其他草地、天然牧草地以及灌木林地。項目區屬于陜北風沙灘區，地表覆蓋主要為風沙土，地形開闊，地勢自西南向東北微傾，坡度3%左右。區內多年平均氣溫8.5 ℃，極端最高氣溫38.9 ℃，極端最低氣溫-29 ℃。多年平均降水量365.1 mm，降雨呈明顯的不均勻性。

神木縣境內的主要河流有黃河、窟野河、禿尾河以及紅堿淖閉流區數條小河流。黃河干流徑流量年際變化大，年內分配不均，從黃河干流取水很不經濟，黃河水資源利用程度較小；窟野河雖徑流量大，但年內分配不均，多年平均含沙量高達184.0 kg/m3，對地表水資源的開發利用造成一定難度；禿尾河流域徑流主要由降雨形成，地區徑流分布不均勻，年際變化不大，年內分配較均勻，上游含沙量小。干流設有高家堡和高家川水文站，高家川站多年平均徑流量3.68億m3，該站控制面積占禿尾河流域面積的96%，可以代表禿尾河的徑流情況。近年來，紅堿淖湖面呈逐年萎縮趨勢，目前水域面積僅剩44.67 km2，水質不斷惡化，pH由7.40～7.80上升到9.00～9.42。

項目區位于禿尾河上游圪丑溝頂部，紅堿淖的南部，距紅堿淖約20.0 km。紅堿淖區域地下水流系統的平面分布范圍約150.0 km2，底部以白圣系砂泥巖為隔水底板，地下水的最大循環深度約80.0 km，紅堿淖湖面是下水的最低排泄區，屬一閉流地下水域。大氣降水的滲入是地下水系統的主要輸入，地下水接收補給后，由四周向中心匯集，在徑流途中除以蒸發的形式垂直排泄外大部分經過不同深度的循環最終排入紅堿淖湖內。

2 項目區水資源現狀

2.1大氣降水項目區位于禿尾河上游圪丑溝頂部，屬于禿尾河流域。禿尾河上游建有高家堡水文站，該研究收集高家堡站1953—2010年共58年的逐日降水量資料。根據高家堡站58年降水資料，進行頻率分析，統計參數采用矩法初步計算，再用適線法調整，線型采用P-Ⅲ型曲線，經分析計算，多年平均降水量為411.38 mm，Cv=0.32，Cs/Cv=2.43，其中最大為769.70 mm,最小為110.70 mm，說明項目區降水的年內變化較大，年內變化大主要表現為冬季干旱少雨，夏季濕潤多雨。不同頻率降水量如下：25%，489.26 mm; 50%, 394.05 mm; 75%, 314.73 mm; 90%, 255.78 mm; 95%, 225.82 mm; 97%, 208.41 mm。

2.2徑流禿尾河是黃河中游的一條重要支流。在禿尾河建立的高家堡和高家川2個水文站長期收集禿尾河上中游的水文資料，此次收集高家堡水文站1966—2010年長系列徑流資料，高家川水文站1956—2005年長系列徑流資料。

根據高家堡水文站45年年徑流系列進行頻率分析，統計參數采用矩法初步計算，再用適線法調整，線型采用P-Ⅲ型曲線，經分析計算，多年平均徑流量為2.60億m3，Cv=0.34，Cs/Cv=2.11，不同頻率徑流量見表1。

根據高家川水文站50年年徑流系列進行頻率分析，統計參數采用矩法初步計算，再用適線法調整，線型采用P-III型曲線，經分析計算，多年平均徑流量為3.86億m3，Cv=0.31，Cs/Cv=2.0，不同頻率徑流量見表1。

表1 禿尾河流域水文站不同頻率徑流量

2.3地表水資源量及可利用量項目區地表水資源面積為19.94 km2。此次地表水水資源范圍確定為禿尾河流域，以禿尾河流域高家堡水文站作為參證站，控制流域面積2 095.00 km2。根據高家堡站1967～2010年45年徑流系列進行分析，高家堡站多年平均徑流量為2.60億m3，采用面積比擬，并參考徑流深進行修正，修正系數為1.026，項目區地表水資源量為253.93萬m3，不同頻率徑流量計算成果如下：1%，503.1萬m3；2%，467.0萬m3；5%，400.5萬m3；10%，376.1萬m3；25%，303.8萬m3; 50%，243.2萬m3；75%，191.5萬m3；90%，152.4萬m3；95%，131.9萬m3；97%，119.2萬m3。

結合項目區分析地表水資源可利用量，由于當地降雨量較少，蒸發量大，地表并無較大的河流湖泊，地表水基本無法采用。因此，不考慮地表水源作為項目區灌溉的取水水源。

2.4地下水資源量及可利用量此次地下水水資源依據禿尾河、榆溪河兩大流域邊界，確定項目區周邊的邊界條件，再進行地下水資源量的分析。項目區主要依靠第四系松散層潛水來滿足灌溉需要，因此只對第四系松散層潛水進行計算。采用數值分析法，年降雨量取365.1 mm，入滲系數取0.36，蒸發深度取1.13 m, 潛水蒸發系數取0.08。根據計算分析可知：邊界補給量為629.448萬m3，降雨等補給量為77.815萬m3，地下水儲量為707.263萬m3。

采用可開采系數法確定允許開采量，按公式計算：

Q可=ρ·Wa

(1)

式(1)中，Q可為可開采量(m3/a)；ρ為可開采系數，參考榆林市相關文件取0.423；Wa為地下水儲量(m3/a)。

經計算可得，項目區潛水層多年平均可開采量為299.17萬m3/a。根據項目設計，為了保證項目區內農作物的正常灌溉用水，項目區總需水量為165.33萬m3/a，因此能夠滿足項目區灌溉需水要求。

3 水資源供需平衡分析

項目區灌溉水源為開采地下水，可供水量為地下水可開采量，地下水可開采量為299.17萬m3。考慮井灌回歸補給可開采量后可供水量還可再大一些。

井灌回歸補給可開采量依下式計算：

Q井=β·Q灌·ρ

(2)

式(2)中，β為井灌回歸系數，取0.25；Q灌為灌溉用水量；ρ為可開采系數。

針對作物灌溉水量，可計算得到作物井灌回歸補給可開采量。項目區水量供需平衡分析如下：

△Q=Q可-Q需+Q井

(3)

式(3)中，△Q為供需平衡差(萬m3/a)；Q可為可開采量(萬m3/a)；Q需為總需水量(萬m3/a)；Q井為井灌回歸補給可開采量(萬m3/a)。

通過項目區供需水量平衡計算，75%保證率項目區地下水可利用量(確保生態用水)完全滿足灌溉用水量。同時，項目實施后灌溉可產生農田灌溉回滲補給量，按灌溉回補系數0.25考慮，灌溉回補水量為41.33萬m3。即項目區仍剩余可開采地下水資源為175.17萬m3，占地下水可開采量的55.26%，完全滿足區域生態環境需水量要求，表明現狀地下水可開采量足以支撐區域的可持續發展，不會對該地區水量平衡產生明顯影響。

4 結論

由此可見，項目在水資源供需達到了有效平衡，可滿足農業灌溉需求量。實施土地開發中采用節水灌溉措施，使當地灌溉水利用系數得到提高，同時提高了項目區水土蓄養水平。建議在農業種植中，調整項目區種植結構，進一步發展需水量少，經濟價值高的作物，推廣節水灌溉制度，逐步形成良性的農業節水發展機制。

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