江西馬跡嶺灌區節水配套改造工程供需水平衡分析

陳洪斌

（湖口縣水利技術指導站，江西 湖口 332500）

1 引言

灌區工程建設可以改善灌溉水資源短缺、時空分布不均等問題，具有促進當地經濟發展、維護社會穩定等重要意義[1～3]。在長期使用過程中，各項水利建筑難以避免老化、破損等情況，這會對灌區作用的發揮產生不利影響，造成水資源利用效率降低，導致作物灌溉率難以保證[4～6]。因此，準確分析灌區內水資源供需關系是十分必要的[7～10]。

2 工程概況

馬跡嶺灌區范圍內總耕地面積6.05 萬畝（其中水田2.87 萬畝，旱地3.18 萬畝），設計灌溉面積5.28 萬畝，現狀灌溉面積2.27 萬畝。灌區于上個世紀70 年代初建設形成，現有總干1 條，支渠7 條，斗渠36 條，現狀渠系完好率21%，渠系建筑物完好率33%，渠系水利用系數0.32。工程設計標準低、質量差、運行多年、工程老化，失修矛盾突出，導致蓄、提水能力差。

3 灌區水資源分析

馬跡嶺灌區現有中型水庫1 座、小（1）水庫3 座、小（2）型水庫9 座。泵站工程6 座、目前總裝機容量310 kW，塘堰37 座。灌區灌溉供水以馬跡嶺水庫為主，其它小型水庫為輔，兼有塘壩及提水灌溉工程。

3.1 地表水資源量

馬跡嶺灌區灌區土地面積66.1 km2，加上馬跡嶺等水庫集雨面積40.94 km2計算水資源量土地面積107.04 km2，南北港過境水面積100 km2。經分析，灌區多年平均地表水資源量（不含過境水）7557×104m3，多年平均地表水資源量（含過境水）15791×104m3，灌區流域面積地表水資源量見表1。

表1 灌區地表水資源量成果表

3.2 現狀水資源利用及水資源工程

灌區用水基本上為農田灌溉用水量，灌區設計灌溉面積為5.28 萬畝，其中采用本地水源的蓄水工程設計灌溉面積為4.90 萬畝，多年平均地表水資源量5373×104m3，蓄水工程設計灌溉面積多年平均占有水量為1542 m3/畝，大于用水總需量，其余0.38 萬畝田采用南北港提水工程解決。本區域的天然產水量能滿足區域內農業灌溉及居民生活的用水總需求。由于區域內天然來水在年際、年內的分配極不均勻，現狀缺水狀況主要屬工程性缺水，同時，現狀條件下的管理水平低下造成水資源浪費嚴重，也是造成水源緊張的又一重要原因。

3.3 水文資料及測站情況

工程鄰近的水文站為鋪頭水文站（集雨面積185 km2）和梓坊水文站（集雨面積626 km2）等。考慮到鋪頭水文站流域氣候、植被及其下墊面等情況與本工程相近，且根據兩水文站的集雨面積，鋪頭站集雨面積與工程區集雨面積相差小，故本設計采用鋪頭水文站作為設計依據站。

鋪頭站位于瑞昌市高豐鎮，烏石河中游。該站目前有1980年～2012 年33 年的水位、流量資料。斷面水位流量關系基本穩定。鋪頭水文站年月徑流成果見圖1。

圖1 鋪頭站實測年月徑流成果

圖2 多年年平均流量圖

（1）徑流系列特性

從圖1 徑流系列中可看出，徑流年際內變化大。從圖2 可知，最大年平均流量為8.7 m3/s（1998 年），最小年平均流量為2.096 m3/s（2000 年），最大年平均流量是最小年平均流量的4.1 倍。徑流年內分配也不均勻，汛期連續5 個月（3 月～7月）徑流量占全年徑流量的比重達66.27%，其中6 月份最大，占全年徑流量的16.27%，10 月至翌年2 月為枯水期，其連續5個月徑流量僅占年徑流量的19.46%，其中12 月份徑流量最小，占全年徑流量的2.34%，最大月平均流量29.23 m3/s（2004 年6 月），是最小月平均流量0.27 m3/s（1988 年1 月和12 月）的108 倍。

（2）徑流系列的合理性和代表性

鋪頭水文站的33 年的水位、流量、降水量等水文資料均按照有關的規程、規范的要求進行觀測和整編，資料質量可靠。

該系列分別有豐、平、枯水年組，說明鋪頭站徑流系列具有一定的代表性。

對鋪頭站33 年年平均徑流系列進行統計及頻率分析計算，求得壩址多年平均流量為4.92 m3/s，CV=0.33，CS/CV=2.5，多年平均徑流量為15515.7×104m3。各頻率年徑流設計成果見表2。

表2 鋪頭站年平均流量頻率分析計算成果表

本灌區以種植水稻為主，因此設計灌溉保證率取85%。

3.4 可供水分析

馬跡嶺灌區有四個灌片，各灌片水源相互獨立，本次設計分灌片介紹各灌片供水水源情況。總干馬跡嶺水源地灌片、總干其他水源地片區、亭子澗和泉水壟水源地片區、蓮花水源地片區。

年平均可供水量有以下兩種計算方法:

式中：W 為年平均可供水量；Q 為平均徑流流量；T 為時間；N為復蓄指數，取1.2；V 為有效庫容。

表3 各片區可供水量分析

4 灌區水量供需分析

4.1 現狀水量供需分析

灌區設計灌溉面積5.28 萬畝，現有效灌溉面積2.27 萬畝。灌區工程節水配套改造后，近期可恢復設計灌溉面積2.98 萬畝，遠期可恢復設計灌溉面積3.78 萬畝。現狀作物種植面積見表4。

表4 作物種植面積

根據作物種植面積獲取灌溉需水量，各片區供水平衡分析結果見圖3。

圖3 四個片區現狀供需水分析

通過對馬跡嶺灌區（分區）供需水量計算，在現狀水平年，85%保證率條件下，馬跡嶺灌區可用徑流水量及興利庫容可滿足本片區有效灌溉面積2.27 萬畝需水要求。通過水量調配達到灌區水量供需平衡，經過調配后灌區各片區尚有余水。說明通過水量調配，灌區能滿足現狀2.27 萬畝灌溉面積需水要求。由于灌區目前工程年久失修，渠道淤積斷面減小，渠底水量滲漏嚴重，渠系建筑物不全以及老化，灌溉水利用系數偏低，管理制度不健全，致使灌溉效益遠遠沒有達到原設計要求5.28 萬畝。灌區內尚有3.01 萬畝農田在枯水年無水或只有少量水進行灌溉。

4.2 節水改造后供需分析

4.2.1 節水改造工程建設內容

根據工程布置和現狀實際情況，本次實施低壓管道輸水灌溉總長度為15.460 km，清淤總長度4.406 km；新建和改造總干渠渠系建筑物4 處，其中新建節(控)制閘2 座，新建斜拉閘1 座，維修改造節制閘1 座（更換閘門設施）；設水表量測設備52 處，流量計量測設備26 處。

4.2.2 改造后供需分析

根據農業“三優一高”的發展要求和湖口縣農田灌溉工程規劃，灌區經作物種植結構調整后，及本次節水配套改造項目設計方案，對骨干渠道清淤、護砌，因此項目實施完成后灌區灌溉面積可恢復至設計灌溉面積5.28 萬畝，遠期目標可達到5.55 萬畝。主要農作物是水稻、棉花、油菜、蔬菜等。設計水平年種植作物組成見表5。

表5 馬跡嶺灌區各片區設計水平年種植作物組成表（遠期）

根據前面供水和需水計算可知，總干馬跡嶺水源地片可用徑流水量374 萬m3及興利庫容775 萬m3（馬跡嶺水庫和移山水庫興利庫容總和），需水量967 萬m3，供水大于需水，可滿足灌溉面積1.98 萬畝需水要求。供、需水量平衡見圖4。

圖4 總干馬跡嶺水源地改造后供需水分析

經過對灌區節水改造，設計水平年馬跡嶺灌區（遠期）水量能滿足區內3.78 萬畝農田灌溉用水量（總干馬跡嶺水源地片控制灌溉面積1.98 萬畝、總干其他水源地片控制灌溉面積0.99 萬畝、亭子澗和泉水壟水源地片控制灌溉面積0.48 萬畝、蓮花水源地片控制灌溉面積0.33 萬畝），改善灌溉面積1.51 萬畝。

5 結論

馬跡嶺灌區在長期使用過程中，渠系建筑物老化、破損、淤積現象較為嚴重，大大降低了灌區內農田的灌溉保證率，通過分析，現狀水資源僅能滿足2.27 萬畝農田用水需求，節水改造工程建設后，大大提高了水資源利用效率，可在遠期實現灌溉5.55 萬畝的目標。