黃洞河灌區水資源供需平衡分析

王曉蕾, 歐正蜂, 孫春敏, 黃永奇

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510635；2.廣東省水動力學應用研究重點實驗室，廣東 廣州 510635；3.廣東省水利廳，廣東 廣州 510635)

灌區水資源供需平衡分析是灌區規劃設計和改造的決定性指標之一，由于一些地區水文站、降雨量測站分布不足、降雨徑流等數據序列記錄不全等問題，經常無法獲取滿足可靠性、一致性和代表性要求的徑流和降雨資料[1]，怎樣計算灌區的可供水水量成為灌區水資源量供需平衡分析的關鍵之一。根據相關研究可利用廣東省水文圖集等資料來推算當地的徑流[1-3]。下文以黃洞河灌區[4]為例采用該方法進行水資源量供需平衡分析。

1 灌區概況

黃洞河灌區位于清遠市英德市西北部石牯塘鎮境內，距英德市市區42 km(見圖1)，是石牯塘鎮灌溉的骨干工程，設計灌溉面積0.077萬hm2，屬一般中型灌區。灌區境內屬丘陵地帶，地勢北高南低。

圖1 黃洞河灌區地理位置示意

灌區灌溉水主要引自黃洞河，灌區渠道分布在黃洞河下游的堯西河、長江河和長江叉河兩岸，通過在河流上建立陂頭進行進行引水灌溉。黃洞河為連江一級支流，發源于乳源縣大布三磨良；集雨面積為394 km2，市境內為244.6 km2，干流河床長為50 km，市境內流程為39 km；境內河床平均比降為4.77‰，天然落差為252 m，可利用落差85 m，流經英德市的浛洸鎮永安街流入連江。黃洞河上、中游河陡、灘急、跌水多，其中有比較著名的大峽谷地貌，干流蜿蜒奔流于崇山峻嶺之間，在石牯塘鎮錦潭村附近一分為二，穿越于山間丘陵盆地中，在含光大曾屋附近合二為一，匯入連江，整個地勢由北向南呈臺階狀下跌，地形復雜，地貌多樣(工程區域水系示意見圖2)。黃洞河水資源豐富，電站裝機容量為2.7萬kW的錦潭一級電站就位于黃洞河，是北江、翁江、連江三大江一級支流中電站裝機容量最大的電站，錦潭梯級(含東西坑梯級)裝機總容量達6萬kW以上。

圖2 工程區域水系示意

灌區內匯入黃洞河的主要支流為坑尾水，坑尾水發源于石牯塘鎮坑背村，于183 m高程匯入黃洞河干流，河口控制集雨面積為22.5 km2，河流全長為12.6 km，平均坡降為55.4‰。

2 灌溉制度

黃洞河灌區地處南方濕潤地區，具有豐富的水資源，黃洞河灌區主要種植水稻和蔬菜等經濟作物，一年三熟，根據《灌溉與排水設計規范》(GB 50288—2018)，灌溉設計保證率取90%。

2.1 灌溉制度

黃洞河灌區的灌溉制度參考《廣東省一年三熟灌溉定額》[5](后文簡稱“《灌溉定額》”)。黃洞河灌區以種植水稻為主兼種經濟作物。水稻采用“淺曬濕”型的節水灌溉制度，即是把淺水、曬田、濕潤灌溉三者結合起來的灌水方式[6-8]。

2.2 灌水率設計

按照《灌溉定額》，黃洞河灌區屬第2農業區，以清遠市為代表點。灌區內土壤主要為壤土，查《灌溉定額》中表5-1，當地壤土的一年三熟灌溉定額(P=90%)為685 m3/畝。

考慮到灌區以種植水稻為主，灌溉制度與水管理以水稻來進行設計。根據灌溉水量的年內分配情況和當地的灌溉制度，計算灌水率；在計算結果的基礎上優化灌水率設計。灌水率優化的要求是使其比較均勻，且短期的峰值不大于設計灌水率的120%，最小灌水率不小于設計灌水率的40%，設計灌水率q設=0.8 m3/(s·萬畝)，最小灌水率為0.63 m3/(s·萬畝)。

查《灌溉定額》表5-4各站設計灌溉定額典型年表，清遠站的枯水典型年為1980年4月至1981年3月。枯水年(P=90%)典型年灌溉時段和降雨分配參考《廣東省一年三熟灌溉定額》附表11-(2)清遠站，詳細數據見表1；枯水年(P=90%)綜合灌水率(優化后)計算成果見表2和圖3。

表1 枯水年(P=90%)典型年灌溉灌水量時段分配和降雨分配 %

表2 枯水年(P=90%)綜合灌水率(優化后)計算成果

圖3 優化后枯水年(P=90%)的綜合灌水率示意

3 灌區供需水量平衡分析

3.1 灌區可利用水量

黃洞河灌區主要水源為黃洞河下游的堯西河、長江河、長江叉河以及部分區間集水，灌區通過在河流上建立若干引水陂頭來引水。黃洞河流域內無實測徑流資料，設計年徑流采用多年平均徑流深等值線圖法，根據1991年省水文總站編制的《廣東省水文圖集》查表得：多年平均降雨量為1 982 mm，相應變差系數Cv=0.25；多年平均徑流深為1 230 mm，相應變差系數Cv=0.35。黃洞河各頻率徑流情況見表3。

表3 各頻率下黃洞河徑流量

本次工程徑流分配采用枯水年(P=90%)典型年降雨進行分配(見表4)。根據《灌溉與排水工程設計規范》(GB 50288—99)，本灌區處于水資源豐富地區，設計灌溉保證率為90%。黃洞河在(P=90%)的枯水年徑總量為28 399萬m3。

表4 工程徑流分配 %；萬m3

3.2 灌區需水預測

本灌區作物需水量按照設計灌溉面積計算。依據《灌溉與排水設計規范》(GB 50288—99)，干渠渠道水利用系數取0.85，支渠以下固定渠道渠系水利用系數取0.8，則灌區渠系水水利用系數取0.68，田間水利用系數為0.95，則灌溉水利用系數為0.65。

據統計，灌區內為一年三熟作物以水稻為主，兼種其它經濟作物。依據《灌溉定額》，英德市屬于西江丘陵山地農業區，查《灌溉定額》附圖和皮爾遜Ⅲ型曲線，計算出作物一年三熟各頻率下的灌溉凈定額，在此基礎上，利用灌溉水利用系數計算出灌溉毛定額，進而計算相應頻率下的灌溉用水量，計算結果見表5～6。

表5 黃洞河灌區灌溉用水量計算成果

表6 黃洞河灌區灌溉用水量計算成果

3.3 水資源量供需平衡分析

根據灌區可利用水量和預測需水量對黃洞河進行水資源量供需平衡分析，采用枯水(P=90%)典型年的年徑流過程，按月調節方式進行分析。考慮到黃洞河流域植被茂盛，水土保持條件較好，另外河道的生態用水量按照來水量的10%計算(計算成果見表7)。

表7 黃洞河P=90%枯水年水量平衡計算成果 萬m3

經分析，黃洞河枯水年(P=90%)年來水量為28 399萬m3，年灌溉需水量為1 222.46萬m3，扣除蒸發量及河道生態流量后，黃洞河灌溉水量充足，滿足灌溉要求；按月分配水量在11月和12月不足，但可以通過水利工程的調蓄作用，滿足灌溉需求。

綜上所述，黃洞河灌區不存在資源性缺水，目前缺水主要為工程性缺水，通過實施節水改造工程可以解決黃洞河灌區的灌溉用水問題。這與徐小飛等[9]的研究結論：廣東省灌區普遍不存在資源性缺水，主要是工程性缺水的觀點是一致的。

4 結語

灌區規劃設計和改造的根本性指標之一是灌區水資源是否充足，但由于省內水文站、降雨量測站分布不足或者數據序列記錄不全等各種問題，不能獲取數據或者獲取的數據不能滿足可靠性、一致性和代表性要求時，通過查詢廣東省水文圖集的方法推算當地的可供水量；根據當地的灌溉制度和降雨情況確定各月灌溉需水量，進而分析灌區的水資源是否滿足灌溉要求。