基于灌溉損失量分析的遼渾太河農灌期水平衡測試研究

李帥瑩

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110000)

遼寧省人均占有量占全國人均占有量的比例為30%，屬于北方地區水資源嚴重缺水的省份之一[1]。全省城市人口和工礦企業比重大，使得缺水問題十分嚴重。遼寧省據史料記載從1101—2017年出現大范圍旱災的次數多達122次之多[2]。遼寧省在1999—2017年連續4年出現較為嚴重的干旱情況，2000年和2001年分別出現全省建國以來較為嚴重的干旱受災損失。合理利用有限水資源需要進行水平衡測試，建立節水型社會和全面實行節約用水的重要工作基礎，也是社會經濟可持續發展和水科學重要的研究課題[3]。通過水平衡測試分析可以對供需水現狀進行分析，對節水潛力進行深度挖掘和用水水平進行正確有效的評價。確定節水、用水的規劃方向，并未制定節水規劃和節水技術措施提供重要的參考。水平衡測試可以為年度用水審驗和用水許可制度的實時提供重要的保障[4- 14]。因此對農灌期水量進行平衡測試分析時在河流、排水渠、引水渠水量分析的基礎上，對用水、來水以及水量的損失進行分析，為水量分配和調度過程提供科學有效的基礎數據[15]。

1 遼渾太供水、灌區工程概況

遼河上共有清河水庫、柴河水庫兩座省管大型水庫作為本次水平衡測試遼河水源水庫，總控制流域面積為3731 km2，占遼河干流總面積40944 km2的9.1%，通過配合區間來水，進行聯合補充調節水量，基本實現了水資源控制運用和優化配置?，F有清河灌區、楊木灌區、城郊灌區、開西灌區、柴河灌區、石佛寺灌區、毓寶臺灌區、祝家灌區的有8處引水工程。

渾河上有省管大型水庫大伙房水庫作為本次水平衡測試渾河水源水庫，流域總的集水面積為占渾河總面積的47.4%，為5437 km2，通過配合區間來水，進行聯合補充調節水量，基本實現了水資源控制運用和優化配置。渾河流域在各支流還建有中小水庫28座，庫容合計為1.38億m3，其中6座中型水庫的庫容合計為1.69億m3，流域控制面積占渾河流域面積的比例達到5.3%，為610 km2。現有沈撫灌區、渾北灌區、渾南灌區、渾蒲灌區、八一灌區、渾沙灌區的6處主要引水工程。

太子河上共有觀音閣水庫、葠窩水庫、湯河水庫三座省管大型水庫作為本次水平衡測試太子河水源水庫，總控制面積為7403 km2，占太子河流域總面積13883 km2的53.3%，形成本流域水庫梯級開發的模式，通過配合區間來水，進行聯合補充調節水量，基本實現了水資源控制運用和優化配置。太子河4座中型水庫的庫容合計總量為1.62億m3，流域控制面積占太子河流域總面積的2.6%，為362 km2。現有燈塔灌區、遼陽灌區、紅光灌區的3處引水工程。

大遼河現有灌區主要引水工程主要有5處，分別為大石橋市灌區、新生農場灌區、花英臺灌區、大洼灌區、盤山灌區。

2 農灌水量損失分析方法

2.1 蒸發損失計算

壩、閘蓄水面積較大，蒸發量較大時應計算蒸發增損量ΔW蒸損(m3)：

ΔW蒸損=1000E水F

(1)

式中，E水—水面蒸發，E水=η·E皿，當為蒸發采用E601觀測時，η可取1，當為φ20時，根據當地η取用數值(參照遼寧省水資源評價水量調查技術規定)；F—某時段平均水面面積，如壩、閘已有水位—面積關系線，可查得，否則可按標準形狀河段求得(如矩形等)，蒸發值利用附近的蒸發站實際觀測值進行計算。

2.2 滲漏損失計算方法

壩、閘面積較大時，應計算滲漏損失量。

方法一：實測法。當計算時段內沒有降水，用壩、閘進出水量平衡估算。

W滲損=WI-WO±ΔW-WE

(2)

式中，W滲損—計算時段滲漏量，WI、WO—計算時段入、出水量；ΔW—計算時段蓄變量；WE—計算時段內水體蒸發。

方法二：ΔW滲損=K*F

(3)

式中，ΔW滲損—滲漏損失量；F—時段平均水面面積；K—滲透系數(可找資料查，如橡膠壩設計部門或管理部門，一般為(1～10)×10-3～-4，堤防基礎好時為-4次冪)。

方法三：滲漏損失按蓄水容積的一定百分數來近似估算(水庫標準)。

(1)河床地下水面與蓄水面接近為基本不透水層，這類型地質為水文地質條件優良，取(0～1)%/月。

(2)透水性條件中等，取(1～1.5)%/月。

(3)水文地質條件較差，取(1.5～3)%/月。

2.3 河道蒸發、滲漏損失計算

(1)河道水面蒸發損失。對于蒸發損失中水面面積的選取可在兩個控制站間按近似的標準的矩形處理，蒸發量可參照閘(壩)對蒸發方法進行計算。

(2)滲漏損失。在河道巖性調查和分類的基礎上，根據各河段水位與地下水位及河底高程的相互關系，把地下水位低于河底高程的屬自由滲漏型；把河水位高于地下水位時，河水補給地下水稱外側滲；地下水位高于河水位時，地下水補給河道稱內側滲。

自由滲漏型河道滲漏損失計算，可分析單位河長輸水損失量，可考慮以河道水面面積比法進行近似計算。

側滲型河道滲漏損失計算，一般用達西公式計算。可參考閘(壩)站滲漏計算方法。

一般公式：

ΔW滲損=ΔW下-ΔW上±ΔW區間-ΔWE

(4)

式中，ΔW滲損—滲漏損失量，m3；ΔW下、ΔW上—河道上下斷面水量，m3；ΔW區間—河段間入流、出流水量，m3；ΔWE—河段水體蒸發，m3。

3 遼渾太農灌水量損失分析成果

3.1 農灌總水量損失分析

結合灌溉水量損失分析方法對遼渾太河水庫放水后河道蒸發、滲漏損失水量進行分析計算，各河段農灌期水量分析結果見表1。

表1 遼渾太河農灌期河段水量統計表 單位：108m3

從分析結果可看出，遼渾太河2016年蒸滲損失量為2.460億m3，2017年蒸滲損失量為3.841億m3，2016年蒸發損失量為2.313億m3，2017年蒸發損失量為2.251億m3，年平均總損失量為2.717億m3，通過對比分析，遼渾太三河及大遼河農灌期灌溉總損失占比分別為18%、29%、19%、34%，大遼河受到下游潮水影響，農灌期當水體鹽度低于5‰時才可以引水，使得其農灌期農業灌溉損失率最高為34%，其次為渾河，其灌溉損失率為29%，渾河農業灌溉損失主要消耗于蒸發和河段滲漏損失，沿程河段地下水位較低，使得河流補給地下水的損失量較大。遼河和太子河水量損失較為接近，主要消耗于蒸發損失。

3.2 農灌河段水量損失分析

在農灌期總水量損失分析的基礎上，對遼渾太河劃分為12個典型河段，對農灌期各典型河段水量損失分析，結果見表2。

表2 2016年遼渾太河農灌期河段水量統計表 單位：108m3

2016年灌溉調水期遼河鐵嶺站至六間房站、渾河大伙房水庫至河口、太子河葠窩水庫至河口，總流入水量為13.17億m3，支流等匯入水量為3.051億m3，總用水量為11.67億m3，損失水量為2.313億m3(由于受河流橡膠攔河閘壩和測驗誤差影響，損失量計算有一定誤差)，總流出量為1.682億m3。2017年灌溉調水期遼河鐵嶺站至六間房站、渾河大伙房水庫至河口、太子河葠窩水庫至河口，總流入水量為11.75億m3，支流等匯入水量為2.908億m3，總用水量為11.78億m3，損失水量為2.251億m3(由于受河流橡膠攔河閘壩和測驗誤差影響，損失量計算有一定誤差)，總流出量為0.2339億m3。通過對比分析，各河段灌溉損失占比分別為15.6%、16.0%、18.5%、50.0%。

表3 2017年遼渾太河農灌期河段水量統計表 單位：108m3

3.3 農灌用水量分析

對遼渾太河2016年和2017年農灌期引水量和用水量進行統計分析，分析結果見表4—5。

表4 遼渾太河農灌期主要灌區引水量統計表

從表4可看出，遼渾太河農灌期2016年遼河引用水量為3.3533億m3，渾河引用水量為2.798億m3(其中包括工業用水0.004億m3)，太子河引用水量為1.538億m3，大遼河引用水量為3.99億m3，總引用水量為11.67億m3；2017年遼河引用水量為2.831億m3，渾河引用水量為2.609億m3，太子河引用水量為1.526億m3，大遼河引用水量為4.81億m3，總引用水量為11.78億m3億m3。從表5遼渾太河較大型灌區用水量分析結果可看出，對于農灌期遼渾太河18處較大型灌區而言，各灌區總灌溉面積為2033hm2，2016年引用水量為8.750億m3；2017年引用水量為9.316億m3。

年平均引用水量為8.212億m3。

4 分析結論

(1)遼渾太河大型水庫農灌期用水保證率可達到 85%左右，通過節水措施增加的灌溉面積和灌溉水量分別為 3.4 萬 hm2以及2.9 億m3，如每hm2產量增加9 000 kg，依據2.0 元/kg進行測算，每年可以增加的經濟效益為6.12億元。

(2)農灌期引、排水量一般在逐日間比較穩定，其計算方法按水平衡實測數據計算；若無實際監測數據只要有調查數據，可采用水量調查計算方法。計算要素為引水量、排水量、耗水量。

(3)水質尤其是水田灌溉，對于灌溉水體鹽度要求較高，在進行水平衡測試分析時，本文未考慮水質對水量損失的影響，以后還需結合水質數據進行綜合水平衡測試分析。