某灌區供需水平衡分析

林明月

（海南省水利灌區管理局松濤灌區管理分局黃竹管理區,海南 澄邁 719000）

1 引言

水資源供需水平衡分析可為區域節水工程建設以及區域規劃建設提供參考［1-3］。灌區農業用水量大,對灌區水資源總量是一個極大的考驗。以駟馬山灌區為例,對灌區供需水平衡進行研究。

某灌區設計灌溉面積365.4 萬畝,其中上游灌區面191.7萬畝,中下游灌區面積173.7 萬畝。

2 設計灌溉制度及農業用水總量控制

2.1 設計灌溉制度

1）灌區等級

灌區設計灌溉面積365.4萬畝,大于300萬畝,屬大（1）型灌區。

2）設計保證率

灌區灌溉設計保證率采用90%。

3）基本資料

采用1954年11月至2010年10月共57年系列的分月分旬雨量及水面蒸發量的統計資料。其中,中下游灌區雨量采用古河、全椒、汊河集三站的算術平均值,上游灌區雨量采用定遠、石角橋、八斗嶺三站的算術平均值。水面蒸發量資料采用明光站。

灌區現狀農作物組成由各縣農業統計資料分析,2020年的農作物組成參照各縣農業發展規劃確定,總的趨勢是水稻種植比例有小幅度下降。中下游灌區和上游灌區各水平年的農作物組成見表1。

表1 灌區作物組成表

4）作物需水量

作物需水量主要根據試驗數據確定,其中秧苗期用水量一般為240 mm~310 mm,大田每畝用水量一般為20 mm,泡田期用水量采用140 mm。大田期用水量采用 值法計算,取值見表2。

表2 水稻分旬 值及適宜水深表

5）灌溉定額

干渠及以上采用續灌,支渠及以下采用輪灌的方式。此種灌溉制度,既能節約灌溉用水,又能使水稻增產,在海南省各地已逐步開展示范。續建上游灌區范圍內的定遠縣,當地農民迫于缺水的現狀,曾進行了水稻旱育、地膜旱栽的節水灌溉試驗。但此項技術尚未通過正式鑒定。故水稻采用“淺、曬、深、濕”節水灌溉方式。

圖1 旱作物生育期各月需水量

如雨量不能滿足旱作物需水量,且差值大于20 mm時,進行灌溉,一次灌溉水量在30 mm~60 mm。

根據灌區系列年的降雨、蒸發資料、作物組成及灌溉制度計算灌區的單項作物灌溉定額,然后按其作物組成加權計算綜合灌溉定額,計算成果見圖2、圖3。

圖2 上游灌區歷年水稻、旱作及綜合灌溉定額

圖3 中下游灌區歷年水稻、旱作及綜合灌溉定額

現狀上游、中下游灌區多年平均綜合灌溉定額分別為202 m3/畝和211 m3/畝；90%保證率年份,上游、中下游灌區綜合灌溉定額分別為330 m3/畝和330 m3/畝。2020 水平年多年平均綜合灌溉定額分別為193 m3/畝和201 m3/畝；90%保證率年份,上游、中下游灌區綜合灌溉定額分別為311 m3/畝和316 m3/畝。

6）塘壩調節計算

塘壩調節是通過系列年的塘壩來水、用水進行水量平衡后計算當地徑流的利用量及塘壩缺水量。塘壩缺水量即為要求外水的灌溉補給定額和灌溉模數。旱荒地徑流采用豐樂河上桃溪站的次降雨徑流關系由雨量間接計算,水稻田排水是在稻田水量平衡中計算,塘面徑流為塘面降雨量扣除塘面蒸發量和滲漏量。計算中,中下游灌區采用塘面率5%,有效塘容5萬m3/km2；上游灌區采用塘面率6%,有效塘容6萬m3/km2。旱荒地徑流及稻田排水的有效利用系數分別采用0.8及0.7。塘壩用水即為農作物綜合灌溉用水定額,考慮塘壩級渠系水利用系數為0.95。

塘壩調節計算的運用方式采用自然調節。灌區塘壩調節后的逐年缺水量見圖4、圖5。

圖4 駟馬山上游灌區塘壩調節缺水量情況

圖5 駟馬山中下游灌區塘壩調節缺水量情況

2.2 農業用水總量控制

塘壩調節后的缺水量即為需外水進行補給的水量。用連續兩旬平均最大的灌水模數,進行經驗頻率計算,并繪制經驗頻率曲線。由繪制的經驗頻率曲線求得,90%保證率時,上、中下游灌區凈灌水模數分別為0.53 m3/（s·萬畝）和0.65 m3/（s·萬畝）,按渠系水利用系數0.75 計,則渠首設計抽水模數為0.71 m3/（s·萬畝）和0.87 m3/（s·萬畝）。

考慮本灌區內有一部分中小水庫,可供給部分水量,且續建配套節水改造完成后,用水量有逐年減少的趨勢,渠首設計抽水模數控制采用0.7 m3/（s·萬畝）。

3 供需平衡分析

3.1 農田灌溉用水

依據各水平年的灌溉面積和灌溉定額,計算農田灌溉需水量。經1954 年11 月~2010 年10 月共57 年水利年系列計算,2010 年水平年,灌區多年平均灌溉水量3.85 億m3；2020 年水平年,灌區多年平均灌溉水量為3.50 億m3。

3.2 城市用水

城鎮用水包括工業用水與居民生活及公共事業用水量。用水分別按工業產值或人口數和其相應的用水定額進行計算。各縣城現有工業產值及人口數參照統計部門資料。根據灌區各地、市國民經濟發展規劃,預測本灌區城鎮人口和工業產值的發展,推算不同水平年城鎮的工業和生活用水量。各縣城用水來源主要為利用地表水的各縣城自來水廠,只有少數廠礦自備水源,抽取地下水。在地表水量平衡中,按用水量的80%參與平衡計算。則各水平年參與灌區平衡計算的城鎮生活、工業用水量分別為：2010 年1.91 億m3,2020 年為2.43 億m3。

3.3 農村人畜用水

據統計2010 年,灌區有鄉村人口197 萬人,大牲畜79 萬頭。2020 年預測人口達215 萬人,大牲畜91 萬頭。經計算農村人畜用水量2010 年、2020 年分別為0.56 億m3和0.87億m3。在需水量中,考慮使用地表水、地下水量各占50%,取一半的需水量參與地表水量平衡計算。則各水平年參與灌區平衡計算的農村人畜用水量分別為：2010 年0.28 億m3,2020 年為0.44 億m3。

3.4 灌區地表水量供需平衡計算

灌區需水量計算如前所述。灌區可供水量分塘壩供水量、水庫供水量、泵站抽水量三個部分。其中塘壩供水量為塘壩調節計算成果,2010水平年,塘壩多年平均可供水量1.51 億m3,50%、75%、90%頻率年供水量分別為1.61 億m3、1.37 億m3和0.50 億m3。泵站抽水量按開機時數進行計算。灌區地表水量平衡計算結果見表3。

表3 駟馬山灌區地表水供需平衡表

續表3

4 結語

根據灌區實際運行情況,灌區輸水主干渠目前只到黃疃分水閘,滁河四級站即將建成,為了滿足滁河四級站的用水需求,需對三級干渠剩余段和四級站出水段進行建設。水資源是工程建設發展所必須的資源,除了工程建設提高水資源利用效率外,需制定相關的政策,提高居民節水意識,從而保護水資源。