大型灌區續建配套與現代化改造項目供需水量平衡分析研究

寇思飛，周哲睿，翁茂峰，袁 超，董航凱

（1.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,陜西 西安 710065；2.陜西省水利發展調查與引漢濟渭工程協調中心,陜西 西安 710004；3.陜西省引漢濟渭工程建設有限公司,陜西 西安 710024）

1 灌區簡介

某大型灌區位于豫西丘陵區,東起弘農澗河川區,西至十二里河,南接小秦嶺,北臨黃河,東西長45 km,南北寬6 km～15 km,涉及8 個鄉鎮206 個行政村,是某市的主要糧食、水果產區。

灌區所在地氣候屬暖溫帶大陸性半濕潤季風氣候,光熱資源充足,但干旱缺水,農業生產水平不高,以種植小麥、玉米、蘋果、葡萄為主。灌區始建于二十世紀五十年代,以某大型水庫為主要水源,經多階段的建設,目前有總干渠1 條,干渠4 條,支渠29 條,灌溉面積35.5 萬畝。灌區已運行多年,渠道襯砌老化破損,防滲能力大為降低,沿線渠系建筑物長期帶病運行,制約著灌區農業產業化的發展。

2 灌區供需水概述

灌區供水水源主要有常規水源和非常規水源兩種類型,常規水源主要有地表水和地下水,其中地表水包括引用某大型水庫和灌區范圍內若干小型水庫的蓄水,地下水采用部分機井抽水；非常規水源主要為城鎮生活污水回用。灌區的水資源主要用于農業灌溉,兼顧生活、工業生產和其他用水,用水水量和時段復雜多變,空間分布不均,科學合理配置區域內有限的水資源,對農業產業發展和保障糧食安全具有非常重要的意義。

3 灌溉標準

3.1 設計水平年

根據灌區所在流域、區域社會經濟發展以及前期工作開展情況,結合水文條件分析和資料的實際情況,確定現狀水平年采用2018年,規劃水平年采用2025年。

3.2 灌溉設計保證率

灌溉設計保證率依據水文氣象、水土資源、作物組成、灌水方法等因素綜合確定。灌區位于某市小秦嶺北側塬區和某河兩側川區,屬于我國半濕潤、半干旱大陸性季風氣候地區,以種植旱作物為主。根據《灌溉與排水工程設計標準》（GB 50288-2018）中規定,本項目灌溉設計保證率可取70%～80%,隨著灌區種植結構的不斷調整,果蔬等高附加值作物種植比例的提高,結合現代化灌區建設要求,需要提高灌區灌溉保證率。依據灌區規模和作物經濟效益綜合分析,采用規范區間的中間值,灌溉設計保證率為75%。

4 灌區供水量分析

4.1 某大型水庫可供水量

（1）來水量計算

根據某大型水庫1958年～2019年入庫流量系列,以水文年（6月～次年5月）統計年入庫徑流量,采用P-III 型頻率曲線進行適線,求得不同頻率入庫徑流量,計算結果見表1,根據水文計算結果,保證率為75%時,某大型水庫年來水量為9260 萬m3。

表1 某大型水庫年入庫徑流量設計成果表

（2）下游河道生態用水量

根據《河湖生態環境需水計算規范》（SL/Z 712-2021）,北方內陸中小河流生態用水最小不少于徑流量的10%,根據弘農澗河流域生態狀況,生態用水按照10%計算,得出下游河道生態需水量為1430 萬m3。

（3）蒸發滲漏損失量

根據氣象資料,多年平均水面蒸發量（E601）為870.1 mm,多年平均面雨量為657.2 mm,多年平均徑流深為166.8 mm,多年平均陸面蒸發量為490.4 mm,蒸發皿年折算系數采用0.93,水庫年蒸發損失量為318.8 mm,按平均水面面積為3.72 km2折算水量為118.6 萬m3。

水庫蓄水以來,水庫的水通過壩身、壩基、壩端、庫底和庫岸向下游和四周滲漏。滲漏量的大小與庫區和壩址的水文地質條件以及壩體施工質量有關。根據已有相關監測數據分析,某大型水庫年滲漏量為276.1 萬m3。

（4）可供水量

經計算,保證率為75% 時,某大型水庫來水量為9260 萬m3,下游河道生態需水量為1430 萬m3,蒸發滲漏損失水量為394.7 萬m3,可供水量為7435.3 萬m3。

4.2 小型水庫可供水量

灌區范圍內小型水庫有8 座,75%保證率下可供水量為877.4 萬m3。

4.3 地下水可供水量

現狀水平年灌區有機井986 座,供水量為4410.0 萬m3。規劃水平年一方面考慮到為了保護地下水、涵養地下水源,對灌區范圍內一些不合規的自備井進行關停；另一方面考慮某市地下水資源政策的引導,將逐步減少地下水供水量。據此,預測規劃水平年地下可供水量為3528.3 萬m3。

4.4 非常規水可利用量

灌區的非常規水源主要為城鎮生活污水回用,目前在6個鄉鎮分別建有污水處理廠,污水處理能力分別為：150 m3/d,3000 m3/d,100 m3/d,350 m3/d,200 m3/d,200 m3/d。現狀水平年產生的污水都是直排,不能回收利用,在未來回用潛力巨大,是今后解決部分工業用水和生態用水的重要途徑。考慮到未來環保及水生態文明要求,勢必要投入污水回用設施。按照現狀水平年工業用水排放量,結合相鄰市縣污水回收利用情況,預測灌區規劃水平年回收利用量為1337.5 萬m3。

5 灌區需水量分析

5.1 農業需水量分析

5.1.1 灌區發展指標預測

（1）作物組成

灌區設計灌溉面積35.5 萬畝,通過對灌區現狀進行調查,灌區主要種植小麥、玉米、果樹、蔬菜等作物,糧食復種指數1.15,作物種植情況見表2。

表2 灌區作物種植情況統計表

（2）輪作制度

根據《灌溉與排水工程設計標準》（GB 50288-2018）,萬畝以上的灌區干渠、支渠按續灌方式設計,斗渠以下按輪灌方式設計。

5.1.2 灌溉制度分析

（1）灌溉方式

灌區現狀采用地表水和地下水結合進行灌溉,地表水灌溉采用渠灌,地下水多采用管灌,規劃實施后,灌區計劃對糧食作物仍采用常規灌溉方式,對于果樹和蔬菜采用高效節水灌溉方式,主要采用微灌高效灌溉方式。

參考最新某省地方標準《農業用水定額》（DB41/T 958-2020）,不同灌溉方式灌溉定額根據基本用水定額進行修正,修正系數見表3。

比及《李仲文女》和《馮孝將子》，《談生》更是一則美麗的人鬼相戀的愛情故事。無疑，《牡丹亭》第53出《硬拷》中，寫“杜守收拷柳生”——拷打“假充門婿”的“劫墳賊”柳夢梅，乃是受到“漢睢陽王收拷談生”故事的啟發，而《杜麗娘慕色還魂》話本卻無此細節。另外，小說中談生用以宣泄感情，引發睢陽王女情思的，均是《詩經》中的愛情詩篇。聯系到《牡丹亭》中有關杜麗娘讀《詩經》而引動情思的構想，可知魏晉志怪小說不但在總體精神上給《牡丹亭》以影響，而且在具體情節上也給湯顯祖以啟示。

表3 灌溉基本用水定額修正系數

（2）灌溉制度

參考最新某省地方標準《農業用水定額》（DB41/T 958-2020）,灌區位于Ⅱ豫西區,確定不同作物的基本灌溉定額,再根據工程類型、取水方式等對基本定額進行調整,確定的灌溉定額見表4。

表4 灌區不同保證率下作物灌溉定額

通過實地調查,對灌區作物灌溉制度進行設計,采用75%灌溉保證率,小麥每年灌溉4 次,玉米每年灌溉3 次,蘋果每年灌4 次,蔬菜采用高效節水灌溉方式,從每年的5月份開始到10月底,每年灌溉14 次。

5.1.3 灌溉水利用系數

通過對灌區進行復核調查和分析,綜合確定現狀水平年灌溉水利用系數為0.55。

規劃水平年的灌溉水利用系數應按以下公式計算：

考慮總干、干渠、支渠各級渠系水利用系數,計算得到渠系水利用系數為0.90×0.91×0.93×0.94=0.72；根據《灌溉與排水工程設計標準》（GB 50288-2018）田間水利用系數取0.9,綜合得到灌區規劃水平年灌溉水利用系數為0.65。

5.1.4 灌溉需水量

根據灌區農業生產作物種植結構調整情況和作物的設計灌溉定額,毛灌溉需水量通過以下公式計算：

式中：W毛為毛灌溉需水量,m3；W凈為凈灌溉需水量,m3；η為灌溉水利用系數；m 為該作物灌溉水的灌溉定額,m3/畝；A 為該作物的灌溉面積,畝。

經計算,灌區在75%灌溉保證率下,現狀水平年毛用水量為10040.98 萬m3,規劃水平年用水量為6648.16 萬m3,農業需水量計算結果見表5。

表5 灌區各水平年農業需水量計算表

5.2 生活需水量分析

生活需水包括城鎮生活需水、農村生活需水。其中,農村生活需水由農村居民和牲畜需水組成。通過對灌區城鎮人口用水量進行調查,以及對灌區人口與畜牧業發展的預測,計算得到現狀水平年灌區城鎮人口需水量為494.3 萬m3,規劃水平年為577.6 萬m3；現狀水平年灌區農村人口需水量為787.3 萬m3,規劃水平年為807.6 萬m3；現狀水平年灌區牲畜需水量為250.2 萬m3,規劃水平年為262.7 萬m3。

表6 生活需水量分析結果表

5.3 工業需水量分析

結合相關資料分析,灌區現狀萬元工業增加值用水量為27 m3/萬元,工業需水量為4277.18 萬m3。預測規劃水平年萬元工業增加值需水定額17 m3/萬元,工業需水量3661.40 萬m3。

5.4 其它需水量分析

某大型水庫作為灌區的主要水源,同時也擔負著向某電廠供水的任務,近5年某大型水庫平均向電廠供水1675.4 萬m3,隨著電廠利用中水的逐年增加,預計在規劃水平年某大型水庫每年向電廠供水1000 萬m3。

6 供需水量平衡分析

根據供水量計算結果,由于水文計算成果,某大型水庫和小型水庫的供水量規劃水平年與現狀水平年不變；由于水資源政策的變化,控制地下水開采,規劃水平年的地下水可供水量相比現狀水平年減少了20%；根據水生態環境保護的要求,推動非常規水納入水資源統一配置,逐年提高非常規水利用比例,規劃水平年增加非常規水可供水量1337.5 m3。綜合比較分析,規劃水平年可供水量合計為13178.5 m3,相比現狀水平年增加了3.6%。

根據需水量計算結果,通過對灌區人口與畜牧業發展預測,規劃水平年的生活需水量相比現狀水平年增加了7.6%；由于灌區農業生產作物種植結構調整,作物的設計灌溉定額變化,以及通過工程措施對灌區各級主要渠道的改造,規劃水平年的農業需水量相比現狀水平年減少了33.8%,節水效果比較明顯；由于加大了工業節水的改造力度,更新了用水工藝、技術、裝備,規劃水平年的農業需水量相比現狀水平年減少了14.4%,變化明顯；其他的用水量主要由于推進了企業內部用水循環,提高了重復利用率,規劃水平年的其他需水量相比現狀水平年減少了40.3%,變化較大。綜合比較分析,規劃水平年需水量合計為12957.5 m3,相比現狀水平年減少了26.1%。

綜上分析,在灌區灌溉設計保證率為75%時,現狀水平年可供水量小于需水量,缺水量為4802.7 萬m3；規劃水平年主要通過續建配套與現代化改造、深入推進工業節水減排、非常規水源利用等措施,大大減少了灌區整體需水量,供需水量平衡后剩余221.0 萬m3。

表7 灌區供需水量平衡計算結果表

續表7

7 結語

在灌區供需水量平衡的分析研究中,應統籌考慮地表水、地下水、非常規水源的有效利用,使農業、工業、生活用水更加經濟合理。由于灌區農業需水量占總需水量的一半以上,是解決區域水資源供需矛盾的關鍵,因此需要大力推進灌區續建配套與現代化改造,不斷優化灌溉骨干工程,改造維修老舊灌溉設施,提高渠系水利用系數,更新引輸配水工程管理設備,以適應不斷變化的農業生產作物種植結構,促進水資源的高效合理利用。