紅旗農(nóng)場水資源供需平衡分析

熱西提?米吉提

（新疆阿克蘇水文勘測局,新疆 阿克蘇 843000）

兵團《第三師圖木舒克市用水總量控制實施方案》規(guī)定,2021年紅旗農(nóng)場用水總量控制指標為2057.58 萬m3、2025年為1999.92 萬m3、2030年為1927.58 萬m3,為了嚴格水資源管理,需對紅旗農(nóng)場灌溉需水情況進行分析。

1 概況

地處新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州的紅旗農(nóng)場,歸新疆生產(chǎn)建設兵團第三師管轄,全場戶籍人口1123 戶4464 人。現(xiàn)有土地2.36 萬畝,灌溉水源主要來源于托克拉水庫。托克拉水庫始建于1958年,庫容0.35 億m3,是一座以灌溉為主兼有防洪的注入式平原水庫,水源為布谷孜河。

2 紅旗農(nóng)場需水量分析

2.1 需水過程分析

紅旗農(nóng)場主要作物為棉花、小麥、玉米、林地、苜蓿。棉花作物需水量從苗期、蕾期、開花期、吐絮期依次增大,由5 mm/d 增長至100 mm/d。小麥作物需水從苗期、分葉期、拔孕期、孕穗期、灌漿期、黃熟期依次增大,由5 mm/d 增長至50 mm/d。紅旗農(nóng)場現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)用水采用地表水、地下水相結(jié)合的方式,以地表水供水為主,缺口水量需采用農(nóng)灌機井開采的地下水進行補充。棉花灌溉方式為微灌（滴灌）,林地、苜蓿,小麥、玉米、灌溉方式為常規(guī)灌溉,年灌溉天數(shù)81 d。

2.2 灌溉水利用系數(shù)確定

2021年紅旗農(nóng)場實際用水量為2076.29 萬m3,其中地表水1925.3 萬m3,地下水151 萬m3。地面灌溉水有效利用系數(shù)為0.54,其中,渠系水有效利用系數(shù)0.63（干支渠系0.83、斗渠系0.85、農(nóng)渠0.9）,田間水有效利用系數(shù)0.85；節(jié)水灌溉水有效利用系數(shù)為0.72,其中,干支渠系水有效利用系數(shù)0.8,田間水有效利用系數(shù)0.9。

2.3 需水量計算

由于紅旗農(nóng)場現(xiàn)狀無作物需水量及需水過程的監(jiān)測數(shù)據(jù),現(xiàn)根據(jù)《新疆維吾爾族自治區(qū)地方標準農(nóng)業(yè)灌溉用水定額》（DB65/T 3611-2014）,結(jié)合現(xiàn)狀灌溉方式確定灌域主要種植作物需水量及需水過程[1],在75%的保證率情況下,棉花的灌溉用水定額為305 m3/畝（微灌）、棉花冬灌及播前灌用水定額為110 m3/畝（常規(guī)灌溉）、小麥的灌溉用水定額為375 m3/畝（微灌）、小麥冬灌及播前灌用水定額為110 m3/畝（常規(guī)灌溉）、玉米的灌溉用水定額為350 m3/畝（微灌）、苜蓿的灌溉用水定額為340 m3/畝（微灌）、林地的灌溉用水定額為375 m3/畝（微灌）。

據(jù)此計算,紅旗農(nóng)場農(nóng)業(yè)灌溉凈取用水量為1309.29 萬m3。根據(jù)現(xiàn)有成果資料,地面灌溉水有效利用系數(shù)為0.54,節(jié)水灌溉水有效利用系數(shù)為0.72,按照紅旗農(nóng)場灌溉制度及種植結(jié)構,結(jié)合灌溉水有效利用系數(shù),計算出紅旗農(nóng)場毛灌溉需水量為2445.21 萬m3。具體見表1。

2.4 供水工程水量損失分析

紅旗農(nóng)場現(xiàn)有干、支渠總長度84.042 km,防滲長度54.922 km,防滲率65%,設計流量1 m3/s~3 m3/s。紅旗農(nóng)場現(xiàn)有灌溉包含常規(guī)地面灌溉及渠道、滴灌等。玉米（小麥復播套種）為常規(guī)灌溉,種植面積占比33%,節(jié)水灌溉技術主要運用于棉花、林地及苜蓿種植,種植面積占比67%。根據(jù)《紅旗農(nóng)場灌溉水有效利用測算成果》：地面灌溉渠系水有效利用系數(shù)為0.63,田間水有效利用系數(shù)為0.85,地面灌溉水有效利用系數(shù)為0.54；節(jié)水灌溉渠系水有效利用系數(shù)為0.8,田間水有效利用系數(shù)為0.9,節(jié)水灌溉水有效利用系數(shù)為0.72。按照紅旗農(nóng)場灌溉制度及種植結(jié)構,結(jié)合渠系水有效利用系數(shù),經(jīng)計算,本工程維持現(xiàn)狀灌溉面積23600 畝農(nóng)作物生長,渠系供水損失量為625.13 萬m3。

2.5 水庫水量損失分析

紅旗農(nóng)場灌溉用水除計算農(nóng)作物需水量、輸配水損失外,還需考慮水庫的蒸發(fā)及漏損量,以此分析核定工程用水量。水庫的水量損失包括水庫庫面蒸發(fā)與水庫漏損損失,本次水庫水量損失采用初設批復的成果。

（1）蒸發(fā)量。根據(jù)托克拉克水庫初設報告成果,水庫蒸發(fā)量由Φ20 蒸發(fā)皿觀測值進行實測,再經(jīng)E601、大水體蒸發(fā)進行折算[2],得出托克拉克水庫水面年蒸發(fā)量為1530.8 mm。蒸發(fā)損失量等于蒸發(fā)損失深度乘以水面面積進行計算[3],根據(jù)《托克拉克水庫工程調(diào)度規(guī)劃報告》及水庫水位、面積、庫容關系監(jiān)測成果,托克拉克水庫11 月至次年3 月為冰期,不考慮蒸發(fā)損失；蓄水月份主要集中于4 月~10 月。采用2005年~2020年共16年的長系列徑流資料,進行長系列興利調(diào)節(jié)計算,模擬水庫的運行過程,得到的水庫的興利調(diào)節(jié)成果。其中,年內(nèi)農(nóng)業(yè)限制水位線最高為2 月（1400.61 m）,最低為9 月（1398.75 m）。對照水庫水位、面積、庫容關系,確定每月的水庫平均水面面積,按月（4 月~10 月）計算水庫蒸發(fā)量,見表2。

表2 托克拉克水庫各月蒸發(fā)損失量計算表

根據(jù)計算結(jié)果,托克拉克年蒸發(fā)損失量為301.10 萬m3。

（2）滲漏損失量

根據(jù)托克拉克水庫初設報告成果,托克拉克水庫滲漏損失量按正常蓄水量的1%進行計算。水庫正常蓄水位為1402.3 m,相應庫容為2121 萬m3,則年最大滲漏損失量為21.21 萬m3。

綜上,托克拉克水庫年損失水量為322.31 萬m3。

2.6 總用水量

綜上所述,紅旗農(nóng)場現(xiàn)狀灌溉面積23600 畝,總用水量為2445.21 萬m3,其中,凈需水量為1309.29 萬m3,考慮田間損失量188.48 萬m3,渠系供水損失量625.13 萬m3,水庫損失水量322.31 萬m3。

3 可供水量分析

托克拉克水庫來源于布谷孜河。發(fā)源于天山山脈西段南坡的布谷孜河,地處海拔4000 m~4500 m 的高山狹谷之中,河谷自河源起由北向南流經(jīng)82 km 山地經(jīng)阿湖水庫,向下游托克拉克水庫、托卡衣水庫及西克爾水庫引水。該河水源主要依靠泉水補給,融雪極少,每年5 月~8 月有降雨洪水徑流補給,集水面積2112 km2,河水流量較穩(wěn)定,開發(fā)利用程度大于30%。托克拉克水庫作為紅旗農(nóng)場地表水唯一供水水源,其放水涵洞（渠道）設計流量為2 m3/s。

4 水資源供需平衡分析

根據(jù)水量平衡計算原則,以引水渠渠首引水閘為計算節(jié)點,將項目區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)用水作為用水對象,以地表水作為供水水源,進行水資源配置及水平衡計算。

4.1 用水量核定

紅旗農(nóng)場現(xiàn)狀作物生長凈需水量為1309.29 萬m3,總需水量（毛灌溉水量）為2445.21 萬m3,地面灌溉渠系水有效利用系數(shù)為0.63,田間水有效系數(shù)為0.85,本次論證充分考慮與相關技術標準的相符性,將地面灌溉渠系水有效利用系數(shù)調(diào)整為0.65,田間水有效系數(shù)為0.9,則地面灌溉水利用系數(shù)由現(xiàn)狀的0.54 核定為0.59。節(jié)水灌溉現(xiàn)狀渠系水利用系數(shù)0.8,田間水利用系數(shù)0.9,節(jié)水灌溉水利用系數(shù)0.72,符合《節(jié)水灌溉工程技術標準》（GB/T 50363-2018）。

紅旗農(nóng)場灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉凈需水量仍為1309.29 萬m3,考慮渠系及田間供水損失后毛灌溉需水量核減為2019.82 萬m3,水庫蒸發(fā)漏損仍為322.31 萬m3,則紅旗農(nóng)場總用水量為2342.14 萬m3,減少了103.08 萬m3,核減前后水量變化情況見表3、表4。

表3 灌溉需水量計算表

表4 工程核減前后水量對比表 單位：萬m3

4.2 合理的灌溉用水量

根據(jù)兵團《第三師圖木舒克市用水總量控制實施方案》的通知,2021年紅旗農(nóng)場用水總量控制指標為2057.58 萬m3、2025年 為1999.92 萬m3、2030年 為1927.58 萬m3，用 水 總量控制指標呈逐年減少趨勢。由此可見,紅旗農(nóng)場核減后的2019.82 萬m3用水量雖滿足現(xiàn)狀年用水總量控制指標,但超出了規(guī)劃年用水總量控制指標。因此,需補充規(guī)劃年取水量。

根據(jù)兵團《第三師圖木舒克市用水總量控制實施方案》的通知,規(guī)劃年紅旗農(nóng)場灌溉面積和種植結(jié)構均不變,因此,需從用水效率層面進一步核定紅旗農(nóng)場用水量。根據(jù)《節(jié)水灌溉工程技術標準》（GB/T 50363-2018）,渠道防滲輸水灌溉工程,中型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)不應低于0.6,而目前紅旗農(nóng)場地面灌溉采用的干渠防滲率為65%,農(nóng)渠防滲率僅為16%,若通過提高渠道防滲率,將紅旗農(nóng)場灌溉水利用系數(shù)提高到0.65,以此計算,紅旗農(nóng)場用水量核定為1916.87 萬m3,如此,即可滿足規(guī)劃年2025年1999.92 萬m3、2030年1927.58 萬m3用水總量控制指標要求。

綜上所述,紅旗農(nóng)場現(xiàn)狀年（2021年）核定取水量為2019.82 萬m3,規(guī)劃年（2030年）核定用水量為1916.87 萬m3。取水水源方面,紅旗農(nóng)場目前采用地表水+地下水綜合灌溉方式,根據(jù)兵團《第三師圖木舒克市用水總量控制實施方案》的通知,在核定紅旗農(nóng)場用水量的基礎上扣除紅旗農(nóng)場地下水用水總量控制指標為155 萬m3,增加托克拉克水庫自身損失水量322.31 萬m3。

因此,最終核定：紅旗農(nóng)場現(xiàn)狀年（2021年）地表水源（托克拉克水庫）取水量為2187.14 萬m3；規(guī)劃年（2030年）地表水源（托克拉克水庫）取水量為2084.19 萬m3。根據(jù)本工程灌溉制度,于每年3 月下旬~8 月下旬進行灌溉,年灌溉天數(shù)81 d,本工程用水量年內(nèi)分配情況見表5。

表5 紅旗農(nóng)場灌溉（托克拉克水庫）取水量年內(nèi)分配核定表

5 結(jié)語

紅旗農(nóng)場灌溉用水主要來源于布谷孜河匯入的托克拉克水庫,根據(jù)《第三師圖木舒克市用水總量控制實施方案》,通過分析計算,紅旗農(nóng)場2021年取水量為2187.14 萬m3,2030年取水量為2084.19 萬m3。農(nóng)場在現(xiàn)有灌溉模式下,需加強田間節(jié)水措施,提高田間灌溉水利用系數(shù),方能達到水資源供需平衡,為農(nóng)場節(jié)約用水加強灌溉管理提供了技術依據(jù)。