原州區(qū)高坡片區(qū)水資源平衡分析

楊昱珍

(河南省地質(zhì)局 生態(tài)環(huán)境地質(zhì)服務(wù)中心,鄭州 450000)

1 概 述

水資源是經(jīng)濟(jì)建設(shè)不可缺少的重要資源,為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,提高區(qū)域水資源的利用效率是十分必要的。因此,許多地區(qū)采取灌區(qū)改造、管網(wǎng)改造等高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田改造工程,取得了良好的效益[1-3]。灌區(qū)可供水量對(duì)灌區(qū)規(guī)模以及用水需求規(guī)劃影響極大,因此進(jìn)行供需水平衡分析是非常重要的。

2 水資源概況

2.1 原州區(qū)水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1.1 水資源概況

2.1.1.1 地表水資源

原州區(qū)多年平均降水量472mm,降水總量12.52×108m3,形成地表水資源1.12×108m3。其中,清水河流域0.73×108m3,葫蘆河流域0.17×108m3,茹河流域0.22×108m3,年徑流深41.0mm,年徑流系數(shù)0.09。

原州區(qū)地表水水質(zhì)總體良好,礦化度M<2.0g/L徑流量0.932×108m3,礦化度M在2.0～5.0g/L徑流量0.274×108m3。清水河流域上游地表水水質(zhì)總體上良好,冬至河由于硝口、臭水溝等支溝有臭水泉涌出,造成硫酸鹽、礦化度、氟化物超標(biāo);寺口子水庫(kù)上游也有臭水泉,造成水庫(kù)水質(zhì)超標(biāo);清水河流域礦化度M<2.0g/L徑流0.45×108m3,礦化度M在2.0～5.0g/L徑流量0.28×108m3。葫蘆河、茹河流域地表水水質(zhì)礦化度均小于2.0g/L。原州區(qū)境內(nèi)各河流地表水資源量見表1。

表1 各分區(qū)水資源量成果表

2.1.1.2 地下水資源

原州區(qū)多年平均地下水資源量4 161×104m3。其中,清水河流域2 971×104m3,葫蘆河流域200×104m3,茹河流域990×104m3。

根據(jù)水文地質(zhì)特征、地下水開采條件以及地形地貌,結(jié)合地下水實(shí)際開采情況,確定可開采系數(shù)0.73,估算地下水可開采量3 043×104m3/a。其中,清水河流域2 567m3/a,葫蘆河流域80×104m3/a,茹河流域396×104m3/a。

根據(jù)清水河部分地下水機(jī)井水質(zhì)采樣分析,清水河大部分地下水質(zhì)量尚可,礦化度一般多在420～2 820mg/L。清水河、冬至河上游水質(zhì)良好,向下游逐漸變差,礦化度、硫酸鹽、氟化物超標(biāo),基本上與地表水水質(zhì)變化一致。

2.1.1.3 水資源總量

原州區(qū)水資源總量是指境內(nèi)當(dāng)?shù)亟邓纬傻牡乇砗偷叵庐a(chǎn)水量,即地表徑流量與降水入滲補(bǔ)給量之和。原州區(qū)各流域地下水資源量是河川基流量,也是與地表水資源量之間的重復(fù)計(jì)算量。因此,原州區(qū)水資源總量為1.12×108m3。

2.1.1.4 地表水資源可利用量

地表水資源可利用量是指在可預(yù)見的時(shí)期內(nèi),在統(tǒng)籌考慮河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境和其它用水的基礎(chǔ)上,通過經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的措施,在流域(或水系)地表水資源量中,可供河道外生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水的一次性最大水量。

原州區(qū)地表水水質(zhì)礦化度一般在5g/L以下,部分礦化度較高(大于2g/L)的地表水不宜用于農(nóng)田灌溉,但可以用于工業(yè)(鹽化工等)、水環(huán)境補(bǔ)水等。因此,地表水可利用量主要是扣除無法被利用的水量,主要包括超出現(xiàn)有工程最大調(diào)蓄能力的洪水量、河道內(nèi)最小生態(tài)需水量等。

經(jīng)分析計(jì)算,原州區(qū)當(dāng)?shù)氐乇硭Y源多年可利用量8 068×104m3。其中,清水河流域4 939×104m3,葫蘆河流域1 376×104m3,茹河流域1 753×104m3。

2.1.2 初始水權(quán)及取用水總量控制指標(biāo)

2.1.2.1 初始水權(quán)

根據(jù)自治區(qū)政府下發(fā)的《寧夏黃河水資源縣級(jí)初始水權(quán)分配方案》(寧政辦發(fā)〔2009〕221號(hào)文印發(fā)),在黃河正常來水年份,寧夏全區(qū)可耗黃河地表水資源40×108m3,原州區(qū)分配初始水權(quán)為取水總量1.26×108m3。其中,黃河干流0.48×108m3、支流0.7×1088m3;生活0.04×108m3,工業(yè)0.03×108m3,農(nóng)業(yè)及生態(tài)1.54×108m3。

年度實(shí)際分配的縣級(jí)初始水權(quán)指標(biāo),依據(jù)黃河來水量“豐增枯減”的原則確定;年度引、用水指標(biāo)由自治區(qū)水利廳按照水利部黃委會(huì)分配的年度引、耗黃河水指標(biāo),轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的年度引、用水指標(biāo),編制水量調(diào)度預(yù)案并下達(dá),實(shí)行適時(shí)調(diào)度。初始水權(quán)在地級(jí)市行政區(qū)內(nèi)總量不變,農(nóng)業(yè)用水之間以及農(nóng)業(yè)與生態(tài)用水可以在本區(qū)域內(nèi)相互調(diào)劑;不同行政區(qū)域之間的水量調(diào)整和區(qū)域內(nèi)新增工業(yè)用水,需由水利廳組織通過水權(quán)轉(zhuǎn)換有償使用機(jī)制進(jìn)行調(diào)整。

2.1.2.2 取用水總量控制指標(biāo)

根據(jù)自治區(qū)人民政府《實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度考核辦法》(寧政辦發(fā)〔2013〕61號(hào)印發(fā))和《自治區(qū)人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)“十三五”實(shí)行水資源消耗總量和強(qiáng)度雙控行動(dòng)加快推進(jìn)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)實(shí)施方案的通知》(寧政辦發(fā)〔2017〕47號(hào)),寧夏全區(qū)取水總量控制指標(biāo)為:2015年73.0×108m3,2020年73.27×108m3;原州區(qū)2015、2020年的取水總量均為0.85×108m3。2020年總量指標(biāo)沒有細(xì)分至水源類型和用水戶,在此參考2017年寧夏水資源公報(bào),原州區(qū)采用2015年細(xì)分指標(biāo),取水總量指標(biāo)中,黃河水0.48×108m3;原州區(qū)的用水總量控制指標(biāo)0.78×108m3,其中干渠直開口的黃河水0.41×108m3。

2.1.3 水資源及開發(fā)利用現(xiàn)狀

根據(jù)2013-2017年《寧夏水資源公報(bào)》,統(tǒng)計(jì)分析原州區(qū)近5年各類供水工程取水量、各用水戶用水量和耗水量,見表2。

表2 原州區(qū)近5年的取耗水量統(tǒng)計(jì)表

2.1.3.1 取水量

原州區(qū)近5年平均年取水量0.573×108m3。其中,黃河水0.114×108m3,當(dāng)?shù)氐乇硭?.223×108m3,地下水0.237×108m3。

現(xiàn)狀2017年各類供水工程取水量0.631×108m3。其中,黃河水0.129×108m3,當(dāng)?shù)氐乇硭?.278×108m3,地下水0.224×108m3。

2.1.3.2 用水量

原州區(qū)近5年平均年用水量0.573×108m3。其中,農(nóng)業(yè)及生態(tài)用水量0.427×108m3,占總用水量的74.4%;工業(yè)用水量0.041×108m3,占比7.2%;城鄉(xiāng)生活用水量0.106×108m3,占比18.4%。

現(xiàn)狀2017年用水量0.631×108m3。其中,農(nóng)業(yè)及生態(tài)用水量0.446×108m3,占比70.7%;工業(yè)用水量0.056×108m3,占比8.9%;城鄉(xiāng)生活用水量0.129×108m3,占比20.4%。

2.1.3.3 耗水量

原州區(qū)近5年平均年耗水量0.452×108m3,平均耗水率78.9%。其中,耗用黃河水0.114×108m3,當(dāng)?shù)氐乇硭?.158×108m3,地下水0.181×108m3;農(nóng)業(yè)及生態(tài)耗水量0.364×108m3,平均耗水率85.4%;工業(yè)耗水量0.028×108m3,平均耗水率68.9%;城鄉(xiāng)生活耗水量0.06×108m3,平均耗水率56.6%。

現(xiàn)狀2017年耗水量0.489×108m3,平均耗水率77.5%。其中,耗用黃河水0.129×108m3,當(dāng)?shù)氐乇硭?.209×108m3,地下水0.151×108m3;農(nóng)業(yè)及生態(tài)耗水量0.382×108m3,工業(yè)耗水量0.038×108m3,城鄉(xiāng)生活耗水量0.069×108m3。

2.2 項(xiàng)目區(qū)水源工程概況

工程水源為海子峽水庫(kù)。海子峽水庫(kù)目前作為固原市城市供水備用水源,隨著固海擴(kuò)灌揚(yáng)水更新改造工程的推進(jìn)以及原州區(qū)現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)建設(shè)項(xiàng)目骨干工程的實(shí)施,原州區(qū)將充分利用直開口4 100×104m3黃河水,項(xiàng)目區(qū)后期灌溉用水考慮采用黃河水替換。

由于固原市污水處理尾水資源化利用工程(近期)的實(shí)施,該工程灌區(qū)范圍涉及長(zhǎng)城梁灌區(qū)、張崖灌區(qū)等2個(gè)灌區(qū),設(shè)計(jì)灌溉總面積1 435.333hm2。該工程設(shè)計(jì)在清水河3#人工濕地取水,通過加壓泵站加壓后接入鋪設(shè)的4 450m揚(yáng)水總干管,接入長(zhǎng)城梁與北環(huán)路交叉口(距秦長(zhǎng)城西側(cè)600m處)的流量控制閥井內(nèi),通過揚(yáng)水干管(已建)接入原有長(zhǎng)4 515m的DN315-U-PVC管,揚(yáng)水送至長(zhǎng)城梁灌區(qū)已建的1.5×104m3開敞式蓄水池。隨著固原城市化的不斷推進(jìn),城市尾水量將逐年增加,后期考慮將長(zhǎng)城梁灌區(qū)水源管道延伸至高坡及廟灣片區(qū),將灌區(qū)水源海子峽水庫(kù)實(shí)施替換。

綜上所述,待何家溝水庫(kù)灌區(qū)范圍調(diào)整及長(zhǎng)城梁灌區(qū)水源供水管道延伸后,項(xiàng)目區(qū)將調(diào)整為黃河水和城市尾水。就目前項(xiàng)目區(qū)可利用水源情況來看,主要依靠海子峽水庫(kù)水,后期考慮上述兩水源替換。

2.2.1 海子峽水庫(kù)

海子峽水庫(kù)目前作為固原市城市供水備用水源,水庫(kù)特征見表3。

表3 水庫(kù)特征水位與庫(kù)容表

2.2.2 機(jī) 井

項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)有機(jī)井3眼,成井時(shí)間2006-2012年,井深82～98m,出水量50m3/h,每眼機(jī)井均配套50kW變壓器一臺(tái),見表4。

表4 現(xiàn)狀機(jī)井配套表

3 項(xiàng)目區(qū)灌溉需水量計(jì)算

3.1 灌溉方式

工程涉及灌溉面積368.467hm2。其中,高坡村305.8hm2,廟灣村62.667hm2,灌區(qū)采用滴灌方式。

3.2 灌溉設(shè)計(jì)保證率

工程設(shè)計(jì)保證率不應(yīng)低于85%,設(shè)計(jì)保證率取85%。

項(xiàng)目區(qū)種植馬鈴薯,滴灌帶間距0.9m,滴頭間距0.3m,馬鈴薯株行距0.2×0.9m。灌溉定額標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)查值見表5;項(xiàng)目區(qū)作物灌溉制度根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定,此處不再列出。

3.3 灌溉水利用系數(shù)

確定灌溉水利用系數(shù),見表5。

表5 灌溉保證率及水利用系數(shù)取值表

3.4 灌溉用水量

經(jīng)計(jì)算,項(xiàng)目區(qū)凈灌溉需水量53×104m3。其中,高坡片區(qū)凈需水量43.6×104m3,廟灣片區(qū)凈需水量8.9×104m3。毛灌溉需水量58×104m3。其中,高坡片區(qū)毛需水量48.4×104m3,廟灣片區(qū)毛需水量9.9×104m3。項(xiàng)目區(qū)用水量分配見圖1。

圖1 灌溉需水量分配圖

3.5 灌溉可供水量

本工程灌溉水源為海子峽水庫(kù)和機(jī)井水。其中,高坡項(xiàng)目區(qū)全部依靠海子峽水庫(kù)水;廟灣項(xiàng)目區(qū)主要依靠海子峽水庫(kù)。考慮地下水將逐步退出,因此機(jī)井暫時(shí)作為備用水源。

項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)有機(jī)井3眼,成井時(shí)間2009-2012年,井深82～98m,配備50m3/h水泵,穩(wěn)定出水量50m3/h。

灌溉供水量計(jì)算:灌溉期為每年5月11日至8月15日,每天抽水21h,則機(jī)井供水能力為30×3×21×5×10=9.45×104m3,見表6。

表6 項(xiàng)目區(qū)供水量統(tǒng)計(jì)表

按照已批復(fù)的原州區(qū)中河鄉(xiāng)中河、豐堡、黃溝片區(qū)高效節(jié)水灌溉應(yīng)急水源工程水量分析成果,海子峽85%保證率下可供水量為189.28×104m3。考慮到海子峽水庫(kù)目前作為固原市城市供水備用水源,海子峽85%保證率下可供水量扣除水庫(kù)興利庫(kù)容后,多余水量作為灌區(qū)應(yīng)急水源,即可供水量為189.28-78.03=111.25×104m3。

4 水量平衡分析

按照已批復(fù)的原州區(qū)中河鄉(xiāng)中河、豐堡、黃溝片區(qū)高效節(jié)水灌溉應(yīng)急水源工程批復(fù)規(guī)模,該工程設(shè)計(jì)供水面積650hm2。其中,中河片區(qū)258.667hm2、黃溝片區(qū)238hm2、豐堡片區(qū)153.333hm2。設(shè)計(jì)灌溉用水量102.92×104m3,海子峽總供水量大于灌區(qū)用水量。

由于灌區(qū)土地流轉(zhuǎn)情況的變化,海子峽水庫(kù)灌域范圍有所調(diào)整,調(diào)整后灌區(qū)面積655.133hm2。其中,中河片區(qū)流轉(zhuǎn)186.667hm2,黃溝片區(qū)流轉(zhuǎn)100hm2,廟灣片區(qū)流轉(zhuǎn)62.667hm2,高坡片區(qū)流轉(zhuǎn)305.8hm2,中河片區(qū)和黃溝片區(qū)采用海子峽水庫(kù)水;豐堡片區(qū)土地流轉(zhuǎn)132hm2,采用現(xiàn)有機(jī)井水源。

截至目前,該水源工程僅向中河片區(qū)186.667hm2馬鈴薯供水,年灌溉用水量31.7×104m3,該工程已于2021年4月份實(shí)施;黃溝灌區(qū)發(fā)展100hm2灌溉需水量為15.8×104m3,該工程已完成項(xiàng)目審批,即將實(shí)施,上述兩工程總需水量47.5×104m3,海子峽水庫(kù)可供水量111.25×104m3。因此,在保障中河和黃溝兩片區(qū)用水后水量仍有富余,富裕水量63.75×104m3。本次設(shè)計(jì)高坡片區(qū)和廟灣片區(qū)總需水量585×104m3,富裕可供水量大于灌溉用水量,水量滿足要求。

5 結(jié) 語

為了促進(jìn)原州區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,擬進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)改造工程。原州區(qū)當(dāng)?shù)氐乇硭Y源多年可利用量為8 068×104m3,工程涉及灌溉面積368.467hm2,設(shè)計(jì)保證率取85%。經(jīng)計(jì)算,項(xiàng)目區(qū)凈灌溉需水量53×104m3,按照已批復(fù)項(xiàng)目規(guī)模,設(shè)計(jì)灌溉用水量102.92×104m3。海子峽85%保證率下可供水量扣除水庫(kù)興利庫(kù)容后,多余水量作為灌區(qū)應(yīng)急水源,即可供水量為111.25×104m3,水量可滿足灌溉需求。