大凌河木頭城子河段“節(jié)水增糧”工程供水分析

劉文榮，李國(guó)平

(1.遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省東水西調(diào)工程建設(shè)局，遼寧 沈陽(yáng) 110003)

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大凌河木頭城子河段“節(jié)水增糧”工程供水分析

劉文榮1，李國(guó)平2

(1.遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省東水西調(diào)工程建設(shè)局，遼寧 沈陽(yáng) 110003)

水資源短缺已經(jīng)成為制約我國(guó)農(nóng)業(yè)和糧食穩(wěn)定發(fā)展的主要瓶頸。通過(guò)對(duì)大凌河木頭城子河段“節(jié)水增糧”工程項(xiàng)目取水方案合理性和可靠性分析，得出項(xiàng)目可行的結(jié)論，從而為提高水資源利用效率和科學(xué)管理提供依據(jù)。

大凌河；取水方案；地下水資源量；年需水量；取水可靠性

1　大凌河木頭城子河段(以下簡(jiǎn)稱河段)概況

大凌河木頭城子鎮(zhèn)位于朝陽(yáng)縣西部，大凌河南岸，東鄰臺(tái)子鄉(xiāng)，南接勝利鄉(xiāng)，西部與喀左縣接壤。社會(huì)面積20.3萬(wàn)畝，耕地6.3萬(wàn)畝，其中水澆地近4萬(wàn)畝。全鎮(zhèn)有人口28 600人。大凌河木頭城子河段包括烏蘭和碩鄉(xiāng)、木頭城子、臺(tái)子鄉(xiāng)、東大道鄉(xiāng)的北梁、東大道、勝利、柳城等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。區(qū)域總面積755.3 km2，其中河谷平原區(qū)面積為218.8 km2。含11個(gè)項(xiàng)目片區(qū)，片區(qū)總面積為81 000 畝。新增5 000畝，改造76 000畝，灌溉方式為滴灌，規(guī)劃灌溉水量486.0萬(wàn) m3，比改建前規(guī)劃用水量950.0萬(wàn) m3節(jié)水464.0萬(wàn) m3。

河段內(nèi)2011年總?cè)丝跒?3 512人，全部為農(nóng)村人口，經(jīng)濟(jì)以農(nóng)業(yè)為主，用水全部為地下水。現(xiàn)狀年總用水量為1 279萬(wàn) m3，各項(xiàng)用水量月分配統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表1。

表1　現(xiàn)狀年各項(xiàng)用水量月分配統(tǒng)計(jì)表　萬(wàn) m3

2　取水方案合理性分析

依據(jù)《朝陽(yáng)縣“節(jié)水增糧行動(dòng)”實(shí)施方案》大凌河木頭城子河段項(xiàng)目片區(qū)面積為81 000畝。其中5 000畝為新增工程，76 000畝為改造工程，原有灌溉井375眼，設(shè)計(jì)新建灌溉井45眼，水源總體位置位于大凌河河谷平原區(qū)，取水井宜在河谷平原區(qū)布設(shè)，靠近大凌河。

通過(guò)查閱水文地質(zhì)報(bào)告、實(shí)地踏勘調(diào)查確定論證片區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)，對(duì)實(shí)地抽水試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)核，以及根據(jù)公式計(jì)算影響半徑、單井出水量和單井控制面積，同時(shí)根據(jù)已成井驗(yàn)收資料對(duì)計(jì)算成果數(shù)據(jù)復(fù)核，由河段片區(qū)面積和單井控制面積的比值取整，得到滿足項(xiàng)目需水要求的保證井?dāng)?shù)量，再與實(shí)施方案中的井?dāng)?shù)比較，進(jìn)而分析實(shí)施方案的合理性，抽水試驗(yàn)資料確定單井出水量為1 200 m3/d，水文地質(zhì)勘察報(bào)告及已成井驗(yàn)收資料確定單井出水量為960～1 920 m3/d，抽水試驗(yàn)資料與水文地質(zhì)勘察報(bào)告及已成井驗(yàn)收資料相符，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

由以上計(jì)算結(jié)果分析，實(shí)施方案中設(shè)計(jì)灌溉井?dāng)?shù)在改造現(xiàn)有311眼井基礎(chǔ)上滿足灌溉要求。根據(jù)計(jì)算得出的影響半徑，新建水井間距150～300 m較適宜，取水地點(diǎn)靠近大凌河沿岸，由于原有井經(jīng)過(guò)多年灌溉實(shí)踐，對(duì)于出水量不足、設(shè)備老化的水井需要進(jìn)行改造。

表2　大凌河木頭城子河段單井出水量計(jì)算成果表

表3　大凌河木頭城子河段井?dāng)?shù)及單井控制面積計(jì)算表

3　地下水資源量評(píng)價(jià)

3.1補(bǔ)給量

3.1.1降水入滲補(bǔ)給量

降水入滲補(bǔ)給量采用Pr=10-1·P·α·F計(jì)算，式中Pr為降水入滲補(bǔ)給量(萬(wàn)m3)、P為降水量(mm)、α為降水入滲補(bǔ)給系數(shù)(無(wú)因次)、F為均衡計(jì)算區(qū)計(jì)算面積(km2)、河谷平原區(qū)降水入滲補(bǔ)給系數(shù)α值參照水文地質(zhì)勘察報(bào)告以及經(jīng)驗(yàn)值。經(jīng)計(jì)算，1980-2011年平均降水入滲補(bǔ)給量為1 142萬(wàn) m3。

3.1.2側(cè)向補(bǔ)給量

山前側(cè)向補(bǔ)給量采用降水入滲補(bǔ)給量公式計(jì)算，根據(jù)本論證單元匯水區(qū)降雨量、基巖巖性、破碎程度、地表坡度、植被等因素，結(jié)合水文地質(zhì)資料綜合確定匯水區(qū)降水入滲系數(shù)為0.09。經(jīng)計(jì)算1980-2011年平均側(cè)向補(bǔ)給量為1 539萬(wàn) m3。

3.1.3上游境外地下流入量

公式采用：W=A·i·k·t=B·H·i·k·t

采用木頭城子上游剖面計(jì)算，i=0.1%，k=81.11 m/d，t=365 d，剖面長(zhǎng)B=4 000 m，

含水層厚H用各年平均地下水位求得。上游境外地下平均流入量為72.2萬(wàn) m3。

地下水補(bǔ)給量包括降水入滲補(bǔ)給量、側(cè)向補(bǔ)給量、地下流入量3項(xiàng)，河段1980-2011年平均地下水補(bǔ)給量為2 753萬(wàn) m3。

3.2排泄量

3.2.1潛水蒸發(fā)量

采用潛水蒸發(fā)系數(shù)法計(jì)算，公式E=10-1·E0·C·F， C值根據(jù)各年地下水平均埋深，地下水埋深大于6 m，參照潛水蒸發(fā)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取值為0。故潛水蒸發(fā)不計(jì)算。

3.2.2河道排泄量

單側(cè)河道滲漏補(bǔ)給量采用公式Q側(cè)=10-4·K·I·A·t計(jì)算，剖面位置的滲透系數(shù)參照水文地質(zhì)勘察報(bào)告和抽水試驗(yàn)成果資料；垂直于剖面的水力坡度根據(jù)歷年地下水位計(jì)算；河段滲漏時(shí)間t根據(jù)實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，逐年計(jì)算河道排泄量。經(jīng)計(jì)算河段1980-2011年平均河道排泄量為1 931萬(wàn) m3。

3.2.3淺層地下水實(shí)際開(kāi)采量

本河段的淺層地下水實(shí)際開(kāi)采量通過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)得出,1980-2011年系列淺層地下水實(shí)際開(kāi)采量多年平均值為517.0萬(wàn) m3。

3.2.4下游地下流出量

公式采用：W=A·i·k·t=B·H·i·k·t

采用木頭城子上游剖面Ⅵ—Ⅵ′計(jì)算，i=0.2%，k=97.41 m/d，t=365 d，剖面長(zhǎng)B=2 120 m，

含水層厚H用各年平均地下水位求得。下游地下平均流出量為212.5萬(wàn) m3。

地下水排泄量包括潛水蒸發(fā)量、河道排泄量、側(cè)向流出量、淺層地下水實(shí)際開(kāi)采量4項(xiàng)，河段1980-2011年平均地下水排泄量為2 660萬(wàn) m3。

3.3地下水均衡

對(duì)河段1980-2011年逐年進(jìn)行各項(xiàng)補(bǔ)給量和排泄量的計(jì)算，并作水平衡分析，地下水均衡計(jì)算成果見(jiàn)表4。

表4　河段地下水均衡計(jì)算成果表　104 m3

通過(guò)計(jì)算本河段多年平均均衡差為92.8萬(wàn) m3，補(bǔ)給量大于排泄量，地下補(bǔ)水滿足排泄要求。

4　規(guī)劃年需水量預(yù)測(cè)

4.1生活需水量預(yù)測(cè)

依據(jù)公式Q=p×a預(yù)測(cè)居民水平年生活日常用水量，P為預(yù)測(cè)水平年人口總數(shù)、a為人均用水定額。根據(jù)地區(qū)自然條件、水源條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，確定2015年和2020年農(nóng)村居民用水定額為65 L/人·d。經(jīng)計(jì)算，2015年、2020年居民日常生活用水量分別為239.6萬(wàn) m3、216.6萬(wàn) m3。

4.2農(nóng)業(yè)需水量預(yù)測(cè)

4.2.1農(nóng)田灌溉需水

農(nóng)田灌溉用水指標(biāo)分析采用凈灌溉定額及灌溉水利用系數(shù)兩類指標(biāo)，考慮到耕作技術(shù)、灌水技術(shù)的提高，未來(lái)各水平年灌溉凈定額將趨于減小。由于節(jié)水增糧行動(dòng)采用膜下滴灌技術(shù)，用水定額為60 m3/畝， 2015、2020年農(nóng)業(yè)需水量預(yù)測(cè)均為546.2萬(wàn) m3。

4.2.2林牧漁業(yè)需水

根據(jù)遼寧省畜牧業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展規(guī)劃和遼寧省行業(yè)用水定額，2015年和2020年大牲畜、小牲畜的用水定額均為60 L/頭·d和25 L/頭·d。預(yù)測(cè)2015年、2020年林牧漁用水量為424.1萬(wàn) m3、439.8萬(wàn) m3。

4.3工業(yè)需水預(yù)測(cè)

河段內(nèi)無(wú)規(guī)劃投產(chǎn)的大企業(yè)，因此無(wú)工業(yè)需水量。

5　取水可靠性分析

5.1典型年確定

對(duì)補(bǔ)給量進(jìn)行排頻計(jì)算，選取保證率為85%的年份確定為典型年，經(jīng)計(jì)算1988年為典型年。

5.2典型年供水可靠性分析

經(jīng)計(jì)算河段供水保證率85%的年份為1988年。1988年初蓄水量為35 950萬(wàn) m3。對(duì)1988年年內(nèi)供水、耗水進(jìn)行月分析，同時(shí)對(duì)規(guī)劃年2015、2020年進(jìn)行年內(nèi)供水、耗水月分析，分析灌溉期供水滿足情況。分析方法是月補(bǔ)給量減月開(kāi)采量等于月排泄量，當(dāng)月排泄量為負(fù)值時(shí)說(shuō)明動(dòng)用了地下蓄水量。各排泄量為正值。通過(guò)典型年分析計(jì)算，本河段地下水補(bǔ)給量即可保證規(guī)劃水平年的供水需求。

5.3連續(xù)枯水年供水風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)1980-2011年補(bǔ)給量系列計(jì)算得出1999-2002年為連續(xù)枯水年，1999年初蓄水量為38 890萬(wàn) m3，對(duì)這四年的年內(nèi)供水、耗水進(jìn)行月分析，同時(shí)對(duì)規(guī)劃年2015年和2020年進(jìn)行年內(nèi)供水、耗水進(jìn)行月分析，分析灌溉期供水滿足情況。計(jì)算分析方法是月補(bǔ)給量減月開(kāi)采量等于月排泄量，當(dāng)月排泄量為負(fù)值時(shí)說(shuō)明動(dòng)用了地下蓄水量。超采地下水量可當(dāng)年月調(diào)節(jié)或多年調(diào)節(jié)。

通過(guò)以上連續(xù)枯水年分析計(jì)算，本

河段在設(shè)計(jì)保證率條件下，通過(guò)動(dòng)用928萬(wàn) m3的地下水儲(chǔ)存量可保證規(guī)劃水平年的供水需求，動(dòng)用地下水儲(chǔ)量占1999年年初地下水總儲(chǔ)量的2.4%。

通過(guò)以上連續(xù)枯水年分析計(jì)算，本河段在設(shè)計(jì)保證率條件下，通過(guò)動(dòng)用1 025萬(wàn) m3的地下水儲(chǔ)存量可保證規(guī)劃水平年的供水需求，動(dòng)用地下水儲(chǔ)量占1999年年初地下水總儲(chǔ)量的2.6%。

5.4取水可靠性分析結(jié)論

通過(guò)上述典型年供水可靠性分析，本河段在85%設(shè)計(jì)保證率情況下，可以保證規(guī)劃水平年2015、2020年的供水需求。通過(guò)上述連續(xù)枯水年的供水風(fēng)險(xiǎn)分析，本論證單元在1999-2002年連續(xù)枯水年條件下，可以保證規(guī)劃水平年2015、2020年的供水需求。本單元2015、2020規(guī)劃水平年的開(kāi)采量，分別占多年平均地下水補(bǔ)給量44.0%和43.7%，雖然連續(xù)枯水年最大需動(dòng)用地下水儲(chǔ)存量的2.6%，在豐水年和平水年可以得到回補(bǔ)。因此，供水水源可靠。

5.5取水影響分析

“節(jié)水增糧”工程實(shí)施后，河段總?cè)∷繛?86.0萬(wàn) m3，其中項(xiàng)目新增取水量30.00萬(wàn) m3，改造片區(qū)減少取水量494.0萬(wàn) m3，項(xiàng)目總?cè)∷繙p少464.0萬(wàn) m3。

由于項(xiàng)目實(shí)施后，取水量減少，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)第三者的不利影響，同時(shí)項(xiàng)目片區(qū)采用滴灌節(jié)水新技術(shù)作為灌溉方式，有利于生態(tài)保護(hù)。

6　結(jié)語(yǔ)

2012年，財(cái)政部、水利部、農(nóng)業(yè)部聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于支持黑龍江省 吉林省 內(nèi)蒙古自治區(qū) 遼寧省實(shí)施“節(jié)水增糧行動(dòng)”的意見(jiàn)》，決定自2012年至2015年支持四省區(qū)3 800萬(wàn)畝農(nóng)田實(shí)施“節(jié)水增糧行動(dòng)”，大力發(fā)展高效節(jié)水灌溉。各級(jí)政府能夠結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際認(rèn)真研究，充分發(fā)揮土地資源優(yōu)勢(shì)，以保障水資源安全、提高糧食和農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力為立足點(diǎn)，大力發(fā)展高效節(jié)水灌溉，不斷推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)，為國(guó)家糧食安全提供了強(qiáng)有力支撐。

[1]供水水文地質(zhì)手冊(cè)編寫組.供水水文地質(zhì)手冊(cè)[J]. 地質(zhì)出版社.1983,3.

[2]冮行久.阜新經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型期水資源開(kāi)發(fā)潛力研究[J].地下水.2005(6)，424-451.

2016-03-21

劉文榮(1967-)，男，遼寧阜新人，工程師，主要從事水資源研究及工程管理工作。

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