水資源平衡分析模型在群英灌區(qū)中的應(yīng)用

黃寧新

(佳木斯市水務(wù)局，黑龍江 佳木斯 154002)

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水資源平衡分析模型在群英灌區(qū)中的應(yīng)用

黃寧新

(佳木斯市水務(wù)局，黑龍江 佳木斯 154002)

文章根據(jù)群英灌區(qū)水資源的特征及灌區(qū)水平衡的自身理念，應(yīng)用水資源平衡分析模型，對該灌區(qū)自身特點的水資源平衡進行灌區(qū)內(nèi)的可供水量和需水量分析，從而對灌區(qū)進行水資源平衡，在有效利用水資源同時，指導(dǎo)灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造的實施，使水資源配置與利用趨于合理。

可供水量；需水量；水資源平衡；應(yīng)用

現(xiàn)如今我國糧食安全問題不斷突出，作為提高糧食產(chǎn)量的基本保障，水資源的合理利用與優(yōu)化配置已成為農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)中的重要問題。本文采用水資源平衡模型，對群英灌區(qū)水資源的具體問題進行了研究與應(yīng)用，從而能更好的指導(dǎo)灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造的實施。

灌區(qū)地處三江平原，區(qū)內(nèi)地勢平坦，土壤肥沃，是黑龍江省佳木斯市主要農(nóng)作區(qū)之一。灌區(qū)總土地面積90.73km2，規(guī)劃灌溉面積9 073 hm2。灌區(qū)隸屬佳木斯市郊區(qū)平安鄉(xiāng)，始建于70年代，但工程年久失修，破損嚴重，工程配套極其不完善，滲漏嚴重，平均灌溉水利用系數(shù)只有0.4，水分生產(chǎn)率僅為0.35kg/m3。群英灌區(qū)現(xiàn)狀可供水量、作物需水量均較大，從長遠目標來看，該灌區(qū)具有較大節(jié)水潛力，首先應(yīng)對灌區(qū)進行水資源平衡分析與計算，根據(jù)本灌區(qū)自身情況制定節(jié)水措施，把灌區(qū)的節(jié)水改造與續(xù)建配套工程建設(shè)納入到新的日程中，從而將群英灌區(qū)建設(shè)成為黑龍江省具有代表性的節(jié)水高效型中型規(guī)模的灌區(qū)[1]。

1　水資源平衡模型在群英灌區(qū)中的分析與應(yīng)用

水資源的供給與需求是相互矛盾的，相互制約的關(guān)系，在國民經(jīng)濟生產(chǎn)與生活中，協(xié)調(diào)好社會經(jīng)濟發(fā)展各部門的用水要求才是解決這一矛盾的重要方法，灌區(qū)水資源利用率的高低是灌區(qū)節(jié)水節(jié)能的關(guān)鍵所在，而對灌區(qū)本身的水資源平衡分析與計算又是評價水資源利用率高低的有效方法。文章以節(jié)約優(yōu)先為首要條件，采用以需定供的原則，本灌區(qū)內(nèi)無工業(yè)用水要求，僅考慮農(nóng)業(yè)用水及生活用水需求。

1.1松花江水源可供水量

群英灌區(qū)可供水量定義為KG，即為引松花江水源工程的可供水量，本灌區(qū)地表水的可供水量定義為KGB，地下水的可供水量定義為KGX，三者之間的關(guān)系如下：

KG=KGB+KGX

(1)

針對群英灌區(qū)，定義地表水的可供水量KGB是灌區(qū)渠首的提松花江水量。根據(jù)灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有地下水?dāng)?shù)據(jù)，定義地下水的可供水量是由地下水補給量確定的地下水的可開采量。通常情況下，地下水的補給量等于當(dāng)?shù)氐慕邓c山前側(cè)滲的地下水補給量以及提松花江水灌溉的渠系與田間入滲補給量四項之和，本區(qū)域內(nèi)地下水的補給量主要是提松花江灌溉入滲補給量GRB，即渠系與田間入滲補給量，經(jīng)分析，提松花江灌溉入滲補給量GRB與提松花江水量關(guān)系，可由下式計算：

GRB=γ(1-η渠)KGB+(1-η由)η渠KGB

(2)

式中：η渠為灌區(qū)各級渠道渠系水利用系數(shù)；η田為灌區(qū)末級田間水利用系數(shù)；γ為灌區(qū)各級渠道渠系入滲補給系數(shù)。公式(2)的等式右端第一項為灌區(qū)各級渠道渠系滲漏水入滲補給量；第二項為灌區(qū)末級田間水入滲補給量，注：非自流灌區(qū)不計算本項內(nèi)容。η渠與灌區(qū)各級渠道防滲結(jié)構(gòu)型式有關(guān)，γ與灌區(qū)內(nèi)末級渠道到田間的排水量大小有關(guān)。地下水的可開采系數(shù)取為0.6，則地下水的可開采量KGX為：

KGX=0.6(GRB+0.95)

(3)

根據(jù)灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有具體情況，為公式(3)選取合理的各項參數(shù)，從而由小到大計算出不同數(shù)值的地下水補給量(該項是以提松花江水量為主)，同時對應(yīng)的可開采量KGX也將計算出來，將兩者繪制成圖1。

圖1　地下水補給量與可開采量關(guān)系圖

1.2灌區(qū)內(nèi)生活與灌溉相應(yīng)需水量

1)灌區(qū)內(nèi)農(nóng)村生活用水與需水量。根據(jù)用水定額，定義農(nóng)村生活用水量NS(含牲畜用水)等于人口R(人)與定額D(L/人*d)之積，則農(nóng)村生活用水量公式為NS=365RD，農(nóng)村生活用水的水源包括地表水(提松花江水)和地下水兩項，而實際需水量可根據(jù)灌區(qū)內(nèi)規(guī)劃的生活用水量推算至水源工程(渠首與井口)處的水量，由于不同水源的供水比例不同，定義αs、αg為地表水源及地下井供水比例，二者相應(yīng)的水利用系數(shù)定義為ηs、ηg，計算灌區(qū)內(nèi)實際需水量NSX為：

NSX=αSNS/ηS+αgNS/ηg

(4)

2)灌溉需水。本灌區(qū)規(guī)劃水平年總灌溉面積9 073 hm2，均為提水灌溉，群英灌區(qū)水源來自于松花江提水，經(jīng)灌溉制度設(shè)計計算得知灌區(qū)規(guī)劃的凈灌溉定額d=6 090 m3/hm2，規(guī)劃灌溉面積為F，根據(jù)凈灌溉水量計算公式求出凈灌溉水量JG=dF，則需水量(毛灌溉水量)GSX為：

GSX=αSJG/ηS+αgJG/ηg

(5)

綜上所述，灌區(qū)內(nèi)總需水量ZX為上述兩項需水量之和，即：

ZX=NSX+GSX

(6)

上述文章中兩項的需水可由地表水(松花江提水)和地下井水兩個水源供給，而總需水量ZX具體包括地表水(提松花江)的需水量ZXB和地下水的需水量ZXX兩項。以上四個指標關(guān)系密切，錯綜復(fù)雜，地表水與地下水的需水量兩個指標又與兩個水源供給的指標密切相關(guān)的，4個指標的關(guān)鍵點是地下水的可供水量(可開采量)應(yīng)根據(jù)地表水的可供水量(提松花江水量)確定。因此，在灌區(qū)內(nèi)有多種水源供給的情況下，通過水資源供需平衡模型的分析與計算來確定灌區(qū)的供水量與需水量是最佳最有效的方法之一。

1.3群英灌區(qū)水資源平衡分析與計算

計算本灌區(qū)從松花江引水水量，可根據(jù)水資源平衡分析模型，使可供水總量滿足灌區(qū)內(nèi)的需水總量，從而達到高效節(jié)水，合理利用水資源的目的。隨著提松花江水量增大、地下水的補給量也相應(yīng)增大，水量平衡分析結(jié)果為水量富余；提松花江水量減小時，地下水補給量也相應(yīng)減少，水量平衡分析結(jié)果為水量不足。根據(jù)以上分析可以得出一個結(jié)論，提松花江水量的多少，存在著一個最佳平衡量，本灌區(qū)的可供水量與需水量均與松花江引水水量相關(guān)，經(jīng)具體數(shù)據(jù)的模擬分析與計算，本文繪出可供水量、需水量與提松花江水量的關(guān)系，如圖2。

圖2　可供水量、需水量與提松花江水量關(guān)系圖

根據(jù)以上理論及具體計算分析可以看出，群英灌區(qū)提松花江水量為8321萬m3是較為合理可行的，該灌區(qū)水資源平衡后詳細結(jié)果見表1。

表1　群英灌區(qū)規(guī)劃水平年(2020)水資源平衡分析結(jié)果表

2　水資源平衡分析結(jié)果與結(jié)論

1)以上方法與模型的應(yīng)用，對群英灌區(qū)水資源的平衡進行了具體分析與計算，灌區(qū)水量分析與確定將對灌區(qū)的續(xù)建配套與節(jié)水改造的實施有重要的指導(dǎo)意義，群英灌區(qū)的水資源配置與利用率將趨于合理化，并將大大提高灌區(qū)的節(jié)水用水效率。

2)該篇文章針對群英灌區(qū)具體特點，把握國家對灌區(qū)節(jié)水改造的大方向，采用水資源平衡模型分析本地區(qū)供水量與需水量之間的關(guān)系，從中找到水資源平衡的最佳點，確定水資源的合理供水量，從而真正的使灌區(qū)能達到節(jié)水節(jié)能的長遠目標。本灌區(qū)處于我國干旱半干旱地區(qū)，在達到水資源供需平衡的同時，對灌區(qū)進行耗水平衡分析將是下一個具體目標，它的研究與應(yīng)用對于灌區(qū)現(xiàn)代化管理提出了新的要求，這也是有待我們今后不斷研究與實現(xiàn)的新任務(wù)。

[1]佳木斯市水利勘測設(shè)計研究院.佳木斯市郊區(qū)群英灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程可行性研究報告[R].佳木斯：佳木斯市水利勘測設(shè)計研究院，2014.

1007-7596(2016)05-0129-03

2016-04-10

黃寧新(1971-)，男，黑龍江佳木斯人，高級工程師。

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