灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目水資源供需平衡分析

張 磊 楊 興 任澤垠

（1南陽(yáng)市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院；2河南靈捷水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

1 灌區(qū)概況

1.1 項(xiàng)目背景

南陽(yáng)是糧食核心區(qū)，鴨河口灌區(qū)是糧食安全的水源基礎(chǔ)設(shè)施。灌區(qū)自1970 年開(kāi)灌以來(lái)，為南陽(yáng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了巨大作用。為發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)，建設(shè)節(jié)水型社會(huì)，1998年國(guó)家對(duì)大型灌區(qū)進(jìn)行了以節(jié)水為中心的技術(shù)改造。2010 年《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》提出“到2020 年，基本完成大型灌區(qū)、重點(diǎn)中型灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造任務(wù)”。

在水資源合理利用方面，鴨河口灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉水利用系數(shù)普遍偏低，要解決農(nóng)業(yè)灌溉缺水問(wèn)題，節(jié)水和水資源高效利用將是解決水資源供需矛盾的根本措施。提高灌區(qū)水資源利用效率不僅可以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的農(nóng)業(yè)灌溉用水要求，而且有助于緩解水資源供需矛盾。

1.2 灌區(qū)范圍和建設(shè)規(guī)模

鴨河口灌區(qū)位于東經(jīng)112°39’～112°54’，北緯32°27’～33°09’。在唐河、白河之間，南北長(zhǎng)100 km，東西寬20～30 km，灌區(qū)總面積約25×104hm2，設(shè)計(jì)效益南陽(yáng)市方城、社旗、唐河、新野、宛城五縣區(qū)共計(jì)15.88×104hm2耕地。灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造主要以骨干渠道防滲襯砌為中心，重點(diǎn)解決灌區(qū)骨干渠道節(jié)水改造問(wèn)題，增加節(jié)水面積，提高渠系水利用系數(shù)，達(dá)到充分利用水資源、提高水的利用率。

2 灌區(qū)氣象及徑流

2.1 灌區(qū)氣象

灌區(qū)屬于北亞熱帶季風(fēng)型大陸氣候，年均降雨量802.90 mm，雨量年內(nèi)分配不均，汛期雨量較多而且集中，常以暴雨形式出現(xiàn)，約占全年雨量的60%，其余時(shí)期雨量較少而且分散。灌區(qū)徑流包含鴨河口水庫(kù)入庫(kù)徑流，灌區(qū)內(nèi)徑流以及唐河、白河引水口以上的區(qū)間徑流。

2.2 鴨河口水庫(kù)

鴨河口水庫(kù)是一座以防洪、灌溉、工業(yè)及城市用水為主，結(jié)合發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大（1）型水利樞紐工程。水庫(kù)建成于1959年，總庫(kù)容13.39×108m3。鴨河口水庫(kù)多年平均天然徑流量110 396×104m3，扣除上游中小型水庫(kù)年用水量3 079×104m3，多年平均實(shí)測(cè)入庫(kù)年徑流量為10 7317×104m3。對(duì)鴨河口水庫(kù)年徑流系列進(jìn)行頻率計(jì)算，多年平均徑流量107 317×104m3，75%入庫(kù)徑流量為68 683×104m3。由鴨河口水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果可知，現(xiàn)狀年年平均調(diào)節(jié)利用水量為71 433×104m3，規(guī)劃年年平均調(diào)節(jié)利用水量為74 098×104m3。

2.3 灌區(qū)內(nèi)徑流量

灌區(qū)總面積24.28×104hm2，平均徑流深280 mm，則多年平均徑流量為67 984×104m3，75%年份徑流量為38 071×104m3。

2.4 白河、唐河引水口以上徑流量

2.4.1 南陽(yáng)市白河橋頭引水工程

白河橋頭引水工程渠首以上匯流面積5.381×104hm3，中等旱年區(qū)間水量（不計(jì)灌溉回歸水）按《河南省水文圖集》用徑流深等值線(xiàn)圖法計(jì)算為1 750×104m3，見(jiàn)表1。

表1 白河引水量表

2.4.2 郭灘提灌站

唐河郭灘提灌站控制流域面積6.88×104hm2，多年平均流量54 m3/s，灌水期可用水量3 000×104m3，提水灌溉潛力較大，可灌溉白桐二分干渠尾部的灌溉范圍。

2.4.3 新野工農(nóng)渠

在新野縣桐樹(shù)站的白河干流上，原有工程自原“工農(nóng)渠”引水至焦店匯入白桐三分干，主要引用南陽(yáng)市以下7.20×104hm2的區(qū)間徑流，年均徑流量7 630×104m3，灌區(qū)可用水量為5 100×104m3，可為白桐三分干四支口以下的灌區(qū)0.95×104hm2補(bǔ)充供水。

3 灌區(qū)水資源供需平衡分析

3.1 灌區(qū)規(guī)劃情況

灌區(qū)原規(guī)劃保證率為80%，規(guī)劃在2005年灌溉水利用系數(shù)為0.50，2015 年灌溉水利用系數(shù)0.65；2005 年規(guī)劃可灌溉面積14.21×104hm2，2015 年規(guī)劃可灌溉面積15.88×104hm2；2005 年80%保證率時(shí)凈綜合灌溉定額為4 039.50 m3/hm2，2015年80%保證率時(shí)凈綜合灌溉定額為4 309.50 m3/hm2。鑒于南陽(yáng)市屬于半干旱、半濕潤(rùn)地區(qū)，以旱作為主，灌溉保證率采用75%。

3.2 灌區(qū)用水總量控制

3.2.1 可供水量

可供水量包括：鴨河口水庫(kù)可用水量、地下水量、區(qū)間可用徑流量和灌區(qū)回歸水利用。

①鴨河口水庫(kù)入庫(kù)徑流：鴨河口水庫(kù)75%入庫(kù)徑流量為68 683×104m3。鴨河口水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算，現(xiàn)狀年年平均調(diào)節(jié)利用水量為71 433×104m3，規(guī)劃年年平均調(diào)節(jié)利用水量為74 098×104m3。

②地下水：灌區(qū)內(nèi)白河與溧河之間地下水儲(chǔ)量較豐富，唐河干流沿岸地下水儲(chǔ)量也較豐富。補(bǔ)給來(lái)源主要是天然降水及河流側(cè)向補(bǔ)給，經(jīng)計(jì)算地下水儲(chǔ)量為27 900×104m3。灌區(qū)地下水可采量按儲(chǔ)量的80%計(jì)，即地下水可用水量為22 320×104m3。

③區(qū)間徑流利用量：南陽(yáng)市白河橋頭引水工程灌水期可用水量1 750×104m3，郭灘提灌站有效提水量1 900×104m3。

④灌區(qū)回歸水利用：鴨河口水庫(kù)灌溉季節(jié)多為日夜供水，灌溉水回歸匯入河溝，或通過(guò)下滲補(bǔ)給地下水再滲入河溝，灌區(qū)回歸水與作物需水時(shí)間同步，成為灌區(qū)下游渠道的補(bǔ)充水源。灌區(qū)目前已修建29處回歸水利用工程，引水流量37.41 m3/s，供水水量為16 970×104m3。

由以上計(jì)算，灌區(qū)可利用水量為111 623×104m3。

3.2.2 需水量

需水量包括灌區(qū)生活用水、工業(yè)用水、城市用水和生態(tài)景觀(guān)用水。

①灌區(qū)人畜生活用水：灌區(qū)總?cè)丝?65.50×104人，其中農(nóng)業(yè)人口143.82×104人。灌區(qū)人畜用水量見(jiàn)表2。

表2 灌區(qū)人畜規(guī)劃用水量表

②工業(yè)用水：工業(yè)用水包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用水和鴨河口火電廠(chǎng)用水。灌區(qū)灌溉范圍5 個(gè)縣區(qū)35 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，2011 年鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)總產(chǎn)值123.88億元。根據(jù)典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用水調(diào)查，企業(yè)用水量最小。鴨河口火電廠(chǎng)一期裝機(jī)規(guī)模2×35×104kW，二期裝機(jī)規(guī)模2×60×104kW，三期裝機(jī)規(guī)模2×100×104kW，年耗水量3 900×104m3，按時(shí)程均勻分配。工業(yè)用水量見(jiàn)表3。

表3 灌區(qū)工業(yè)用水表

③城市用水：城市供水系統(tǒng)包括公共供水和自建設(shè)施供水。城市公共供水系統(tǒng)現(xiàn)有水廠(chǎng)5 座，全部取用地下水，水源井89 眼，現(xiàn)供水能力19.40×104m3/d。自備井供水系統(tǒng)共有自備水源井300 多眼，設(shè)計(jì)供水能力12.50×104m3/d，實(shí)際供水能力8.80×104m3/d。南陽(yáng)市四水廠(chǎng)已經(jīng)建成。選用鴨河口水庫(kù)作為供水水源，設(shè)計(jì)供水能力25×104m3/d，工程分兩期實(shí)施，一期工程15×104m3/d，二期工程10×104m3/d。現(xiàn)狀能力為每年4 200×104m3。南陽(yáng)天冠乙醇從灌區(qū)取水2 193×104m3?，F(xiàn)狀水平年城市用水合計(jì)9 605×104m3。到設(shè)計(jì)水平年2020年城市用水考慮用南水北調(diào)中線(xiàn)引水工程直接供水，不再?gòu)镍喓涌谒畮?kù)取水。

④生態(tài)景觀(guān)用水：南陽(yáng)市白河濕地公園內(nèi)已建成了五級(jí)橡膠壩工程，年需補(bǔ)水3 200×104m3。灌區(qū)河道生態(tài)用水，鴨河口水庫(kù)多年平均徑流量107 317×104m3，河道內(nèi)生態(tài)用水取多年平均流量的10%，可得每年河道生態(tài)用水量為10 732×104m3。因此，生態(tài)景觀(guān)每年用水量合計(jì)為13 932×104m3。

3.2.3 灌區(qū)可供水量與需水量

各水平年灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉可用水量與需水量見(jiàn)表4。

表4 各水平年灌區(qū)可用水量表 單位：104m3

3.3 灌溉定額及灌區(qū)需水量分析

3.3.1 綜合凈灌溉定額和設(shè)計(jì)典型年

2018年水平年復(fù)播指數(shù)為185%，其中秋播85%以冬小麥為代表作物，春播30%以棉花為代表作物，夏播以玉米55%、水稻15%為代表作物。根據(jù)1963—1998年各種主要作物的灌溉制度和設(shè)計(jì)水平年的復(fù)播指數(shù)，計(jì)算歷年綜合灌溉定額，計(jì)算公式為：

m凈，綜=α1M1+α2M2+α3M3+α4M4（1）

式（1）中，m凈，綜為綜合凈灌溉定額，m3/hm2；M1、M2、M3、M4為第一種、第二種、第三種、第四種作物在某年的灌溉定額，m3/hm2；α1、α2、α3、α4為第一種、第二種、第三種、第四種作物在某年占全區(qū)灌溉面積比例。

設(shè)計(jì)水平年的多年綜合灌溉定額計(jì)算成果：對(duì)2018 年的m凈，綜進(jìn)行排頻分析，多年平均綜合凈灌溉定額m凈，綜=3 184.50 m3/hm2。

3.3.2 多年平均綜合凈灌溉定額成果分析

多年平均綜合凈灌溉定額成果分析見(jiàn)表5。

表5 多年平均綜合凈灌溉定額成果對(duì)比表

3.3.3 灌區(qū)需水量分析

根據(jù)以上結(jié)果對(duì)比分析，選取鴨河口灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃的灌溉定額成果。根據(jù)灌區(qū)規(guī)劃，保證率75%，現(xiàn)狀年份灌溉水利用系數(shù)為0.53，灌溉面積為10.67×104hm2；“十二五”規(guī)劃期間近期水平年灌溉水利用系數(shù)0.58，規(guī)劃灌溉面積14.03×104hm2；“十三五”規(guī)劃期間近期水平年灌溉水利用系數(shù)0.65，規(guī)劃灌溉面積15.88×104hm2。

現(xiàn)狀年份灌區(qū)需水量為64 091×104m3；近期水平年灌區(qū)需水量為77 014×104m3；遠(yuǎn)期水平年灌區(qū)需水量為77 767×104m3?，F(xiàn)狀年份灌區(qū)需水量64 091×104m3小于灌區(qū)可用水量77 063×104m3，則灌區(qū)灌溉用水能充分保證，現(xiàn)狀年綜合凈灌溉定額為3 184.50m3/hm2。

“十二五”規(guī)劃水平年灌區(qū)需水量77 014×104m3小于灌區(qū)可用水量85 724×104m3，則灌區(qū)灌溉用水能充分保證，近期水平年綜合凈灌溉定額為3 184.50 m3/hm2?！笆濉币?guī)劃水平年灌區(qū)需水量77 767×104m3小于灌區(qū)可用水量81 810×104m3，則灌區(qū)灌溉用水能充分保證，遠(yuǎn)期水平年綜合凈灌溉定額為3 184.50m3/hm2。

4 項(xiàng)目完成后供需水平衡分析

根據(jù)灌區(qū)保證率75%，“十二五”規(guī)劃期間近期水平年灌溉水利用系數(shù)0.58，灌溉總面積為14.03×104hm2；“十三五”規(guī)劃期間近期水平年灌溉水利用系數(shù)0.65，灌溉總面積為15.88×104hm2，項(xiàng)目完成后，水平年供需水情況見(jiàn)表6。

表6 項(xiàng)目完成后供需水平衡分析表 單位：104m3

表中2015-2018 年城市用水將直接從南水北調(diào)中線(xiàn)工程引水，不再考慮從灌區(qū)供水；環(huán)境用水包括景觀(guān)用水和河道生態(tài)用水。

南陽(yáng)市鴨河口灌區(qū)在灌溉保證率75%情況下，2011 年、2015年和2018年需水量分別為10 1401×104m3、10 8328×104m3和11 2995×104m3，其中農(nóng)業(yè)灌溉用水占總用水量的63%～71%?？晒┧繛轼喓涌谒畮?kù)供水、地下水、可利用的區(qū)間徑流、灌區(qū)回歸水，分別為114 373×104m3、117 038×104m3和117 038×104m3，其中鴨河口水庫(kù)供水量占總供水量的63%，水庫(kù)供水量、可利用的區(qū)間徑流和灌區(qū)回歸水利用量完全有保證。

5 結(jié)語(yǔ)

在大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目水資源供需平衡分析中，由于灌區(qū)灌溉面積大，水庫(kù)綜合利用供水用途多，應(yīng)采用多水源進(jìn)行綜合論證分析，在灌區(qū)節(jié)水灌溉的前提下，能夠滿(mǎn)足在灌溉保證率情況下灌區(qū)需水量。地下水作為灌區(qū)補(bǔ)充水源，可提供人畜生活用水、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用水和少量灌溉用水，全灌區(qū)供需水量是平衡的。