雷惠渠灌區(qū)節(jié)水改造水資源供需平衡分析

王振軍，劉 濤

（榆林市橫山區(qū)水利灌溉管理工作站，陜西 榆林 719000）

1 概況

雷惠渠灌區(qū)地處陜北黃土高原，始建于1943 年，是無定河流域第二大灌區(qū)。灌區(qū)以無定河為水源，以有壩側(cè)向引水。灌區(qū)受益范圍包括雷龍灣、橫山、波羅3 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)4.5 萬人。設(shè)計(jì)引水流量4.3 m3/s，有效灌溉面積2.2 萬畝。雷惠渠灌區(qū)是橫山區(qū)水稻、玉米的主產(chǎn)區(qū)，為促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供了重要保證。經(jīng)過七十多年運(yùn)行，加之灌區(qū)設(shè)施建設(shè)的先天不足，灌區(qū)工程設(shè)施年久失修老化破損嚴(yán)重，供水保證率由設(shè)計(jì)的95%降為40%，進(jìn)行灌區(qū)節(jié)水改造項(xiàng)目迫在眉捷。

2 水資源分析

雷惠渠灌區(qū)屬黃河流域，區(qū)內(nèi)水資源相對(duì)較為豐富。

地表水：無定河為區(qū)內(nèi)主要地表水資源，也是該灌區(qū)的唯一灌溉水源，區(qū)內(nèi)流長(zhǎng)35 km 左右，多年平均徑流量42422 萬m3。地表水屬重碳酸鹽水，礦化度一般低于2 g/L，絕大部分為好的和比較好的灌溉用水，現(xiàn)已建成的各類壩庫儲(chǔ)水礦化度均為1 g/L～2 g/L 的微咸水，符合灌溉水質(zhì)要求。

地下水：灌區(qū)內(nèi)地下水埋深較小，約在0.5 m～4.5 m 之間；其補(bǔ)排條件和賦存運(yùn)移條件較好，補(bǔ)給主要靠大氣降水入滲補(bǔ)給、灌溉回歸補(bǔ)給和灌區(qū)右翼山區(qū)地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給；其排泄主要靠潛水蒸發(fā)和地下水側(cè)向徑流排泄，一年中多數(shù)時(shí)間無定河為灌區(qū)地下水側(cè)向徑流排泄通道。該區(qū)生活用水為地下水，但占其排泄比例較小。由于灌區(qū)減小，尚未以獨(dú)立單元進(jìn)行區(qū)域地下水資源評(píng)價(jià)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，估計(jì)管井或大口井單井出水量在60 m3/h 以上。地下水水質(zhì)良好，礦化度小于1 g/L，是較好的灌溉用水和飲用水水源，具有很好的開發(fā)利用價(jià)值和前景。

3 項(xiàng)目區(qū)水資源平衡分析

3.1 灌區(qū)面積

雷惠渠灌區(qū)現(xiàn)有耕地9.02 萬畝，人均耕地2.2 畝，耕地中99%以上為基本農(nóng)田，糧田占地約為79%左右，經(jīng)濟(jì)作物占地約為19%左右，林果占地不足2%。原設(shè)計(jì)灌溉面積2.5 萬畝，現(xiàn)有效灌溉面積2.2 萬畝。該灌區(qū)地處無定河河谷川道區(qū)，地勢(shì)較平緩，土壤肥沃，水肥氣熱條件良好，為宜耕宜農(nóng)土壤。土壤類型按農(nóng)業(yè)土壤分類屬淤土，按土壤的力學(xué)性質(zhì)劃分屬沙壤土。

3.2 種植結(jié)構(gòu)

雷惠渠灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)包括種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)，以種植業(yè)為主。由于灌區(qū)地處無定河川道區(qū)，地勢(shì)相對(duì)平坦，土地肥沃，光照充足，灌水便利，為榆林市糧油主產(chǎn)區(qū)。因此，種植業(yè)以農(nóng)作物種植為主，主要農(nóng)作物包括水稻、玉米、花生、西瓜、蔬菜、谷子、大豆等，以種植水稻、玉米、花生、西瓜、蔬菜作物為主，其中水稻和玉米占總種植面積的87%，復(fù)種指數(shù)為1.0。由于陜北地區(qū)干旱、半干旱氣候特點(diǎn)，灌區(qū)農(nóng)作物多年平均畝產(chǎn)量為旱地的4 倍以上，玉米畝產(chǎn)達(dá)700 kg/畝以上。無定河川道區(qū)的水稻種植歷史悠久，久負(fù)盛名，但其耗水量較大，隨著榆林地區(qū)工農(nóng)業(yè)的發(fā)展、特別是能源化工基地的建設(shè)和城市化水平的提高，該地區(qū)水資源供需矛盾將愈加尖銳，高耗水的生產(chǎn)行業(yè)將被淘汰，因此，該灌區(qū)的水稻種植面積將被逐步壓縮，最終，水稻種植將僅限于因地下水位高，存在漬害和鹽堿問題，不宜改種旱作物的部分區(qū)域。

3.3 水量供需平衡分析

雷惠渠灌區(qū)是以無定河為水源的渠灌區(qū)。通過對(duì)灌區(qū)水源來水量、灌溉用水量分析計(jì)算，采用設(shè)計(jì)代表年法進(jìn)行灌區(qū)水量平衡分析。

3.3.1 可供水量分析計(jì)算

（1）年徑流量頻率分析

雷惠渠灌區(qū)渠首位于無定河趙石窯水文站附近，故采用趙石窯水文站水文資料進(jìn)行來水量分析計(jì)算，該站具有1956年～2005 年50 年實(shí)測(cè)徑流資料，為了保證長(zhǎng)系列水文資料的一致性，根據(jù)水量平衡分析的原理和需要，對(duì)實(shí)測(cè)徑流資料進(jìn)行還現(xiàn)一致性處理。其年徑流量頻率曲線見圖1，保證率50%的典型年為1977 年，保證率75%的典型年為1980 年和1983年，各典型年月徑流量見表1。

（2）來水量計(jì)算

根據(jù)年徑流量頻率分析和實(shí)測(cè)徑流資料，其保證率50%的設(shè)計(jì)代表年為1977 年。保證率75%的設(shè)計(jì)代表年為1980年和1983 年。各設(shè)計(jì)代表年年徑流量及年內(nèi)分配見表1。

圖1 無定河（趙石窟站）年徑流量經(jīng)驗(yàn)頻率曲線

3.3.2 灌溉用水量分析計(jì)算

（1）作物種植比例

目前，雷惠渠灌區(qū)農(nóng)作物以種植水稻、玉米、花生、西瓜、蔬菜等作物為主，復(fù)種指數(shù)達(dá)100%。目前，雷惠渠灌區(qū)作物種植面積及比例見表2。根據(jù)榆林市今后逐步壓縮水稻種植面積的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整政策，鑒于雷惠渠灌區(qū)目前水稻種植區(qū)部分區(qū)域地下水位高，存在漬害和鹽堿問題，不宜改種旱作物的實(shí)際情況，灌區(qū)節(jié)水改造后水稻種植面積由灌區(qū)節(jié)水改造前的1000 畝壓縮至灌區(qū)節(jié)水改造后的500 畝。灌區(qū)節(jié)水改造后作物種植面積及比例見表2。

表2 雷惠渠作物改造前與改造后的種植面積及比例

（2）作物灌溉制度與灌水率

從作物種植比例看出，雷惠渠灌區(qū)節(jié)水改造前以玉米、水稻種植為主，分別占作物種植面積的81%和6%，灌區(qū)節(jié)水改造后以玉米種植為主，占作物種植面積的80%。因?yàn)榛ㄉ?、西瓜、蔬菜改造前后灌溉定額沒變化，所以這里不探討，僅探討玉米、水稻的灌水率。根據(jù)灌區(qū)多年運(yùn)行實(shí)際，灌區(qū)節(jié)水改造前主要作物50%保證率的灌溉制度與灌水率見表3。根據(jù)有關(guān)灌溉試驗(yàn)研究資料、灌區(qū)多年運(yùn)行實(shí)踐，以及灌區(qū)節(jié)水改造后管理措施的變化等，該灌區(qū)節(jié)水改造后主要作物50%保證率的灌溉制度與灌水率見表3。

表3 雷惠渠灌區(qū)節(jié)水改造前、后各類作物灌溉制度

續(xù)表3

（3）灌溉需水量計(jì)算

根據(jù)主要作物的灌溉制度、灌溉面積，有關(guān)公式W凈=∑miωi計(jì)算的灌溉需水量。

（4）灌溉用水量及用水過程計(jì)算

通過分析計(jì)算，灌區(qū)現(xiàn)狀和節(jié)水改造后，50%設(shè)計(jì)水平年灌溉用水量及用水過程，結(jié)果見表4、表5。灌區(qū)現(xiàn)狀和節(jié)水改造后，渠系、田間和灌溉水有效利用系數(shù)分別為：

灌區(qū)現(xiàn)狀：η干=0.786，η支=0.604，η斗=0.897，η農(nóng)=0.89，η田=0.87，η=0.506。

灌區(qū)節(jié)水改造后：η干=0.96，η支=0.92，η斗=0.975，η未襯斗=0.897，η農(nóng)=0.89，η田=0.87，η=0.709。

表4 雷惠渠灌區(qū)50%設(shè)計(jì)代表年灌溉用水量計(jì)算表（改造前）

表5 雷惠渠灌區(qū)50%設(shè)計(jì)代表年灌溉用水量計(jì)算表（改造后）

3.3.3 水量平衡計(jì)算

根據(jù)以上來水量與灌溉用水量及用水過程計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行水量平衡計(jì)算，灌區(qū)現(xiàn)狀和節(jié)水改造后水量平衡計(jì)算結(jié)果見表6。

從表6 用水量、來水量及其過程和水量平衡計(jì)算結(jié)果可以看出：灌區(qū)現(xiàn)狀和節(jié)水改造后，50%設(shè)計(jì)水平年的來水量，均滿足灌區(qū)灌溉用水要求，且引水量均不超過來水量的1/3。

3.3.4 灌溉節(jié)水量計(jì)算

根據(jù)灌區(qū)現(xiàn)狀和節(jié)水改造后50%設(shè)計(jì)水平年灌溉用水量計(jì)算結(jié)果（見表6）。灌區(qū)節(jié)水改造后，50%保證率的灌溉用水量從改造前的717.7 萬m3減少到436.4 萬m3，年節(jié)水281.3 萬 m3，節(jié)水效果顯著。

表6 灌區(qū)現(xiàn)狀與節(jié)水改造后50%水量平衡計(jì)算表 單位：萬m3

3.3.5 遠(yuǎn)期種植調(diào)整后水量平衡預(yù)估

根據(jù)榆林市國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃（遠(yuǎn)期）和水資源利用規(guī)劃，為適應(yīng)未來榆林市城市化發(fā)展水平和水資源承載力，遠(yuǎn)期榆林市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)將做進(jìn)一步調(diào)整，灌區(qū)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)也將相應(yīng)調(diào)整。假定調(diào)整后的農(nóng)、經(jīng)比例將從節(jié)水改造后的5∶1 調(diào)整為3∶1，遠(yuǎn)期灌區(qū)農(nóng)作物種植比例為水稻為500 畝，種植比例占4%。玉米為11000 畝，種植比例占73%。西瓜為1000 畝，種植比例占6%?；ㄉ鸀?00 畝，種植比例占4%。蔬菜為2000 畝，種植比例占13%。

根據(jù)進(jìn)一步調(diào)整后的作物種植比例和改造后作物灌溉制度，計(jì)算遠(yuǎn)期50%水平年用水量為469 萬m3，年用水量較節(jié)水改造后436.4 萬m3增加32.6 萬m3，來水量滿足灌區(qū)灌溉用水要求，且引水量仍不超過來水量的1/3，渠道斷面設(shè)計(jì)加大流量即可滿足引水要求。

4 結(jié)語

黃土高原區(qū)灌區(qū)水資源較為緊缺，如何提高灌區(qū)灌溉效益一直是個(gè)有爭(zhēng)議的問題。通過對(duì)雷惠渠節(jié)水改造水資源供需平衡分析，可見，灌區(qū)節(jié)水改造后效果顯著，年節(jié)水達(dá)281.3 萬m3；遠(yuǎn)期種植結(jié)構(gòu)調(diào)整后，年用水量雖然增加32.6 萬m3，來水量仍可滿足灌區(qū)灌溉用水要求，可見節(jié)水改造的效果巨大。