黃洞河灌區(qū)水資源供需平衡分析

王曉蕾, 歐正蜂, 孫春敏, 黃永奇

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510635；2.廣東省水動(dòng)力學(xué)應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510635；3.廣東省水利廳，廣東 廣州 510635)

灌區(qū)水資源供需平衡分析是灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)和改造的決定性指標(biāo)之一，由于一些地區(qū)水文站、降雨量測(cè)站分布不足、降雨徑流等數(shù)據(jù)序列記錄不全等問題，經(jīng)常無法獲取滿足可靠性、一致性和代表性要求的徑流和降雨資料[1]，怎樣計(jì)算灌區(qū)的可供水水量成為灌區(qū)水資源量供需平衡分析的關(guān)鍵之一。根據(jù)相關(guān)研究可利用廣東省水文圖集等資料來推算當(dāng)?shù)氐膹搅鱗1-3]。下文以黃洞河灌區(qū)[4]為例采用該方法進(jìn)行水資源量供需平衡分析。

1 灌區(qū)概況

黃洞河灌區(qū)位于清遠(yuǎn)市英德市西北部石牯塘鎮(zhèn)境內(nèi)，距英德市市區(qū)42 km(見圖1)，是石牯塘鎮(zhèn)灌溉的骨干工程，設(shè)計(jì)灌溉面積0.077萬hm2，屬一般中型灌區(qū)。灌區(qū)境內(nèi)屬丘陵地帶，地勢(shì)北高南低。

圖1 黃洞河灌區(qū)地理位置示意

灌區(qū)灌溉水主要引自黃洞河，灌區(qū)渠道分布在黃洞河下游的堯西河、長(zhǎng)江河和長(zhǎng)江叉河兩岸，通過在河流上建立陂頭進(jìn)行進(jìn)行引水灌溉。黃洞河為連江一級(jí)支流，發(fā)源于乳源縣大布三磨良；集雨面積為394 km2，市境內(nèi)為244.6 km2，干流河床長(zhǎng)為50 km，市境內(nèi)流程為39 km；境內(nèi)河床平均比降為4.77‰，天然落差為252 m，可利用落差85 m，流經(jīng)英德市的浛洸鎮(zhèn)永安街流入連江。黃洞河上、中游河陡、灘急、跌水多，其中有比較著名的大峽谷地貌，干流蜿蜒奔流于崇山峻嶺之間，在石牯塘鎮(zhèn)錦潭村附近一分為二，穿越于山間丘陵盆地中，在含光大曾屋附近合二為一，匯入連江，整個(gè)地勢(shì)由北向南呈臺(tái)階狀下跌，地形復(fù)雜，地貌多樣(工程區(qū)域水系示意見圖2)。黃洞河水資源豐富，電站裝機(jī)容量為2.7萬kW的錦潭一級(jí)電站就位于黃洞河，是北江、翁江、連江三大江一級(jí)支流中電站裝機(jī)容量最大的電站，錦潭梯級(jí)(含東西坑梯級(jí))裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)6萬kW以上。

圖2 工程區(qū)域水系示意

灌區(qū)內(nèi)匯入黃洞河的主要支流為坑尾水，坑尾水發(fā)源于石牯塘鎮(zhèn)坑背村，于183 m高程匯入黃洞河干流，河口控制集雨面積為22.5 km2，河流全長(zhǎng)為12.6 km，平均坡降為55.4‰。

2 灌溉制度

黃洞河灌區(qū)地處南方濕潤(rùn)地區(qū)，具有豐富的水資源，黃洞河灌區(qū)主要種植水稻和蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物，一年三熟，根據(jù)《灌溉與排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50288—2018)，灌溉設(shè)計(jì)保證率取90%。

2.1 灌溉制度

黃洞河灌區(qū)的灌溉制度參考《廣東省一年三熟灌溉定額》[5](后文簡(jiǎn)稱“《灌溉定額》”)。黃洞河灌區(qū)以種植水稻為主兼種經(jīng)濟(jì)作物。水稻采用“淺曬濕”型的節(jié)水灌溉制度，即是把淺水、曬田、濕潤(rùn)灌溉三者結(jié)合起來的灌水方式[6-8]。

2.2 灌水率設(shè)計(jì)

按照《灌溉定額》，黃洞河灌區(qū)屬第2農(nóng)業(yè)區(qū)，以清遠(yuǎn)市為代表點(diǎn)。灌區(qū)內(nèi)土壤主要為壤土，查《灌溉定額》中表5-1，當(dāng)?shù)厝劳恋囊荒耆旃喔榷~(P=90%)為685 m3/畝。

考慮到灌區(qū)以種植水稻為主，灌溉制度與水管理以水稻來進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)灌溉水量的年內(nèi)分配情況和當(dāng)?shù)氐墓喔戎贫?，?jì)算灌水率；在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上優(yōu)化灌水率設(shè)計(jì)。灌水率優(yōu)化的要求是使其比較均勻，且短期的峰值不大于設(shè)計(jì)灌水率的120%，最小灌水率不小于設(shè)計(jì)灌水率的40%，設(shè)計(jì)灌水率q設(shè)=0.8 m3/(s·萬畝)，最小灌水率為0.63 m3/(s·萬畝)。

查《灌溉定額》表5-4各站設(shè)計(jì)灌溉定額典型年表，清遠(yuǎn)站的枯水典型年為1980年4月至1981年3月?？菟?P=90%)典型年灌溉時(shí)段和降雨分配參考《廣東省一年三熟灌溉定額》附表11-(2)清遠(yuǎn)站，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1；枯水年(P=90%)綜合灌水率(優(yōu)化后)計(jì)算成果見表2和圖3。

表1 枯水年(P=90%)典型年灌溉灌水量時(shí)段分配和降雨分配 %

表2 枯水年(P=90%)綜合灌水率(優(yōu)化后)計(jì)算成果

圖3 優(yōu)化后枯水年(P=90%)的綜合灌水率示意

3 灌區(qū)供需水量平衡分析

3.1 灌區(qū)可利用水量

黃洞河灌區(qū)主要水源為黃洞河下游的堯西河、長(zhǎng)江河、長(zhǎng)江叉河以及部分區(qū)間集水，灌區(qū)通過在河流上建立若干引水陂頭來引水。黃洞河流域內(nèi)無實(shí)測(cè)徑流資料，設(shè)計(jì)年徑流采用多年平均徑流深等值線圖法，根據(jù)1991年省水文總站編制的《廣東省水文圖集》查表得：多年平均降雨量為1 982 mm，相應(yīng)變差系數(shù)Cv=0.25；多年平均徑流深為1 230 mm，相應(yīng)變差系數(shù)Cv=0.35。黃洞河各頻率徑流情況見表3。

表3 各頻率下黃洞河徑流量

本次工程徑流分配采用枯水年(P=90%)典型年降雨進(jìn)行分配(見表4)。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50288—99)，本灌區(qū)處于水資源豐富地區(qū)，設(shè)計(jì)灌溉保證率為90%。黃洞河在(P=90%)的枯水年徑總量為28 399萬m3。

表4 工程徑流分配 %；萬m3

3.2 灌區(qū)需水預(yù)測(cè)

本灌區(qū)作物需水量按照設(shè)計(jì)灌溉面積計(jì)算。依據(jù)《灌溉與排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50288—99)，干渠渠道水利用系數(shù)取0.85，支渠以下固定渠道渠系水利用系數(shù)取0.8，則灌區(qū)渠系水水利用系數(shù)取0.68，田間水利用系數(shù)為0.95，則灌溉水利用系數(shù)為0.65。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，灌區(qū)內(nèi)為一年三熟作物以水稻為主，兼種其它經(jīng)濟(jì)作物。依據(jù)《灌溉定額》，英德市屬于西江丘陵山地農(nóng)業(yè)區(qū)，查《灌溉定額》附圖和皮爾遜Ⅲ型曲線，計(jì)算出作物一年三熟各頻率下的灌溉凈定額，在此基礎(chǔ)上，利用灌溉水利用系數(shù)計(jì)算出灌溉毛定額，進(jìn)而計(jì)算相應(yīng)頻率下的灌溉用水量，計(jì)算結(jié)果見表5～6。

表5 黃洞河灌區(qū)灌溉用水量計(jì)算成果

表6 黃洞河灌區(qū)灌溉用水量計(jì)算成果

3.3 水資源量供需平衡分析

根據(jù)灌區(qū)可利用水量和預(yù)測(cè)需水量對(duì)黃洞河進(jìn)行水資源量供需平衡分析，采用枯水(P=90%)典型年的年徑流過程，按月調(diào)節(jié)方式進(jìn)行分析。考慮到黃洞河流域植被茂盛，水土保持條件較好，另外河道的生態(tài)用水量按照來水量的10%計(jì)算(計(jì)算成果見表7)。

表7 黃洞河P=90%枯水年水量平衡計(jì)算成果 萬m3

經(jīng)分析，黃洞河枯水年(P=90%)年來水量為28 399萬m3，年灌溉需水量為1 222.46萬m3，扣除蒸發(fā)量及河道生態(tài)流量后，黃洞河灌溉水量充足，滿足灌溉要求；按月分配水量在11月和12月不足，但可以通過水利工程的調(diào)蓄作用，滿足灌溉需求。

綜上所述，黃洞河灌區(qū)不存在資源性缺水，目前缺水主要為工程性缺水，通過實(shí)施節(jié)水改造工程可以解決黃洞河灌區(qū)的灌溉用水問題。這與徐小飛等[9]的研究結(jié)論：廣東省灌區(qū)普遍不存在資源性缺水，主要是工程性缺水的觀點(diǎn)是一致的。

4 結(jié)語

灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)和改造的根本性指標(biāo)之一是灌區(qū)水資源是否充足，但由于省內(nèi)水文站、降雨量測(cè)站分布不足或者數(shù)據(jù)序列記錄不全等各種問題，不能獲取數(shù)據(jù)或者獲取的數(shù)據(jù)不能滿足可靠性、一致性和代表性要求時(shí)，通過查詢廣東省水文圖集的方法推算當(dāng)?shù)氐目晒┧?；根?jù)當(dāng)?shù)氐墓喔戎贫群徒涤昵闆r確定各月灌溉需水量，進(jìn)而分析灌區(qū)的水資源是否滿足灌溉要求。