拉西瓦灌溉工程設(shè)計(jì)規(guī)模推求分析

孔令晨

(青海省海南州貴德拉西瓦灌溉工程建設(shè)局，青海 海南州 811700)

0 引言

黃河谷地是青海省重要的糧食、經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)區(qū)。拉西瓦灌區(qū)是黃河谷地“四大灌區(qū)”之一，地處“沿黃河發(fā)展帶”。開發(fā)改建拉西瓦灌區(qū)，可增加當(dāng)?shù)乜偢孛娣e，改善灌區(qū)水利設(shè)施現(xiàn)狀，有效利用灌區(qū)水土資源，提升灌區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。灌區(qū)規(guī)模主要根據(jù)灌區(qū)范圍內(nèi)的用地規(guī)劃及水資源狀況兩方面確定[1]。本文基于對(duì)拉西瓦灌區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)模的影響因素，探討論證合理設(shè)計(jì)規(guī)模。

1 灌區(qū)現(xiàn)狀

拉西瓦灌溉工程位于青海省貴德縣黃河上游拉西瓦電站大壩和李家峽電站水庫(kù)庫(kù)尾之間的黃河南岸，地處黃土高原與青藏高原的過渡地帶。貴德南岸現(xiàn)狀灌區(qū)由東河灌區(qū)、西河灌區(qū)和提黃灌區(qū)三部分組成，總灌溉面積15.36萬(wàn)畝。擬建的拉西瓦灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉面積由東、西河灌區(qū)部分和全部提黃灌區(qū)面積組成，現(xiàn)狀總灌溉面積12萬(wàn)畝，其中包括西河灌區(qū)渠線以下4.61萬(wàn)畝，東河灌區(qū)4.88萬(wàn)畝，提黃灌區(qū)2.51萬(wàn)畝。

2 拉西瓦灌區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)模分析

2.1 灌區(qū)規(guī)劃面積

拉西瓦灌區(qū)位于貴德盆地黃河以南的一、二級(jí)階地上，范圍為貴德縣黃河南岸西起拉西瓦電站下游，東至沙巫灘的南干渠高程線以下至黃河岸邊和渠線以上100 m揚(yáng)程以內(nèi)的地區(qū)。按坡度將區(qū)域內(nèi)土地分成兩大塊，其中坡度小于15°的地區(qū)發(fā)展川水耕地和淺山耕地，坡度在15°～25°之間的土地發(fā)展淺山林果業(yè)，提高經(jīng)濟(jì)林比例，建設(shè)林果業(yè)基地。規(guī)劃拉西瓦灌區(qū)干渠渠首接引水樞紐輸水隧洞出口消力池2440.38 m高程處，通過明渠、暗涵、隧洞、渡槽、倒虹吸等各類建筑物將水輸送至干渠末端，總長(zhǎng)53.2 km，末端設(shè)計(jì)高程2391.809 m，共計(jì)消耗水頭約48.191 m。

根據(jù)區(qū)域可利用土地面積和干渠布置方案，規(guī)劃灌區(qū)總灌溉面積20.35萬(wàn)畝，改善現(xiàn)狀灌溉面積12萬(wàn)畝，新增灌溉面積8.35萬(wàn)畝，其中干渠線以下新增灌溉面積6.72萬(wàn)畝，干渠線以上新增提灌面積1.63萬(wàn)畝。規(guī)劃拉西瓦灌區(qū)各面積具體構(gòu)成見表1，分布見圖1。

表1 拉西瓦灌區(qū)規(guī)劃面積 單位：萬(wàn)畝

圖1 拉西瓦灌區(qū)規(guī)劃面積分布圖

2.2 灌區(qū)規(guī)劃水平年水量分析

2.2.1 灌溉制度調(diào)整

依據(jù)《青海省用水定額》，根據(jù)貴德縣實(shí)際氣候、氣象、條件和現(xiàn)狀灌溉情況，考慮規(guī)劃年份的節(jié)水灌溉措施，確定比較切合實(shí)際的作物灌溉定額、灌水次數(shù)。灌區(qū)規(guī)劃通過優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)，適當(dāng)加大經(jīng)濟(jì)作物種植比例，確定各作物的種植比例為：冬小麥15%、春小麥5%、玉米7%、油菜8%、蔬菜15%、馬鈴薯5%、經(jīng)濟(jì)林20%、生態(tài)林25%，復(fù)種比例為20%；其中冬小麥年澆水6次，春小麥年澆水6次，玉米年澆水4次，馬鈴薯年澆水5次，油菜年澆水5次，蔬菜年澆水9次，經(jīng)濟(jì)林年澆水6次，生態(tài)林年澆水4次，復(fù)種年澆水3次。拉西瓦灌區(qū)規(guī)劃水平年凈灌水率見圖2。

圖2 灌區(qū)規(guī)劃水平年凈灌水率圖

2.2.2 灌區(qū)水平年綜合灌溉水利用系數(shù)

灌溉水利用系數(shù)采用式(1)進(jìn)行計(jì)算：

η綜=η干×η支×η斗×η農(nóng)×η田

(1)

式中：η綜為綜合灌溉水利用系數(shù)；η干、η支、η斗、η農(nóng)分別為干、支、斗、農(nóng)渠渠系水利用系數(shù)；η田為田間水利用系數(shù)。

規(guī)劃拉西瓦灌區(qū)總灌溉面積20.35萬(wàn)畝，按灌溉方式可分為明渠自流灌溉、管網(wǎng)節(jié)水灌溉和提灌灌溉3種方式，其中明渠自流灌溉面積為17.47萬(wàn)畝，管網(wǎng)節(jié)水灌溉面積為1.25萬(wàn)畝，提灌灌溉面積為1.63萬(wàn)畝，由此可見高節(jié)水灌溉面積占總面積的14.15%。灌區(qū)綜合灌溉水利用系數(shù)見表2。

表2 拉西瓦灌區(qū)綜合灌溉水利用系數(shù)計(jì)算表

2.2.3 規(guī)劃水平年灌區(qū)內(nèi)各行業(yè)需水預(yù)測(cè)

(1)灌溉需水量

規(guī)劃水平年拉西瓦灌區(qū)灌溉面積達(dá)到20.35萬(wàn)畝，其中改善灌溉面積12萬(wàn)畝，擴(kuò)大灌溉面積8.35萬(wàn)畝；東、西河上游灌區(qū)改善灌溉面積分別為2.02萬(wàn)畝和1.34萬(wàn)畝，旱地變水澆地面積分別為2.51萬(wàn)畝和1.75萬(wàn)畝。規(guī)劃灌溉凈定額309.95 m3/畝，灌區(qū)綜合灌溉水利用系數(shù)為0.585，計(jì)算得農(nóng)業(yè)灌溉總需水量為10782.02萬(wàn)m3。

(2)人口、牲畜飲水需水量

規(guī)劃年拉西瓦灌區(qū)總?cè)丝谶_(dá)到67304人，其中城鎮(zhèn)人口16525人、農(nóng)村人口50779人，大牲畜5166頭，羊41776只，豬18082頭。依據(jù)《青海省用水定額》規(guī)劃城鎮(zhèn)人口人飲定額取95 L/(人·d)，農(nóng)村人口人飲定額取70 L/(人·d)，大牲畜飲水定額取34 L/(頭·d)，羊飲水定額取6 L/(只·d)，豬飲水定額取25 L/(頭·d)，計(jì)算出人口、牲畜飲水總需水量為219.07萬(wàn)m3。

(3)第二、第三產(chǎn)業(yè)需水量

規(guī)劃水平年灌區(qū)二產(chǎn)增加值為41098.12萬(wàn)元，三產(chǎn)增加值為28821.05萬(wàn)元。依據(jù)《定額》確定二產(chǎn)用水定額為129.4 m3/萬(wàn)元，三產(chǎn)用水定額為12 m3/萬(wàn)元，計(jì)算得灌區(qū)第二、第三產(chǎn)業(yè)需水量為566.57萬(wàn)m3。

(4)灌區(qū)總需水量

規(guī)劃水平年拉西瓦灌區(qū)范圍內(nèi)人口、牲畜飲水需水量為219.07萬(wàn)m3，第二、第三產(chǎn)業(yè)需水量為566.57萬(wàn)m3，農(nóng)業(yè)灌溉需水量為10782.02萬(wàn)m3，總需水量為11567.66萬(wàn)m3。

拉西瓦灌區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)狀灌溉面積12萬(wàn)畝，年灌溉用水量為10601.14萬(wàn)m3；規(guī)劃灌溉面積20.35萬(wàn)畝，其中改善灌溉面積12萬(wàn)畝，新增灌溉面積8.35萬(wàn)畝，年灌溉用水量為10782.02萬(wàn)m3，而灌溉需水量較現(xiàn)狀用水減少了180.88萬(wàn)m3；可見工程實(shí)施后，不僅滿足了國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門需水要求，保證了林草生態(tài)建設(shè)用水，而且還為東、西河上游提供了一定的水源積蓄，有利于小流域的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)水資源合理利用。

2.3 工程規(guī)模計(jì)算

2.3.1 灌區(qū)渠道流量推算

(1)灌溉流量

干渠流量的設(shè)計(jì)是根據(jù)各支渠續(xù)灌設(shè)計(jì)流量的總和，續(xù)灌渠道流量設(shè)計(jì)按式(2)計(jì)算：

(2)

式中：Q為續(xù)灌渠道的設(shè)計(jì)流量，m3/s；q為設(shè)計(jì)灌水率，m3/(s·萬(wàn)畝)；A為該渠道灌溉面積，萬(wàn)畝；η為渠道至田間的綜合灌溉水利用系數(shù)。

拉西瓦灌區(qū)總控制灌溉面積20.35萬(wàn)畝，設(shè)計(jì)灌水率為0.2778 m3/(s·萬(wàn)畝)，綜合灌溉水利用系數(shù)為0.585，則通過式(2)可計(jì)算出干渠灌溉設(shè)計(jì)流量為9.66 m3/s，考慮灌區(qū)以后發(fā)展需水，取流量加大系數(shù)1.2，得出灌區(qū)灌溉加大流量11.59 m3/s，見表3。

表3 灌區(qū)設(shè)計(jì)流量

(2)人口、牲畜飲水及第二、三產(chǎn)業(yè)需水流量

規(guī)劃拉西瓦灌區(qū)內(nèi)人口、牲畜年需水量為219.07萬(wàn)m3，第二、三產(chǎn)業(yè)年需水量為566.57萬(wàn)m3?？紤]人口、牲畜飲水和第二、三產(chǎn)業(yè)供水的日變化系數(shù)為1.3，不可預(yù)見系數(shù)0.3，計(jì)算得人口、牲畜飲水需水流量為0.11 m3/s，第二、三產(chǎn)業(yè)需水流量為0.23 m3/s。灌區(qū)規(guī)劃考慮在渠首即拉西瓦灌區(qū)引水樞紐出口處預(yù)留人口、牲畜飲水和第二、第三產(chǎn)業(yè)需水放水口一座，可供水最大流量為0.34 m3/s。

(3)支渠流量推算

流量設(shè)計(jì)按式(3)、式(4)計(jì)算確定：

(3)

(4)

式中：Q支為支渠設(shè)計(jì)流量，m3/s；q支為設(shè)計(jì)灌水率，m3/(s·萬(wàn)畝)；A支為支渠灌溉面積，萬(wàn)畝；η支為支渠灌溉水利用系數(shù)。

灌區(qū)通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，采用GPS定位測(cè)量、控制面積圖上勾繪確定各支渠控制灌溉面積，推算支渠流量；干渠流量分段考慮了施工、流量進(jìn)位等因素，首段渠道加大流量進(jìn)位至12 m3/s，以此為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3.2 工程規(guī)模確定

拉西瓦灌溉工程總控制灌溉面積為20.35萬(wàn)畝，其中現(xiàn)狀灌溉面積為12.0萬(wàn)畝，規(guī)劃新增灌溉面積8.35萬(wàn)畝。拉西瓦灌區(qū)渠首引水高程為2440.4 m，預(yù)測(cè)規(guī)劃年引水量為1.08億m3。灌區(qū)規(guī)劃總布設(shè)支渠28條，流量0.1 m3/s～1.73 m3/s。干渠設(shè)計(jì)流量為9.67 m3/s，加大流量為12 m3/s。灌區(qū)內(nèi)涉及2鄉(xiāng)3鎮(zhèn)，共56個(gè)行政村，規(guī)劃總?cè)丝?7304人。依據(jù)規(guī)范確定該工程為Ⅲ等中型水利工程。干渠建筑物根據(jù)設(shè)計(jì)引水流量在5 m3/s～20 m3/s之間確定干渠及建筑物級(jí)別均為4級(jí)，設(shè)計(jì)洪水按20 a一遇設(shè)計(jì)；支渠的設(shè)計(jì)引水流量均小于5 m3/s，確定支渠及建筑物級(jí)別均為5級(jí)，設(shè)計(jì)洪水按10 a一遇設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語(yǔ)

灌溉工程規(guī)模的確定牽扯到區(qū)域內(nèi)土地利用現(xiàn)狀、水資源狀況、規(guī)劃水平年經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展預(yù)測(cè)等方面。為有效利用區(qū)域水土資源優(yōu)勢(shì)，在灌區(qū)建設(shè)過程中秉持節(jié)水優(yōu)先思路，充分發(fā)掘水土資源潛力，合理劃定灌溉工程規(guī)模和工程等別是一項(xiàng)繁雜的工作?？蔀楣鄥^(qū)改擴(kuò)建工程確定設(shè)計(jì)規(guī)模提供推求思路，為后續(xù)設(shè)計(jì)者、管理者就灌區(qū)效益提供有效的分析方法。