十四五期間道旭引黃灌區(qū)水資源供需規(guī)模預(yù)測(cè)分析

胡曉平 馬新利

(濱州市水利資源開發(fā)建設(shè)中心，山東 濱州 256600)

我國(guó)是缺水國(guó)家，北方地區(qū)缺水尤其嚴(yán)重。我國(guó)一些灌區(qū)因建設(shè)年代久遠(yuǎn)，存在水利工程設(shè)施質(zhì)量不高、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低、工程效益衰減等問題。水資源工程配套設(shè)施不健全，加之嚴(yán)重的水污染導(dǎo)致水環(huán)境問題，使水資源供需矛盾更加尖銳[1]。實(shí)施大中型灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造，以及開展灌區(qū)水利工程設(shè)施續(xù)建配套改造，可減少渠道輸水損失，提高渠系水利用系數(shù)，從而達(dá)到節(jié)約水資源的目的。

道旭引黃灌區(qū)位于黃河三角洲，灌區(qū)內(nèi)土地肥沃，氣候溫和，光照充足，適宜農(nóng)林牧漁全面發(fā)展。由于灌區(qū)的骨干工程及配套措施受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平以及財(cái)力物力等因素限制，導(dǎo)致灌區(qū)水資源利用率偏低，因此，本文對(duì)道旭引黃灌區(qū)水資源供需規(guī)模進(jìn)行量化分析，分析結(jié)果可為灌區(qū)是否應(yīng)進(jìn)行節(jié)水改造提供技術(shù)支撐，并為以后灌區(qū)的科學(xué)發(fā)展提供合理化建議。

1 灌區(qū)概況

道旭引黃灌區(qū)位于山東省濱州市，黃河右岸，東以張東鐵路為界，西至淄博市高青縣界，南與桓臺(tái)縣為鄰。該灌區(qū)是在1966年虹吸管引水灌溉的基礎(chǔ)上，于1969年改建為引黃閘后逐步發(fā)展而成的中型灌區(qū)。灌區(qū)內(nèi)土地總面積為25.2萬畝，耕地面積17.07萬畝，設(shè)計(jì)灌溉面積16.4萬畝，引黃閘設(shè)計(jì)流量15m3/s，下設(shè)總輸沙渠1條，南干渠1條，分干渠及支渠47條。

2 灌區(qū)需水量分析

2.1 農(nóng)業(yè)灌溉需水量

2.1.1 主要作物組成及生育期

灌區(qū)作物以冬小麥、秋作、棉花和春作為主，本次用水分析，春作以春玉米為代表作物，秋作以夏玉米為代表作物，根據(jù)近幾年來區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)情況及農(nóng)作物的種植情況，確定各種代表作物的種植比例和生育期(見表1)。

2.1.2 作物耗水量確定

作物耗水量包括葉面蒸騰和棵間蒸發(fā)，與氣候、土質(zhì)作物生長(zhǎng)情況、產(chǎn)量、施肥等多種因素相關(guān)。對(duì)于各種作物的耗水量，因區(qū)內(nèi)無實(shí)驗(yàn)資料，參照打漁張以及冶源、潘莊等相鄰灌區(qū)的實(shí)驗(yàn)資料，結(jié)合本灌區(qū)實(shí)際擬定各種作物生育期綜合耗水量(見表1)。

2.1.3 設(shè)計(jì)典型年的選擇及有效水量模式分配

根據(jù)灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有可查的1952—2011年的實(shí)測(cè)降水資料，分別計(jì)算全年小麥、玉米、棉花等生育期的降水經(jīng)驗(yàn)頻率，據(jù)此選擇各相應(yīng)時(shí)段的降水保證率接近50%的年份作為設(shè)計(jì)代表年。根據(jù)代表年逐日降水，采用無效降水扣除法，計(jì)算各種作物、各生育期的有效降水量。經(jīng)計(jì)算多年平均年降水量為563mm，50%保證率年降水量為552mm。經(jīng)比較選定1967年作為50%保證率的降水代表年，計(jì)算不同作物各生育階段的有效降水量(見表2)。

表2 道旭灌區(qū)灌溉定額及灌水率計(jì)算

2.1.4 灌水定額與灌溉定額的確定

依據(jù)灌區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)，作物生育期耗水量和代表年各生育階段的有效降水量以及灌溉設(shè)計(jì)規(guī)范，確定各種作物的灌水定額和灌溉定額。各種作物各次灌水率按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：q為灌水率，m3/(s·萬畝)；a為作物種植比例，%；m為相應(yīng)作物的某次灌水定額，m3/畝；T為灌水延續(xù)天數(shù),d。

灌溉制度擬定中，每天灌水時(shí)間是按24h計(jì)算的，考慮每天灌水實(shí)際不能達(dá)到24h，并考慮代表作物以外的需水，因此規(guī)劃采用凈灌水模數(shù)q=0.59m3/(s·萬畝)。

經(jīng)計(jì)算，綜合凈灌水定額為170m3/畝。2020年渠系水有效利用系數(shù)為0.48，毛灌水定額為354m3/畝。2025年，渠系水利用系數(shù)可由現(xiàn)狀的0.48提高到0.65，灌水定額為262m3/畝。

2.1.5 農(nóng)業(yè)灌溉用水量

現(xiàn)狀灌區(qū)灌溉技術(shù)比較落后，灌溉水的有效利用系數(shù)較低，平均年有效灌溉面積12萬畝，毛用水量4248萬m3，非充分灌溉4.4萬畝，毛用水量720萬m3，灌區(qū)灌溉總用水量4968萬m3。

2025年，灌區(qū)骨干工程改造配套完成后，規(guī)劃灌溉面積達(dá)到原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)16.4萬畝，其中擴(kuò)大灌溉面積4.4萬畝，灌區(qū)灌溉總用水量4297萬m3。

2.2 工業(yè)用水量

灌區(qū)2020年工業(yè)增加值為20.52億元，萬元工業(yè)增加值用水定額為25m3，年用水量為513萬m3。2020—2025年間工業(yè)增加值年均增幅8%，預(yù)計(jì)2025年工業(yè)增加值達(dá)到30.15億元，萬元增加值用水量10m3，2025年用水量預(yù)計(jì)達(dá)到302萬m3。

2.3 生活用水量

灌區(qū)2020年農(nóng)村居民15.94萬人，城鎮(zhèn)居民11.46萬人。農(nóng)村居民生活用水70L/(人·d)，城鎮(zhèn)居民生活用水100L/(人·d)，合計(jì)年用水量825萬m3。根據(jù)《濱州市政府工作報(bào)告》，灌區(qū)范圍內(nèi)人口增長(zhǎng)率控制在14‰以內(nèi)，按照年均14‰的人口增長(zhǎng)率計(jì)算，濱州市常駐人口城鎮(zhèn)化率達(dá)到60%左右。預(yù)計(jì)2025年灌區(qū)范圍內(nèi)人口達(dá)到29.37萬人，其中農(nóng)村居民11.75萬人，城鎮(zhèn)居民17.62萬人。規(guī)劃2025年灌區(qū)范圍內(nèi)農(nóng)村居民生活用水80L/(人·d)，城鎮(zhèn)居民生活用水110L/(人·d)，合計(jì)年用水量1050萬m3?，F(xiàn)狀年與規(guī)劃年用水量統(tǒng)計(jì)情況見表3。

表3 2020年、2025年生活用水量統(tǒng)計(jì)

2.4 需水量統(tǒng)計(jì)

需水量統(tǒng)計(jì)情況見表4。由表4可知，灌區(qū)2020年實(shí)際用水量為6677.6萬m3；2025年實(shí)際用水量為6085.6萬m3。

表4 需水量統(tǒng)計(jì)情況 單位：萬m3

3 供水量分析

3.1 地表水

地表水主要包括當(dāng)?shù)氐乇韽搅?、過境客水和黃河水。

3.1.1 地表徑流

根據(jù)灌區(qū)1952—2011年實(shí)測(cè)降水資料統(tǒng)計(jì)分析，多年平均降水量為563mm，50%保證率年降水量為552mm，河道多年平均徑流量為2560萬m3，50%保證率的徑流量為1850萬m3。根據(jù)灌區(qū)現(xiàn)有攔蓄工程分析計(jì)算，當(dāng)?shù)氐乇硭昕晒┧繛?80萬m3?？紤]灌區(qū)現(xiàn)有攔蓄工程的完善，預(yù)計(jì)到2025年地表水年可供水量為1216萬m3。

3.1.2 過境客水

內(nèi)河客水主要包含灌區(qū)內(nèi)三號(hào)支溝、支脈河、北支新河、小清河等河道來水，據(jù)計(jì)算內(nèi)河客水多年平均徑流量為4.33億m3，50%保證率徑流量為3.23億m3。除去小清河污染水源及汛期不能利用部分，現(xiàn)狀工程可供水量為2950萬m3。到2025年工程可供水量仍為2950萬m3。

3.1.3 黃河水

根據(jù)李福軍[3]對(duì)高村站的統(tǒng)計(jì)，1951—2015年黃河山東省內(nèi)平均入境水量為246.82億m3。根據(jù)黃河水文資料統(tǒng)計(jì)分析，自黃河小浪底水庫建成運(yùn)行后，下游來水流量減少，因此黃河來水計(jì)算已不能沿用原有長(zhǎng)系列水文資料進(jìn)行。本次采用2005—2015年引水情況分析，引水最多的為2015年，月引水量最大的為2013年4月，達(dá)到了1.451億m3。道旭引黃閘保證率為50%時(shí)，可引天數(shù)為160天，可引進(jìn)水量為1.45億m3。

現(xiàn)今仍采用水利部黃河水利委員會(huì)1990年《關(guān)于黃河可供水量分配方案的通知》中“八七”分水方案，山東分配黃河可供水量為70億m3。根據(jù)山東省水利廳和山東省黃河河務(wù)局《關(guān)于印發(fā)山東境內(nèi)黃河及所屬支流水量分配暨黃河取水許可總量控制指標(biāo)細(xì)化方案的通知》(魯水資字〔2010〕3號(hào)文)，濱州市的分配水量為8.57億m3。根據(jù)濱州市水利局《關(guān)于調(diào)配分配我市黃河取水許可總量控制指標(biāo)的通知》(濱水辦字〔2010〕61號(hào)文)，濱州市分配道旭灌區(qū)引黃量為1950萬m3。2025年黃河水可利用量為1950萬m3。

3.2 可供水量統(tǒng)計(jì)

根據(jù)上述分析計(jì)算，灌區(qū)2020年可供水量為5680萬m3，2025年可供水量為6116萬m3，見表5。

表5 灌區(qū)可供水量統(tǒng)計(jì)情況 單位：萬m3

4 供需平衡分析

灌區(qū)水量供需對(duì)比情況見表6。

表6 灌區(qū)水量供需對(duì)比分析 單位：萬m3

通過以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，因骨干渠道沒有防滲襯砌，2020年灌區(qū)干支渠及田間工程不配套，灌區(qū)灌溉的利用系數(shù)較低，實(shí)灌面積達(dá)不到設(shè)計(jì)灌溉面積，仍有4.4萬畝耕地得不到有效灌溉，2020年缺水量達(dá)997.6萬m3。2025年引黃灌區(qū)內(nèi)共需水為6085.6萬m3，可供水量為6116萬m3，余水量30.4萬m3，通過渠道襯砌防滲，大力推廣各種形式的節(jié)水灌溉，地表水合理調(diào)度，可滿足灌區(qū)16.4萬畝灌溉要求。

5 結(jié)論及展望

道旭引黃灌區(qū)大部分干支渠沒有襯砌，灌溉水利用系數(shù)低，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，地表水和地下水現(xiàn)狀利用程度不高，過境河道的水質(zhì)污染嚴(yán)重，黃河來水量呈不斷減少的趨勢(shì)，現(xiàn)狀年缺水量達(dá)997.6萬m3。為滿足灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)、生活、生態(tài)用水，建議如下：

a.開展水利工程節(jié)水改造，渠系水利用系數(shù)可由現(xiàn)狀0.48提高到0.65，可供水量達(dá)6116萬m3，可滿足灌區(qū)16.4萬畝灌溉要求。采取節(jié)水改造工程措施的同時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)施高效灌溉制度并科學(xué)調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，根據(jù)王愛濱[4]的測(cè)算，采取以上措施后節(jié)水效果顯著，具有非常大的節(jié)水潛力。

b.結(jié)合濱州市雨污分流民生工程，促進(jìn)城市雨水資源化利用[5]，使市區(qū)內(nèi)收集的雨水科學(xué)組織分流，雨水污染輕，可直接排入城市內(nèi)河以及周邊河湖，可充盈河湖水量，提高地表水的使用效益，且可以增加地下水補(bǔ)給量，涵養(yǎng)水源，改善地區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境。

c.近年來全球厄爾尼諾現(xiàn)象頻發(fā)，對(duì)我國(guó)氣候的影響越發(fā)復(fù)雜，2020 年汛期氣候總體上表現(xiàn)為雨多溫高、澇重于旱，且氣候異常突出、極端事件頻發(fā)[6]。建議實(shí)施以麻大湖為中心的江河湖水系連通項(xiàng)目，合理利用麻大湖的蓄水功能，實(shí)現(xiàn)汛期蓄水，旱期供水的調(diào)節(jié)功能。