河南中州渠灌區(qū)節(jié)水配套改造項目灌區(qū)水量供需平衡分析

蔡旭陽，陳犁地

（洛陽市河渠管理處,河南 洛陽 471000）

近年來,隨著水資源的日益短缺,供需水矛盾十分突出,推廣節(jié)約用水、發(fā)展節(jié)水灌溉一直是國家發(fā)展的重點,而中州渠灌區(qū)目前干渠和干斗渠均為土渠,僅洛陽市區(qū)段干渠已護(hù)砌,其余未經(jīng)襯砌硬化,加之年久失修,工程老化,喪失控制能力,跑水、滲漏現(xiàn)象十分嚴(yán)重,同時,田間工程又不配套,大水漫灌普遍存在,用水浪費十分嚴(yán)重,灌溉水利用系數(shù)僅為0.41 左右。為改善上述問題,灌區(qū)對中州渠灌區(qū)節(jié)水配套項目進(jìn)行改造。本文圍繞中州渠灌區(qū)節(jié)水配套改造項目灌區(qū)水量供需平衡展開分析。

1 概況

中州渠灌區(qū)北靠邙山南臨洛河,東西長約20 km、南北寬3 km~5 km,成東西置狹長弓形。中州渠干渠于洛河上陽宮水面工程上游引水,蜿蜒穿經(jīng)洛陽市區(qū)、東北行至邙山南麓入孟津縣境,渠線沿邙山南麓東西行。支、斗渠由干渠向南、北梳形布置。區(qū)內(nèi)地勢一般整齊平坦,盛產(chǎn)糧、棉、蔬菜等作物。中州渠灌區(qū)灌溉面積9.0 萬畝,其中自流灌面積5.6 萬畝；提灌面積3.4 萬畝。

灌區(qū)屬于暖溫帶半干旱大陸性氣候,季風(fēng)環(huán)流影響明顯,氣溫、降雨等隨季節(jié)變化,四季分明。依據(jù)1963 年~1998 年資料多年平均降水量641 mm,最多為1035.6 mm（1964年）,最少401 mm（1991 年）。降水年內(nèi)分配不均,一般春季占19%,夏季占48%,秋季占27%,冬季占6%,而7 月~9 月三月占54%,年際分配變化也較大,最大為最小的2.6 倍。由于降水年內(nèi)分配不均,年際變化大。

2 灌區(qū)現(xiàn)狀水量供需分析

2.1 灌區(qū)現(xiàn)狀可供水量

灌區(qū)水源主要是洛河干流天然徑流供給,采用下游白馬寺水文站1956 年~1979 年水文周期還原計算的天然徑流量計算。

表1 洛河白馬寺站逐年天然徑流量

據(jù)此點繪經(jīng)驗頻率,采用三點法適線,得P1=5%,Xp1=55 億m3；P2=50%,Xp2=17 億m3；P3=95%,Xp3=10 億m3,則算得Cs=2.5,σ=16.054,X=22.8 億m3,CV= 0.70,故各頻率年徑流量見表2。

表2 洛河白馬寺站各頻率年徑流量表

選P=75%、90%兩典型年分別為1966 年、1978 年,按實測年份月分配比例將各頻率年徑流量分配到各月,如表3。

表3 洛河白馬寺站各月徑流量表

渠首以上洛河流域面積11581 km2,有故縣水庫集中放水和區(qū)間徑流兩部分。故縣水庫控制流域面積5370 km2,多年平均徑流量13.12 億m3,多年平均流量41.6 m3/s,總庫容11.75 億m3,興利庫容5.1 億m3,共裝機(jī)3 臺2 萬kW發(fā)電機(jī)組,單機(jī)發(fā)電流量36.2 m3/s。該庫經(jīng)調(diào)節(jié),除溢洪和單獨發(fā)電棄水外,水利用率達(dá)63.37%,目前因故縣灌區(qū)未開發(fā),水利用率可達(dá)70%。渠首下游800 m為洛河上陽宮水面工程,白馬寺站保證率75%的最小月平均流量為13.22 m3/s,橡膠壩壩頂高程140.7 m,蓄水區(qū)蓄水量為369 萬m3,保證有足夠的蓄水量可資利用。中州渠渠首壩為三孔,孔口尺寸2 m×2 m,渠底高程138.5 m,設(shè)計流量5 m3/s,加大流量6.5 m3/s,可引水總量15768 萬m3/年,加大引水總量20498 萬m3/年。渠首處保證率50%的洛河年徑流量為15.47 億m3,保證率50%的洛河最小月平均流量為21.40 m3/s。

以上水源,除洛河上陽宮水面工程外,過境水、區(qū)內(nèi)徑流和地下水,均不參與灌區(qū)水量平衡,渠首處保證率50%的洛河年徑流量為154700 萬m3。

2.2 需水量計算

（1）作物需水量確定

依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》,作物需水量可直接取用當(dāng)?shù)鼗蜃匀坏乩項l件類似的鄰近地區(qū)灌溉試驗站的觀測成果,或從已鑒定過的作物需水量等值線圖中選定[1]。采用河南省等值線圖、計劃產(chǎn)量系數(shù)法等方法,并結(jié)合臨近灌區(qū)資料綜合分析確定。

①等值線圖法

依據(jù)《河南省節(jié)水灌溉綜合技術(shù)研究》一書中查得灌區(qū)小麥多年平均需水量為475 mm,折合4750 m3/hm2；夏玉米多年平均需水量為425 mm,折合4250 m3/hm2；棉花多年平均需水量為600 mm,折合6000 m3/hm2。對查出的成果與《中國主要農(nóng)作物需水量等值線圖研究》一書進(jìn)行比較,基本一致。

②需水系數(shù)法

以計劃產(chǎn)量為參數(shù)的需水系數(shù)法,關(guān)鍵是分析確定合理的計劃產(chǎn)量和需水系數(shù)。作物計劃產(chǎn)量根據(jù)對洛陽市現(xiàn)有灌區(qū)的調(diào)查分析確定,被調(diào)查的中州灌區(qū)及黃河灌區(qū),其調(diào)查面積及平均產(chǎn)量：小麥4800 hm2,平均產(chǎn)量7695 kg/ hm2；玉米4067 hm2,平均產(chǎn)量7020 kg/ hm2；棉花867 hm2,平均產(chǎn)量6015 kg/hm2。上述兩灌區(qū)均系20世紀(jì)50年代未興建,目前具有中等以上管理水平,有一定的代表性。根據(jù)調(diào)查資料,計劃產(chǎn)量采用小麥7500 kg/hm2,玉米6900 kg/hm2,棉花（籽）6000 kg/hm2。作物需水系數(shù)參考《水工設(shè)計手冊》選定。

④鄰近新安提黃灌區(qū)資料

小浪底新安提黃灌區(qū)與中州渠灌區(qū)為鄰近灌區(qū),前者已批準(zhǔn)于1998 年開工建設(shè),其作物需水量采用值為：小麥5250 m3/hm2,玉米3750 m3/hm2,棉花6000 m3/hm2。

通過綜合分析比較, 根據(jù)灌區(qū)調(diào)查,棉花種植比例相對較少,而旱秋作物紅薯、春玉米、花生、芝麻、蔬菜等相對較多,若采用棉花需水量偏高,無代表性。由此決定灌溉制度分析用“秋雜”來代表早秋作物,不再用棉花代表,其作物需水量參照春玉米（山西）需水量確定為4700 m3/hm2（介于夏玉米3750 m3/hm2與棉花5700 m3/s之間,認(rèn)為較為合適）。則最終確定作物多年平均需水量采用值：冬小麥4750 m3/hm2,玉米3750 m3/hm2,秋雜4700 m3/hm2。

（2）需水量計算

中州渠灌區(qū)灌溉保證率50%的綜合灌溉定額為2508.75 m3/hm2。2020 年末,灌區(qū)灌溉面積達(dá)9 萬畝。灌溉保證率50%典型年凈灌溉用水量為1505.25 萬m3,灌溉水利用系數(shù)0.65,則毛灌溉用水量為2315.77 萬m3。

2.3 灌區(qū)水量平衡分析

灌區(qū)水量平衡就是對灌區(qū)可供水量與用水量進(jìn)行平衡計算,做到計劃用水、節(jié)約用水。通過以上分析,中州渠灌區(qū)水量平衡分析見表4。

表4 灌區(qū)2020 年水資源平衡分析表

由上表可知,中州渠灌區(qū)灌溉保證率50%的毛灌溉用水量為2315.77 萬m3。渠首引水水源為洛河水。渠首處保證率50%的洛河年徑流量為15.47 億m3,由此可見,灌溉用水可供水資源量充沛,完全滿足需求。

3 結(jié)語

本項目實施后,有效解決了灌區(qū)供需水之間的矛盾：渠系水利用系數(shù)由灌溉前的0.56 提高到0.724,灌溉水利用系數(shù)提高到0.65,節(jié)約了水資源,改善灌溉面積3.18 萬畝,年節(jié)水量508.59 萬m3,年增供水能力409.12 萬m3。增強(qiáng)了農(nóng)業(yè)抗御自然災(zāi)害的能力,為全面發(fā)展農(nóng)、林、牧、副魚業(yè)提供可靠條件,對改善灌區(qū)人民生活具有重要意義。