阿克蘇西大橋引水灌區(qū)水資源供需平衡分析

艾合買提江·艾木拉

(新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000)

西大橋渠首控制著阿克蘇市老大河灌區(qū)、阿瓦提灌區(qū)、兵團農(nóng)一師沙井孜灌區(qū)和柯坪縣啟浪灌區(qū)19.53萬hm2的灌溉任務(wù)，主要從阿克蘇河西大橋分水[1]。為了確保灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展用水需求，需對灌區(qū)水資源供需平衡情況進行分析。

1 概況

西大橋引水樞紐工程位于阿克蘇地區(qū)阿克蘇市境內(nèi)，主要由西大橋電站尾水控制閘、勝利二級電站渠進水閘、沙克渠進水閘、老大河進水閘和東岸大渠進水閘、退水閘(所屬兵團)及上、下游連接段建筑物組成，主要引阿克蘇河水進行發(fā)電和灌溉。灌區(qū)屬暖溫帶荒漠干旱氣候，水資源分布不均衡[2]，人口約65萬人，灌區(qū)內(nèi)經(jīng)濟以農(nóng)業(yè)為主，主要作物有棉花、冬小麥、玉米、油料作物、水稻、水果等，另有部分林地和草場。設(shè)計灌水率為5.04m3/(s·萬hm2)，灌溉面積為19.53萬hm2，灌溉水利用系數(shù)為0.65。各閘設(shè)計流量情況見表1。該引水樞紐運行至今，工程老化非常嚴重，海漫、消力池、扭面邊坡等出現(xiàn)裂縫，已不能滿足正常運行的要求，嚴重影響了樞紐工程的安全運行。

表1 各閘設(shè)計流量計算表

2 灌區(qū)需水預(yù)測

2.1 灌區(qū)農(nóng)業(yè)面積發(fā)展預(yù)測

西大橋引水樞紐工程控制灌區(qū)包括地方灌區(qū)和部分兵團灌區(qū)(本次稱為上游兵團灌區(qū))，灌溉面積19.53萬hm2，其中阿克蘇市東岸大渠灌區(qū)灌溉面積1.53萬hm2，阿依庫勒灌區(qū)灌溉面積1.25萬hm2；阿瓦提縣玉滿灌區(qū)灌溉面積3.81萬hm2，拜什艾日克灌區(qū)灌溉面積1.18萬hm2，英艾日克灌區(qū)灌溉面積0.94萬hm2，豐收灌區(qū)灌溉面積2.01萬hm2；柯坪縣啟浪灌區(qū)灌溉面積0.32萬hm2，上游兵團灌區(qū)灌溉面積7.41萬hm2，水資源供需矛盾突出[3]。

阿克蘇流域灌區(qū)開發(fā)歷史悠久[4]，根據(jù)阿克蘇河干流灌區(qū)規(guī)劃，設(shè)計水平年(2022年)不發(fā)展灌溉面積，維持現(xiàn)有面積19.53萬hm2不變(各分灌區(qū)面積亦維持不變)。灌區(qū)總發(fā)展方向是以農(nóng)業(yè)為主，農(nóng)、林、牧、副全面發(fā)展，多種經(jīng)營，農(nóng)工商一體化?，F(xiàn)狀年(2016年)，灌區(qū)種植業(yè)、林果業(yè)、牧業(yè)結(jié)構(gòu)比例為1∶0.25∶0.10。根據(jù)國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策，結(jié)合阿克蘇地區(qū)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃[5]，設(shè)計水平年灌區(qū)種植業(yè)、林果業(yè)、牧業(yè)結(jié)構(gòu)比例為1∶0.34∶0.21?，F(xiàn)狀年糧食作物的播種面積為0.89萬hm2(不含復(fù)播)，占種植業(yè)面積的4.59%；經(jīng)濟作物的播種面積為18.63萬hm2，占種植業(yè)面積的95.41%。根據(jù)當(dāng)前灌區(qū)內(nèi)經(jīng)濟社會發(fā)展的要求，糧食作物面積要適應(yīng)人口增長需要，經(jīng)濟作物以冬小麥和棉花為主，同時增加飼草料面積，為發(fā)展農(nóng)區(qū)畜牧業(yè)創(chuàng)造條件。設(shè)計水平年糧食作物的播種面積為7.23萬hm2，占種植業(yè)面積的37.03%；經(jīng)濟作物的播種面積為12.29萬hm2，占種植業(yè)面積的62.97%。

2.2 農(nóng)業(yè)需水量

本次計算灌溉設(shè)計保證率是根據(jù)GB 50288—99《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》[6]，確定干旱地區(qū)或水資源短缺地區(qū)以旱作為主的灌溉設(shè)計保證率為50%～75%，結(jié)合當(dāng)?shù)厮臍庀蠹敖?jīng)濟效益等，確定灌溉設(shè)計保證率為75%及90%。

灌區(qū)自然地勢前段較陡，土層薄，保水、保肥一般。旱作灌區(qū)田間水利用系數(shù)設(shè)計值不應(yīng)低于0.9，本灌區(qū)田間水利用系數(shù)現(xiàn)狀年取0.9。灌區(qū)內(nèi)除有常規(guī)地面漫灌方式，還有滴灌，根據(jù)“水資源管控三條紅線”，2022年綜合灌溉水利用系數(shù)為0.58，經(jīng)過計算，設(shè)計水平年2022年，灌區(qū)綜合灌溉水利用系數(shù)為0.65。

西大橋渠首控制灌區(qū)以往灌溉方式以淹灌、漫灌為主，水資源浪費嚴重，本次規(guī)劃對部分面積實行節(jié)水方式灌溉，灌區(qū)采用標(biāo)準(zhǔn)溝畦灌。為確定灌區(qū)灌溉設(shè)計保證率和經(jīng)濟合理的種植規(guī)模，對灌區(qū)的各種作物進行合理搭配，在不影響作物生長期需水要求和作物產(chǎn)量的前提下，對部分作物的灌水時間作調(diào)整，盡可能消除灌水率高峰和短期停水現(xiàn)象。結(jié)合當(dāng)?shù)亟邓闆r確定灌水時間、次數(shù)、灌溉定額。灌溉面積及灌溉定額情況見表2。

表2 灌區(qū)各水平年種植業(yè)結(jié)構(gòu)及灌溉定額表

根據(jù)灌區(qū)所處地理位置和區(qū)內(nèi)土壤、植被、降水、蒸發(fā)、氣溫、水文、地質(zhì)以及作物組成、耕作制度等多種因素綜合分析，參照DB 65/3611—2014《農(nóng)業(yè)灌溉用水定額(新疆維吾爾自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn))》[7]，根據(jù)灌區(qū)的作物種植比例、灌溉制度，經(jīng)過計算，現(xiàn)狀水平年灌區(qū)設(shè)計灌水率為5.355m3/s·萬hm2。

到設(shè)計水平年，根據(jù)灌區(qū)不同作物的種植面積，灌溉制度，計算各種作物的灌水率，經(jīng)過作物種植比例和灌水延續(xù)時間的調(diào)整，經(jīng)過計算，設(shè)計水平年灌區(qū)設(shè)計灌水率為5.04m3/s·萬hm2。

根據(jù)各灌區(qū)不同灌溉制度及大農(nóng)業(yè)、種植業(yè)結(jié)構(gòu)計算不同水平年各灌區(qū)灌溉定額[8]，結(jié)合各水平年各灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)，得到現(xiàn)狀年灌區(qū)毛灌溉定額為10513.35m3/hm2，設(shè)計水平年灌區(qū)毛灌溉定額為7756.8m3/hm2。

根據(jù)水資源“三條紅線”，2022年阿克蘇地區(qū)毛灌溉定額為9900m3/hm2，經(jīng)過計算，設(shè)計水平年2022年，灌區(qū)毛灌溉定額為7756.8m3/hm2，滿足“三條紅線”要求。

根據(jù)各灌區(qū)不同水平年作物種植面積、灌溉制度、灌溉水利用系數(shù)，計算出農(nóng)業(yè)灌溉需水量?，F(xiàn)狀年灌區(qū)灌溉需水量為20.20億m3，設(shè)計水平年2022年灌區(qū)灌溉需水量為15.12億m3。

3 灌區(qū)供水情況

3.1 地表水引用情況

西大橋引水樞紐天然設(shè)計年徑流年內(nèi)分配過程扣減上游灌區(qū)耗水過程和西大橋電站龍口引水，即為設(shè)計年的工程場址處可引水量及年內(nèi)分配過程，成果見表3。

表3 設(shè)計年西大橋引水樞紐閘前來水年內(nèi)分配成果表

3.2 地下水開采量

依據(jù)《新疆地下水資源利用與評價報告》，阿克蘇河流域平原地下水資源量為34.9億m3，可開采量為10.2億m3，流域地下水資源量豐富。西大橋渠首所控灌區(qū)現(xiàn)狀年有灌溉機井577眼，并已配套完成，單井平均出水量190m3/h，每天抽水20h，單井每月抽水11.78萬m3，月最大抽水量為6797.06萬m3，折合地表水10457.02萬m3(折算至渠首節(jié)點，應(yīng)除以干、支2級渠道損失的水利用系數(shù)現(xiàn)狀為0.65，設(shè)計年為0.8)，到設(shè)計水平年2022年，本灌區(qū)內(nèi)不再新增機井。

4 灌區(qū)水資源供需平衡計算

4.1 水資源供需平衡計算原則

本次供需平衡分析采用典型年法，對西大橋引水樞紐設(shè)計工況下設(shè)計徑流P=75%來水頻率進行分析計算，以現(xiàn)狀年和設(shè)計水平年年供需水量為基礎(chǔ)，灌區(qū)以西大橋渠首為計算節(jié)點，對灌區(qū)不同水平年的供需水進行平衡計算?？紤]到灌區(qū)內(nèi)其它行業(yè)用水量較少，且通過開采地下水可以滿足用水要求，因此本次供需計算僅考慮農(nóng)業(yè)灌溉需水。

4.2 供需平衡計算

設(shè)計水平年供需平衡計算成果見表4(P=75%)、表5(P=90%)。由設(shè)計水平年水資源供需平衡結(jié)果可知，在P=75%保證率下，灌區(qū)作物毛需水量為151183萬m3，向灌區(qū)配水量為282792萬m3，抽取地下水6797萬m3，折算至西大橋節(jié)點取水量為10457萬m3，平原水庫供水6791萬m3，缺水量4021萬m3。

表4 設(shè)計年西大橋渠首所控灌區(qū)供需平衡計算表(P=75%) 單位：萬m3

表5 設(shè)計年西大橋渠首所控灌區(qū)供需平衡計算表(P=90%) 單位：萬m3

在P=90%保證率下，灌區(qū)作物毛需水量為151183萬m3，向灌區(qū)配水量為231232萬m3，抽取地下水6797萬m3，折算至西大橋節(jié)點取水量為10457萬m3，平原水庫供水21411萬m3，缺水量12515萬m3。

5 結(jié)語

西大橋渠首肩負著7個灌區(qū)19.53萬hm2農(nóng)業(yè)灌溉引水任務(wù)，渠首引水直接影響到下游灌區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展和農(nóng)作物生長用水需求，通過分析灌區(qū)不同農(nóng)作物灌溉定額和渠系灌溉系數(shù)，進而計算出灌區(qū)2022年灌溉需水量和灌區(qū)可供水量。經(jīng)過對比，目前西大橋渠首引水工程引水不足，加之渠首工程老化失修，急需進行改造加大引水量，以滿足灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展用水需求。