天鎮(zhèn)縣蘭玉堡灌區(qū)續(xù)建配套水量供需平衡分析

盛國利

（天鎮(zhèn)縣水務(wù)局，山西 天鎮(zhèn) 038200）

1 灌區(qū)基本現(xiàn)狀

蘭玉堡灌區(qū)（舊稱蘭玉堡灌區(qū)泵站）位于山西省大同市天鎮(zhèn)縣，始建于1962年，原設(shè)計(jì)灌溉面積0.16萬hm2，受益范圍涉及天鎮(zhèn)縣卅里鋪鄉(xiāng)6個行政村（蘭玉堡、小辛莊、肖家屯、范家莊、劉家莊、卞家屯），灌區(qū)灌溉方式為揚(yáng)水泵站取地表水灌溉。由于近年來土地改良、耕地面積增加，現(xiàn)狀蘭玉堡、小辛莊、肖家屯、范家莊四個村的有效灌溉面積為0.115萬hm2，本次項(xiàng)目僅對這四個村進(jìn)行改造。

本次工程擬對蘭玉堡灌區(qū)現(xiàn)狀0.115萬hm2基本農(nóng)田灌溉設(shè)施進(jìn)行更新改造，對永昌站控制的0.045萬hm2基本農(nóng)田灌溉設(shè)施進(jìn)行續(xù)建配套，工程實(shí)施后可基本實(shí)現(xiàn)蘭玉堡灌區(qū)原設(shè)計(jì)灌溉規(guī)模0.16萬hm2，達(dá)到灌區(qū)建設(shè)初期效益。

2 灌區(qū)水利工程狀況

蘭玉堡灌區(qū)泵站位于南洋河干流上，有提水泵站三處，分別為蘭南站、蘭辛站、永昌站，設(shè)管理站一處。灌區(qū)泵站設(shè)計(jì)總流量0.83 m3/s，總裝機(jī)110 kW，但因設(shè)備運(yùn)行多年，水泵部件損耗，供水效率大大降低，加之渠首工程引水困難，現(xiàn)狀可供流量僅為0.42 m3/s左右。三個水泵站各配變壓器1臺，裝機(jī)容量分別為75 kVA、30 kVA、75 kVA，運(yùn)行近20年、老化嚴(yán)重，無絕緣包裹鋁質(zhì)高壓線未進(jìn)行過電網(wǎng)改造，有漏電現(xiàn)象發(fā)生。

經(jīng)調(diào)查灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有村屬機(jī)井31眼，單井出水量均為50 m3/h。灌區(qū)權(quán)屬現(xiàn)有機(jī)井12眼，均分布在渠道周邊，出水量均為50 m3/h，用以補(bǔ)充灌溉水源，但水泵運(yùn)行多年，水泵經(jīng)常壞，地下水水位下降，揚(yáng)程不足，無法滿足灌溉要求，需要重新配套水泵。電纜線現(xiàn)狀部分電纜不夠標(biāo)準(zhǔn)，不滿足水價改革計(jì)量設(shè)備的要求，需要重新配套?，F(xiàn)狀沒有井房，因此井房需要全部新建。灌區(qū)現(xiàn)狀有效灌溉面積0.115萬hm2，灌溉水利用系數(shù)0.53。

3 灌區(qū)水源地多年平均水資源量

3.1 白登河徑流量

采用南洋河干流上的柴溝堡水文站作為參證站，對蘭玉堡灌區(qū)泵站上游徑流量進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)蘭玉堡灌區(qū)泵站以上流域的徑流系數(shù)，采用水文比擬法計(jì)算蘭玉堡灌區(qū)泵站以上流域的徑流量，計(jì)算公式為：

式中：a蘭——蘭玉堡灌區(qū)泵站以上流域徑流系數(shù)，根據(jù)流域產(chǎn)流地類以及徑流系數(shù)分布圖選??；

a柴——柴溝堡以上流域徑流系數(shù)，根據(jù)實(shí)際計(jì)算所得；

F蘭——蘭玉堡灌區(qū)泵站以上流域集水面積；

F柴——柴溝堡以上流域集水面積。

柴溝堡水文站徑流量，根據(jù)南洋河上柴溝堡水文站的實(shí)測系列資料，對柴溝堡站資料系列進(jìn)行還原計(jì)算，還原計(jì)算的內(nèi)容包括：測站控制斷面以上大、中型及重點(diǎn)小型水庫蓄變量、附加蒸發(fā)量，大中型灌區(qū)、小型灌區(qū)灌溉耗水量，城市工業(yè)及生活用水耗水量、跨流域引水量、河道分洪、決口的水量等。還原計(jì)算的水量平衡方程式為：

水文站控制斷面天然徑流量W天然為測站實(shí)測徑流量W實(shí)測和測站控制斷面以上還原水量W還原之和，計(jì)算公式為：

根據(jù)大綱要求，結(jié)合實(shí)際情況，還原項(xiàng)目包括以下9項(xiàng)：

式中：W實(shí)測、W天然——水文站控制斷面實(shí)測和天然徑流量；

W還原——水文站控制斷面以上各項(xiàng)還原水量之和；

W農(nóng)耗——農(nóng)業(yè)灌溉河川徑流凈耗水量；

W工耗——工業(yè)引用河川徑流凈耗水量；

W林牧漁——林牧漁業(yè)引用河川徑流凈耗水量；

W人畜——農(nóng)村人畜吃水河川徑流凈耗水量；

W城生——城鎮(zhèn)生活河川徑流凈耗水量；

W引水——跨流域（水文站斷面以上控制流域）引入、引出河川徑流水量，引入為“-”，引出為“+”；

W庫蓄——水庫蓄水變量，增加時為“+”，減少時為“-”；

W庫蒸——水庫附加蒸發(fā)損失量，等于庫區(qū)水面蒸發(fā)量和陸面蒸發(fā)量之差；

W庫滲——水庫滲漏損失量。

根據(jù)以上水量平衡方程，各還原項(xiàng)還原水量之和即為總的還原水量。還原計(jì)算按河系自上而下，按水文站控制斷面分段進(jìn)行，然后累積計(jì)算。

分項(xiàng)還原水量統(tǒng)計(jì)計(jì)算，根據(jù)以上方法，對柴溝堡水文站系列資料進(jìn)行還原計(jì)算，經(jīng)計(jì)算并進(jìn)行修正后，柴溝堡水文站1980—2016年天然徑流量為7 250萬m3，多年平均徑流深為25.0mm，最大為1995年15342萬m3，最小為2008年3 953萬m3，極值比3.88。

3.2 蘭玉堡灌區(qū)泵站徑流量

根據(jù)柴溝堡水文站經(jīng)過還原修正后的徑流量系列，利用上述計(jì)算公式，計(jì)算蘭玉堡灌區(qū)泵站以上流域1980—2016年徑流量系列，經(jīng)計(jì)算蘭玉堡灌區(qū)泵站上游1980—2016年多年平均徑流量5 942萬m3，扣除上游陽高縣地表水用水量，即為蘭玉堡灌區(qū)泵站上游來水量，蘭玉堡灌區(qū)泵站上游來水量50%保證率徑流量為3 170萬m3，75%保證率徑流量為2 700萬m3。由于蘭玉堡灌區(qū)泵站是利用地表水進(jìn)行灌溉，根據(jù)相關(guān)資料，并參照水庫塘壩等，可利用系數(shù)取0.45。經(jīng)計(jì)算，蘭玉堡灌區(qū)泵站上游來水量50%保證率，可利用水量為1 427萬m3，75%保證率徑流量為1 215萬m3。

根據(jù)柴溝堡水文站天然徑流月分配量，進(jìn)行蘭玉堡灌區(qū)泵站可供水量月分配，詳見表1。

3.3 地下水

灌區(qū)權(quán)屬機(jī)井12眼，均在渠道附近，單井出水量均為50 m3/h，灌水時，機(jī)泵每天工作22 h，用以補(bǔ)充灌溉水源。

經(jīng)調(diào)查，灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有村屬機(jī)井31眼，單井出水量均為50 m3/h，灌區(qū)供水不足時，作為水源利用末級渠系進(jìn)行灌溉。

4 項(xiàng)目實(shí)施后灌區(qū)水量供需分析

4.1 項(xiàng)目實(shí)施完成后灌區(qū)可用水資源量

4.1.1 天陽盆地地下水置換工程供水

根據(jù)山西省人民政府印發(fā)的《山西省水資源全域化配置方案的通知》晉政發(fā)〔2017〕38號，和大同市發(fā)展和改革委員會文件，印發(fā)《關(guān)于大同市天陽盆地地下水置換工程可行性研究報告的批復(fù)》同發(fā)改政務(wù)發(fā)〔2017〕215號中，天陽盆地地下水置換工程設(shè)計(jì)年調(diào)水0.5億m3，近期（近期水平年2020年）調(diào)水0.3億m3，分配給天鎮(zhèn)縣和陽高縣。

大同市天陽盆地地下水置換工程，自冊田灌區(qū)北干分灌區(qū)提水工程末端出水池西營出水池取水，在西營出水池西北側(cè)布置西營加壓泵站，設(shè)計(jì)流量5.0 m3/s，泵站裝機(jī)2 240 kW，通過西營泵站揚(yáng)水至西營村西的隧洞進(jìn)口，之后沿西北方向布置隧洞，經(jīng)隧洞將水送入磚井村西南白登河上游的一條支溝（后溝），水順后溝進(jìn)入白登河上游，線路總長約13.63 km。

至2020水平年，該工程向天鎮(zhèn)縣貧困地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉供水量為1 230萬m3，置換井灌區(qū)面積0.395萬hm2（蘭玉堡灌區(qū)和孤峰山灌區(qū)）；至2030水平年，向天鎮(zhèn)縣貧困地區(qū)供水量為2 100萬m3，置換井灌區(qū)面積0.673萬hm2（蘭玉堡灌區(qū)和孤峰山灌區(qū)）。

2020年后天陽盆地地下水置換工程供水量按250萬m3計(jì)，可按需補(bǔ)充徑流。

4.1.2 地下水

灌區(qū)權(quán)屬機(jī)井12眼，均在渠道附近，單井出水量均為50 m3/h，灌水時，機(jī)泵每天工作22 h，用以補(bǔ)充灌溉水源。

根據(jù)《天鎮(zhèn)縣縣域小水網(wǎng)工程規(guī)劃》，2020年以后灌區(qū)內(nèi)地下水用水量將逐步被天陽盆地地下水置換工程置換，以減少地下水開采量。僅保留灌區(qū)權(quán)屬機(jī)井12眼，作為備用水源。實(shí)施后可用水量見表2。

表2 實(shí)施后可用水量統(tǒng)計(jì)表

4.2 灌區(qū)水利工程實(shí)施后供水能力

實(shí)施后地表水：三站設(shè)計(jì)總流量1.23 m3/s，其中蘭南站0.42 m3/s、蘭辛站0.17 m3/s、永昌站0.64 m3/s。

實(shí)施后地下水：灌區(qū)內(nèi)機(jī)井共12眼，其中蘭南站灌溉面積內(nèi)3眼、蘭辛站灌溉面積內(nèi)4眼、永昌站灌溉面積內(nèi)5眼，單井出水量均為50 m3/h。

供水能力按水泵流量乘以運(yùn)行時間計(jì)算，日最大運(yùn)行時間22 h。

工程實(shí)施后供水能力統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 實(shí)施后供水能力計(jì)算表

4.3 工程實(shí)施后需水量

4.3.1 灌溉設(shè)計(jì)保證率

灌溉設(shè)計(jì)保證率為75%。

4.3.2 灌溉水利用系數(shù)

式中：η灌——灌溉水利用系數(shù)；

η干——干渠利用系數(shù)，取0.96；

η支——支渠利用系數(shù)，取0.92；

η斗——斗渠利用系數(shù)，取0.85；

η田——田間水利用系數(shù)，取0.9。

通過上式計(jì)算：實(shí)施后設(shè)計(jì)灌溉水利用系數(shù)0.68，渠系水利用系數(shù)0.75。

4.3.3 灌水定額

灌水定額按下式計(jì)算：

式中：m——灌水定額；

η——灌溉水利用系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，玉米設(shè)計(jì)凈灌水定額為48.51 mm，即485.4 m3/hm2，雜糧設(shè)計(jì)凈水溉定額為38.81 mm，即388.2 m3/hm2。

實(shí)施后設(shè)計(jì)灌溉水利用系數(shù)為0.68，實(shí)施后設(shè)計(jì)玉米灌水定額713.85 m3/hm2，雜糧灌水定額570.9 m3/hm2。

經(jīng)復(fù)核，玉米、雜糧凈灌溉定額均不超過《山西省用水定額第1部分：農(nóng)業(yè)用水定額》（BD14/T 1049.1—2020）中，天鎮(zhèn)縣地表水渠道灌溉玉米凈灌溉定額1 740 m3/hm2、雜糧凈灌溉定額1 605 m3/hm2標(biāo)準(zhǔn)。

4.3.4 灌溉定額

結(jié)合當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣，偏枯年灌溉三次，播前、拔節(jié)、灌漿各一次，每次持續(xù)15 d，播前保墑灌水定額按玉米750 m3/hm2、雜糧600 m3/hm2計(jì)。實(shí)施后玉米灌溉定額2 177.7 m3/hm2，種植比例86%；雜糧灌溉定額1 741.8 m3/hm2，種植比例14%，目標(biāo)綜合灌溉定額為2 116.65 m3/hm2。

4.3.5 需水量計(jì)算

灌區(qū)需水量按照下式計(jì)算：

其中：W——灌溉總用水量，m3；

A——灌溉面積，hm2；

M——灌溉定額，m3/hm2。

經(jīng)計(jì)算，枯水期當(dāng)P=75%時，灌區(qū)總種植面積0.16萬hm2的統(tǒng)計(jì)需水總量為338.6萬m3。

5 供需平衡分析

項(xiàng)目實(shí)施后供需平衡分析：當(dāng)P=75%時，可用水資源總量、各灌水周期內(nèi)可用水資源量，均可滿足需水量；供水總能力、各灌水周期內(nèi)供水能力均可滿足需水量，供需剩余水量160.36萬m3。