長則水庫灌區(qū)工程用水合理性分析

范 萌

（晉中市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 山西晉中 030600）

1 概況

長則水庫位于黃河流域汾河水系一級(jí)支流瀴澗河上游，地處山西省晉中市平遙縣襄垣鄉(xiāng)長則村東北1 km 處。水庫控制流域面積60 km2，流域長度19.7 km。水庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，300年一遇校核，總庫容114 萬m3，是一座以防洪、灌溉為主的?。?）型水庫。

長則灌區(qū)位于長則水庫下游，設(shè)干、支、斗、農(nóng)四級(jí)固定渠道。灌區(qū)建有干渠3 條，其中總干渠長0.911 km，正常設(shè)計(jì)流量為0.296 m3/s，加大后設(shè)計(jì)流量為0.400 m3/s（加大系數(shù)35%）；東干渠長3.715 km，正常設(shè)計(jì)流量為0.163 m3/s，加大后設(shè)計(jì)流量為0.220 m3/s（加大系數(shù)35%）；西干渠長4.368 km，正常設(shè)計(jì)流量為0.133 m3/s，加大后設(shè)計(jì)流量為0.180 m3/s（加大系數(shù)35%）。干渠全部防滲且采用漿砌石梯形渠道。灌區(qū)建有8 條支渠，長17.85 km，斗農(nóng)渠57 條，長39.49 km。長則灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積為800 hm2，有效灌溉面積為186.66 hm2。

長則水庫的取水用途為長則灌區(qū)灌溉用水，當(dāng)長則水庫地表水可供水量無法滿足長則灌區(qū)灌溉用水需求時(shí)，不足部分通過當(dāng)?shù)氐叵滤鳛檠a(bǔ)充。本文重點(diǎn)針對(duì)長則灌區(qū)的地表水取用情況進(jìn)行分析，根據(jù)現(xiàn)有水資源資料情況和項(xiàng)目實(shí)際，確定本項(xiàng)目用水合理性分析現(xiàn)狀水平年為2019年，規(guī)劃水平年為2025年。

2 節(jié)水評(píng)價(jià)和用水量核定

2.1 灌溉設(shè)計(jì)保證率合理性分析

灌區(qū)全部為農(nóng)灌用水，本項(xiàng)目的灌溉設(shè)計(jì)保證率根據(jù)水文氣象、水土資源、作物組成、灌區(qū)規(guī)模、灌溉方式及經(jīng)濟(jì)效益等因素綜合確定為50%，符合《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50288-2018）[1]。

2.2 作物需水量及需水過程分析

2.2.1 現(xiàn)狀年農(nóng)業(yè)用水量

2019年現(xiàn)狀年為偏枯水年，長則灌區(qū)灌溉面積為186.66 hm2，單位面積灌溉用水量為3 072.45 m3/hm2，灌區(qū)灌溉用水量為57.35 萬m3/a，其中取用長則水庫地表水34.5 萬m3/a（地表水灌溉面積為112.29 hm2），取用當(dāng)?shù)氐叵滤?2.85 萬m3/a。2019年現(xiàn)狀年長則灌區(qū)采用河井雙灌。灌區(qū)不同農(nóng)作物對(duì)應(yīng)的灌溉面積與灌溉用水量詳見表1。

表1 2019年現(xiàn)狀年長則灌區(qū)用水定額及實(shí)際灌溉用水量

分析灌區(qū)現(xiàn)狀年（偏枯水年）實(shí)際用水指標(biāo)為3 072.45 m3/hm2，在《山西省用水定額第1 部分：農(nóng)業(yè)用水定額》（以下簡(jiǎn)稱《山西省用水定額》）[2]75%農(nóng)田灌溉用水定額4 883.85 m3/hm2之內(nèi)，由于現(xiàn)狀年為偏枯水年，可不保證農(nóng)田灌溉用水需求，因此，灌區(qū)現(xiàn)狀用水量合理。

2.2.2 規(guī)劃年農(nóng)業(yè)用水量預(yù)測(cè)

1）灌溉保證率

根據(jù)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)相關(guān)要求及灌區(qū)現(xiàn)狀，灌溉設(shè)計(jì)保證率取50%。

2）灌溉制度

長則灌區(qū)的灌溉方式采用渠灌灌溉技術(shù)，灌區(qū)農(nóng)作物種植比例為：玉米20%、谷子5%、果樹70%、其它5%。設(shè)計(jì)保證率50%時(shí)，規(guī)劃年長則灌區(qū)農(nóng)作物的灌溉制度詳見表2。

表2 長則灌區(qū)農(nóng)作物灌溉制度表（P=50%）

3）灌溉用水量分析

長則灌區(qū)渠系水利用系數(shù)為0.601，田間水利用系數(shù)為0.93，灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)為0.559。根據(jù)灌區(qū)的農(nóng)作物灌溉制度（P=50%）與灌溉水利用系數(shù)，分析得出長則灌區(qū)灌溉凈需水量為1 522.5 m3/hm2，灌溉毛需水量為2 723.61 m3/hm2。灌區(qū)農(nóng)作物逐月需水量過程詳見表3。

表3 長則灌區(qū)逐月需水量過程表單位：m3/hm2

4）農(nóng)作物需水量預(yù)測(cè)

長則水庫的取水用途為長則灌區(qū)灌溉用水，在設(shè)計(jì)保證率為50%的條件下，水庫供水能力為70.5 萬m3/a，其中生態(tài)供水量為19.2 萬m3/a，水庫可提供的農(nóng)業(yè)用水量為51.3 萬m3/a。長則灌區(qū)有效灌溉面積為186.66 hm2，灌區(qū)灌溉毛需水量為2 723.61 m3/hm2，則灌區(qū)灌溉年需水量為50.84 萬m3/a。從可利用條件分析，設(shè)計(jì)保證率為50%時(shí)，長則水庫可供給的農(nóng)業(yè)用水量能夠滿足長則灌區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉用水需求。

2.3 輸配水形式及工程規(guī)劃合理性

本項(xiàng)目輸配水形式為：長則水庫通過均質(zhì)土壩攔河蓄水，通過水庫輸水洞渠道向下輸水，輸水方式采用高灌和自流兩種方式。高灌通過二級(jí)提水泵站，將水庫水引至襄垣鄉(xiāng)長則村，農(nóng)業(yè)灌溉通過配水管網(wǎng)到各個(gè)支渠及斗農(nóng)渠，再分配到各個(gè)灌溉出水口。自流方式利用地形高差，采用重力流方式向長則灌區(qū)其它區(qū)域輸水，農(nóng)業(yè)灌溉通過干渠到各個(gè)支渠、斗農(nóng)渠，再分配到各個(gè)灌溉出水口。

本項(xiàng)目?jī)?yōu)先采用長則水庫地表水作為長則灌區(qū)灌溉水源，當(dāng)水庫地表水可供水量無法滿足灌區(qū)灌溉用水需求時(shí)，不足部分通過當(dāng)?shù)氐叵滤鳛檠a(bǔ)充。項(xiàng)目的建設(shè)，利用了地表水資源發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉，在一定程度上限制了地下水的開采，對(duì)地下水實(shí)施嚴(yán)格保護(hù)，改善了地下水環(huán)境，促進(jìn)了地下水資源可持續(xù)利用。本項(xiàng)目的建設(shè)符合《國務(wù)院關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》、《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)水污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》等文件精神要求，符合《山西省人民政府辦公廳關(guān)于加強(qiáng)地下水管理與保護(hù)工作的通知》要求。

2.4 灌水技術(shù)合理性分析

長則灌區(qū)按畝定量供水，采用“一過水”節(jié)水灌溉技術(shù)，水從畦首流到畦尾即能把畦面淹沒，不必壅高畦內(nèi)水位，灌溉用水能滿足莊稼生長的需要而又不浪費(fèi)水量，從而達(dá)到節(jié)水效果。與傳統(tǒng)的大水漫灌技術(shù)相比，“一過水”灌溉技術(shù)不僅節(jié)約用水，還節(jié)省電力、人力成本，從而使糧食成本降低，增加農(nóng)民收入，是合理的灌水技術(shù)。

2.5 灌溉制度合理性分析

長則灌區(qū)的灌溉制度依據(jù)渠道防滲輸水灌溉工程及其相應(yīng)的灌溉設(shè)計(jì)保證率確定。長則灌區(qū)地處缺水地區(qū)，水資源供需矛盾突出，在缺水地區(qū)厲行節(jié)約用水就不宜提倡充分供水的高額豐產(chǎn)灌溉制度，而應(yīng)該采用非充分供水條件下的經(jīng)濟(jì)灌溉制度，為發(fā)揮有限水資源的最大效益，在作物產(chǎn)量形成對(duì)缺水最敏感的階段進(jìn)行灌溉，其他階段少灌或不灌，灌溉用水量根據(jù)作物不同生育階段對(duì)缺水的敏感性，采用灌關(guān)鍵水、非充分灌溉等方式確定。

灌區(qū)目前采用的農(nóng)作物灌溉制度是綜合灌區(qū)內(nèi)主要作物種植比例、生育階段、生育期需水量、生育期有效降雨量以及《山西省用水定額》和當(dāng)?shù)厝罕娯S產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上制定而成的，灌溉制度中的灌溉定額在《山西省用水定額》中保證率為50%時(shí)Ⅱ區(qū)的定額值之內(nèi)，因此，長則灌區(qū)灌溉制度合理。

3 水量配置分析

長則水庫的取水用途為長則灌區(qū)灌溉用水，長則灌區(qū)按畝定量供水，無退水產(chǎn)生。2025年規(guī)劃年長則水庫可供給的農(nóng)業(yè)用水量為51.3 萬m3/a（P=50%），能夠滿足長則灌區(qū)的186.66 hm2農(nóng)田的農(nóng)業(yè)灌溉用水需求。灌區(qū)農(nóng)作物的地表水取用情況為：玉米10.02 萬m3/a，谷子2.00 萬m3/a，果樹36.82 萬m3/a，蔬菜等其它農(nóng)作物2.00 萬m3/a。長則灌區(qū)規(guī)劃年地表水取用情況詳見表4，供水配置情況詳見圖1。

表4 長則灌區(qū)規(guī)劃年地表水取用情況

圖1 長則水庫灌區(qū)工程供水量配置圖（單位：萬m3）

4 用水效率分析

4.1 灌溉定額指標(biāo)計(jì)算與比較

4.1.1 現(xiàn)狀用水定額

由表1可見，2019年為偏枯水年，長則灌區(qū)毛灌溉用水定額為3 072.45 m3/hm2。灌區(qū)各種農(nóng)作物的凈灌溉用水量在《山西省用水定額》75%保證率下的作物灌溉用水定額（玉米2 250 m3/hm2、谷子2 100 m3/hm2、果樹2 850 m3/hm2、蔬菜等其它農(nóng)作物2 325～3 900 m3/hm2）要求內(nèi)。

4.1.2 設(shè)計(jì)用水定額

設(shè)計(jì)保證率50%時(shí)，規(guī)劃年長則灌區(qū)農(nóng)作物灌溉制度中的灌溉定額在《山西省用水定額》50%保證率下的作物灌溉用水定額（玉米1 650 m3/hm2、谷子1 575 m3/hm2、果樹2 325 m3/hm2、蔬菜等其它農(nóng)作物1 875～3 525 m3/hm2）要求內(nèi)。

4.2 灌溉用水效率指標(biāo)計(jì)算與比較

灌溉水利用系數(shù)是灌入田間可被作物利用的水量與水源取用的總水量的比值。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50288-2018），灌溉水利用系數(shù)也是渠系水利用系數(shù)和田間水利用系數(shù)的乘積，計(jì)算公式如公式（1）。

式中：η——灌溉水利用系數(shù)；

ηs——渠系水利用系數(shù)；

ηf——田間水利用系數(shù)。

長則灌區(qū)灌溉渠系設(shè)干、支、斗、農(nóng)四級(jí)固定渠道，毛渠直接進(jìn)入田間，渠系水利用系數(shù)為0.601；長則灌區(qū)屬于旱作灌區(qū)，位于平原地區(qū)，田間水利用系數(shù)為0.93。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，長則灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積為800 hm2，667 hm2≤灌區(qū)面積＜20 000hm2，渠系水利用系數(shù)不應(yīng)低于0.65，旱作灌區(qū)田間水利用系數(shù)不宜低于0.9。由此可見，長則灌區(qū)渠系水利用系數(shù)低于標(biāo)準(zhǔn)要求，田間水利用系數(shù)滿足要求。

根據(jù)公式（1）計(jì)算得出，灌溉水利用系數(shù)為0.559。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50288-2018），667～20 000 hm2的灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)不應(yīng)低于0.60，長則灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)低于標(biāo)準(zhǔn)要求，可對(duì)灌區(qū)內(nèi)支渠、斗渠進(jìn)行防滲處理，進(jìn)一步減少渠道輸水損失，以提高渠系水利用系數(shù)，進(jìn)而提高灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)。

5 結(jié)論

通過作物需水量及需水過程分析，2025年規(guī)劃年，長則灌區(qū)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：設(shè)計(jì)灌溉面積為800 hm2，有效灌溉面積為186.66 hm2，灌溉水利用系數(shù)為0.559，灌區(qū)灌溉用水指標(biāo)為2 723.61 m3/hm2，各種作物的凈灌溉定額在《山西省用水定額》中保證率為50%時(shí)Ⅱ區(qū)的定額要求內(nèi)。經(jīng)核定2025年規(guī)劃年長則灌區(qū)農(nóng)作物灌溉需水總量為50.84 萬m3/a，在設(shè)計(jì)保證率為50%的條件下，長則水庫可供給的農(nóng)業(yè)用水量能夠滿足長則灌區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉用水需求。灌區(qū)按畝定量供水，項(xiàng)目無退水。工程建設(shè)符合當(dāng)?shù)貐^(qū)域水資源優(yōu)化配置和可持續(xù)利用的要求。長則水庫灌區(qū)工程用水是合理的。