大型灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造項(xiàng)目供需水量平衡分析研究

寇思飛，周哲睿，翁茂峰，袁 超，董航凱

（1.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710065；2.陜西省水利發(fā)展調(diào)查與引漢濟(jì)渭工程協(xié)調(diào)中心,陜西 西安 710004；3.陜西省引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司,陜西 西安 710024）

1 灌區(qū)簡(jiǎn)介

某大型灌區(qū)位于豫西丘陵區(qū),東起弘農(nóng)澗河川區(qū),西至十二里河,南接小秦嶺,北臨黃河,東西長(zhǎng)45 km,南北寬6 km～15 km,涉及8 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)206 個(gè)行政村,是某市的主要糧食、水果產(chǎn)區(qū)。

灌區(qū)所在地氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶园霛駶?rùn)季風(fēng)氣候,光熱資源充足,但干旱缺水,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平不高,以種植小麥、玉米、蘋(píng)果、葡萄為主。灌區(qū)始建于二十世紀(jì)五十年代,以某大型水庫(kù)為主要水源,經(jīng)多階段的建設(shè),目前有總干渠1 條,干渠4 條,支渠29 條,灌溉面積35.5 萬(wàn)畝。灌區(qū)已運(yùn)行多年,渠道襯砌老化破損,防滲能力大為降低,沿線渠系建筑物長(zhǎng)期帶病運(yùn)行,制約著灌區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

2 灌區(qū)供需水概述

灌區(qū)供水水源主要有常規(guī)水源和非常規(guī)水源兩種類(lèi)型,常規(guī)水源主要有地表水和地下水,其中地表水包括引用某大型水庫(kù)和灌區(qū)范圍內(nèi)若干小型水庫(kù)的蓄水,地下水采用部分機(jī)井抽水；非常規(guī)水源主要為城鎮(zhèn)生活污水回用。灌區(qū)的水資源主要用于農(nóng)業(yè)灌溉,兼顧生活、工業(yè)生產(chǎn)和其他用水,用水水量和時(shí)段復(fù)雜多變,空間分布不均,科學(xué)合理配置區(qū)域內(nèi)有限的水資源,對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和保障糧食安全具有非常重要的意義。

3 灌溉標(biāo)準(zhǔn)

3.1 設(shè)計(jì)水平年

根據(jù)灌區(qū)所在流域、區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及前期工作開(kāi)展情況,結(jié)合水文條件分析和資料的實(shí)際情況,確定現(xiàn)狀水平年采用2018年,規(guī)劃水平年采用2025年。

3.2 灌溉設(shè)計(jì)保證率

灌溉設(shè)計(jì)保證率依據(jù)水文氣象、水土資源、作物組成、灌水方法等因素綜合確定。灌區(qū)位于某市小秦嶺北側(cè)塬區(qū)和某河兩側(cè)川區(qū),屬于我國(guó)半濕潤(rùn)、半干旱大陸性季風(fēng)氣候地區(qū),以種植旱作物為主。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50288-2018）中規(guī)定,本項(xiàng)目灌溉設(shè)計(jì)保證率可取70%～80%,隨著灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整,果蔬等高附加值作物種植比例的提高,結(jié)合現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)要求,需要提高灌區(qū)灌溉保證率。依據(jù)灌區(qū)規(guī)模和作物經(jīng)濟(jì)效益綜合分析,采用規(guī)范區(qū)間的中間值,灌溉設(shè)計(jì)保證率為75%。

4 灌區(qū)供水量分析

4.1 某大型水庫(kù)可供水量

（1）來(lái)水量計(jì)算

根據(jù)某大型水庫(kù)1958年～2019年入庫(kù)流量系列,以水文年（6月～次年5月）統(tǒng)計(jì)年入庫(kù)徑流量,采用P-III 型頻率曲線進(jìn)行適線,求得不同頻率入庫(kù)徑流量,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1,根據(jù)水文計(jì)算結(jié)果,保證率為75%時(shí),某大型水庫(kù)年來(lái)水量為9260 萬(wàn)m3。

表1 某大型水庫(kù)年入庫(kù)徑流量設(shè)計(jì)成果表

（2）下游河道生態(tài)用水量

根據(jù)《河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范》（SL/Z 712-2021）,北方內(nèi)陸中小河流生態(tài)用水最小不少于徑流量的10%,根據(jù)弘農(nóng)澗河流域生態(tài)狀況,生態(tài)用水按照10%計(jì)算,得出下游河道生態(tài)需水量為1430 萬(wàn)m3。

（3）蒸發(fā)滲漏損失量

根據(jù)氣象資料,多年平均水面蒸發(fā)量（E601）為870.1 mm,多年平均面雨量為657.2 mm,多年平均徑流深為166.8 mm,多年平均陸面蒸發(fā)量為490.4 mm,蒸發(fā)皿年折算系數(shù)采用0.93,水庫(kù)年蒸發(fā)損失量為318.8 mm,按平均水面面積為3.72 km2折算水量為118.6 萬(wàn)m3。

水庫(kù)蓄水以來(lái),水庫(kù)的水通過(guò)壩身、壩基、壩端、庫(kù)底和庫(kù)岸向下游和四周滲漏。滲漏量的大小與庫(kù)區(qū)和壩址的水文地質(zhì)條件以及壩體施工質(zhì)量有關(guān)。根據(jù)已有相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,某大型水庫(kù)年滲漏量為276.1 萬(wàn)m3。

（4）可供水量

經(jīng)計(jì)算,保證率為75% 時(shí),某大型水庫(kù)來(lái)水量為9260 萬(wàn)m3,下游河道生態(tài)需水量為1430 萬(wàn)m3,蒸發(fā)滲漏損失水量為394.7 萬(wàn)m3,可供水量為7435.3 萬(wàn)m3。

4.2 小型水庫(kù)可供水量

灌區(qū)范圍內(nèi)小型水庫(kù)有8 座,75%保證率下可供水量為877.4 萬(wàn)m3。

4.3 地下水可供水量

現(xiàn)狀水平年灌區(qū)有機(jī)井986 座,供水量為4410.0 萬(wàn)m3。規(guī)劃水平年一方面考慮到為了保護(hù)地下水、涵養(yǎng)地下水源,對(duì)灌區(qū)范圍內(nèi)一些不合規(guī)的自備井進(jìn)行關(guān)停；另一方面考慮某市地下水資源政策的引導(dǎo),將逐步減少地下水供水量。據(jù)此,預(yù)測(cè)規(guī)劃水平年地下可供水量為3528.3 萬(wàn)m3。

4.4 非常規(guī)水可利用量

灌區(qū)的非常規(guī)水源主要為城鎮(zhèn)生活污水回用,目前在6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)分別建有污水處理廠,污水處理能力分別為：150 m3/d,3000 m3/d,100 m3/d,350 m3/d,200 m3/d,200 m3/d?，F(xiàn)狀水平年產(chǎn)生的污水都是直排,不能回收利用,在未來(lái)回用潛力巨大,是今后解決部分工業(yè)用水和生態(tài)用水的重要途徑?？紤]到未來(lái)環(huán)保及水生態(tài)文明要求,勢(shì)必要投入污水回用設(shè)施。按照現(xiàn)狀水平年工業(yè)用水排放量,結(jié)合相鄰市縣污水回收利用情況,預(yù)測(cè)灌區(qū)規(guī)劃水平年回收利用量為1337.5 萬(wàn)m3。

5 灌區(qū)需水量分析

5.1 農(nóng)業(yè)需水量分析

5.1.1 灌區(qū)發(fā)展指標(biāo)預(yù)測(cè)

（1）作物組成

灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積35.5 萬(wàn)畝,通過(guò)對(duì)灌區(qū)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查,灌區(qū)主要種植小麥、玉米、果樹(shù)、蔬菜等作物,糧食復(fù)種指數(shù)1.15,作物種植情況見(jiàn)表2。

表2 灌區(qū)作物種植情況統(tǒng)計(jì)表

（2）輪作制度

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50288-2018）,萬(wàn)畝以上的灌區(qū)干渠、支渠按續(xù)灌方式設(shè)計(jì),斗渠以下按輪灌方式設(shè)計(jì)。

5.1.2 灌溉制度分析

（1）灌溉方式

灌區(qū)現(xiàn)狀采用地表水和地下水結(jié)合進(jìn)行灌溉,地表水灌溉采用渠灌,地下水多采用管灌,規(guī)劃實(shí)施后,灌區(qū)計(jì)劃對(duì)糧食作物仍采用常規(guī)灌溉方式,對(duì)于果樹(shù)和蔬菜采用高效節(jié)水灌溉方式,主要采用微灌高效灌溉方式。

參考最新某省地方標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)業(yè)用水定額》（DB41/T 958-2020）,不同灌溉方式灌溉定額根據(jù)基本用水定額進(jìn)行修正,修正系數(shù)見(jiàn)表3。

比及《李仲文女》和《馮孝將子》，《談生》更是一則美麗的人鬼相戀的愛(ài)情故事。無(wú)疑，《牡丹亭》第53出《硬拷》中，寫(xiě)“杜守收拷柳生”——拷打“假充門(mén)婿”的“劫墳賊”柳夢(mèng)梅，乃是受到“漢睢陽(yáng)王收拷談生”故事的啟發(fā)，而《杜麗娘慕色還魂》話本卻無(wú)此細(xì)節(jié)。另外，小說(shuō)中談生用以宣泄感情，引發(fā)睢陽(yáng)王女情思的，均是《詩(shī)經(jīng)》中的愛(ài)情詩(shī)篇。聯(lián)系到《牡丹亭》中有關(guān)杜麗娘讀《詩(shī)經(jīng)》而引動(dòng)情思的構(gòu)想，可知魏晉志怪小說(shuō)不但在總體精神上給《牡丹亭》以影響，而且在具體情節(jié)上也給湯顯祖以啟示。

表3 灌溉基本用水定額修正系數(shù)

（2）灌溉制度

參考最新某省地方標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)業(yè)用水定額》（DB41/T 958-2020）,灌區(qū)位于Ⅱ豫西區(qū),確定不同作物的基本灌溉定額,再根據(jù)工程類(lèi)型、取水方式等對(duì)基本定額進(jìn)行調(diào)整,確定的灌溉定額見(jiàn)表4。

表4 灌區(qū)不同保證率下作物灌溉定額

通過(guò)實(shí)地調(diào)查,對(duì)灌區(qū)作物灌溉制度進(jìn)行設(shè)計(jì),采用75%灌溉保證率,小麥每年灌溉4 次,玉米每年灌溉3 次,蘋(píng)果每年灌4 次,蔬菜采用高效節(jié)水灌溉方式,從每年的5月份開(kāi)始到10月底,每年灌溉14 次。

5.1.3 灌溉水利用系數(shù)

通過(guò)對(duì)灌區(qū)進(jìn)行復(fù)核調(diào)查和分析,綜合確定現(xiàn)狀水平年灌溉水利用系數(shù)為0.55。

規(guī)劃水平年的灌溉水利用系數(shù)應(yīng)按以下公式計(jì)算：

考慮總干、干渠、支渠各級(jí)渠系水利用系數(shù),計(jì)算得到渠系水利用系數(shù)為0.90×0.91×0.93×0.94=0.72；根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50288-2018）田間水利用系數(shù)取0.9,綜合得到灌區(qū)規(guī)劃水平年灌溉水利用系數(shù)為0.65。

5.1.4 灌溉需水量

根據(jù)灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整情況和作物的設(shè)計(jì)灌溉定額,毛灌溉需水量通過(guò)以下公式計(jì)算：

式中：W毛為毛灌溉需水量,m3；W凈為凈灌溉需水量,m3；η為灌溉水利用系數(shù)；m 為該作物灌溉水的灌溉定額,m3/畝；A 為該作物的灌溉面積,畝。

經(jīng)計(jì)算,灌區(qū)在75%灌溉保證率下,現(xiàn)狀水平年毛用水量為10040.98 萬(wàn)m3,規(guī)劃水平年用水量為6648.16 萬(wàn)m3,農(nóng)業(yè)需水量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 灌區(qū)各水平年農(nóng)業(yè)需水量計(jì)算表

5.2 生活需水量分析

生活需水包括城鎮(zhèn)生活需水、農(nóng)村生活需水。其中,農(nóng)村生活需水由農(nóng)村居民和牲畜需水組成。通過(guò)對(duì)灌區(qū)城鎮(zhèn)人口用水量進(jìn)行調(diào)查,以及對(duì)灌區(qū)人口與畜牧業(yè)發(fā)展的預(yù)測(cè),計(jì)算得到現(xiàn)狀水平年灌區(qū)城鎮(zhèn)人口需水量為494.3 萬(wàn)m3,規(guī)劃水平年為577.6 萬(wàn)m3；現(xiàn)狀水平年灌區(qū)農(nóng)村人口需水量為787.3 萬(wàn)m3,規(guī)劃水平年為807.6 萬(wàn)m3；現(xiàn)狀水平年灌區(qū)牲畜需水量為250.2 萬(wàn)m3,規(guī)劃水平年為262.7 萬(wàn)m3。

表6 生活需水量分析結(jié)果表

5.3 工業(yè)需水量分析

結(jié)合相關(guān)資料分析,灌區(qū)現(xiàn)狀萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量為27 m3/萬(wàn)元,工業(yè)需水量為4277.18 萬(wàn)m3。預(yù)測(cè)規(guī)劃水平年萬(wàn)元工業(yè)增加值需水定額17 m3/萬(wàn)元,工業(yè)需水量3661.40 萬(wàn)m3。

5.4 其它需水量分析

某大型水庫(kù)作為灌區(qū)的主要水源,同時(shí)也擔(dān)負(fù)著向某電廠供水的任務(wù),近5年某大型水庫(kù)平均向電廠供水1675.4 萬(wàn)m3,隨著電廠利用中水的逐年增加,預(yù)計(jì)在規(guī)劃水平年某大型水庫(kù)每年向電廠供水1000 萬(wàn)m3。

6 供需水量平衡分析

根據(jù)供水量計(jì)算結(jié)果,由于水文計(jì)算成果,某大型水庫(kù)和小型水庫(kù)的供水量規(guī)劃水平年與現(xiàn)狀水平年不變；由于水資源政策的變化,控制地下水開(kāi)采,規(guī)劃水平年的地下水可供水量相比現(xiàn)狀水平年減少了20%；根據(jù)水生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求,推動(dòng)非常規(guī)水納入水資源統(tǒng)一配置,逐年提高非常規(guī)水利用比例,規(guī)劃水平年增加非常規(guī)水可供水量1337.5 m3。綜合比較分析,規(guī)劃水平年可供水量合計(jì)為13178.5 m3,相比現(xiàn)狀水平年增加了3.6%。

根據(jù)需水量計(jì)算結(jié)果,通過(guò)對(duì)灌區(qū)人口與畜牧業(yè)發(fā)展預(yù)測(cè),規(guī)劃水平年的生活需水量相比現(xiàn)狀水平年增加了7.6%；由于灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整,作物的設(shè)計(jì)灌溉定額變化,以及通過(guò)工程措施對(duì)灌區(qū)各級(jí)主要渠道的改造,規(guī)劃水平年的農(nóng)業(yè)需水量相比現(xiàn)狀水平年減少了33.8%,節(jié)水效果比較明顯；由于加大了工業(yè)節(jié)水的改造力度,更新了用水工藝、技術(shù)、裝備,規(guī)劃水平年的農(nóng)業(yè)需水量相比現(xiàn)狀水平年減少了14.4%,變化明顯；其他的用水量主要由于推進(jìn)了企業(yè)內(nèi)部用水循環(huán),提高了重復(fù)利用率,規(guī)劃水平年的其他需水量相比現(xiàn)狀水平年減少了40.3%,變化較大。綜合比較分析,規(guī)劃水平年需水量合計(jì)為12957.5 m3,相比現(xiàn)狀水平年減少了26.1%。

綜上分析,在灌區(qū)灌溉設(shè)計(jì)保證率為75%時(shí),現(xiàn)狀水平年可供水量小于需水量,缺水量為4802.7 萬(wàn)m3；規(guī)劃水平年主要通過(guò)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造、深入推進(jìn)工業(yè)節(jié)水減排、非常規(guī)水源利用等措施,大大減少了灌區(qū)整體需水量,供需水量平衡后剩余221.0 萬(wàn)m3。

表7 灌區(qū)供需水量平衡計(jì)算結(jié)果表

續(xù)表7

7 結(jié)語(yǔ)

在灌區(qū)供需水量平衡的分析研究中,應(yīng)統(tǒng)籌考慮地表水、地下水、非常規(guī)水源的有效利用,使農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活用水更加經(jīng)濟(jì)合理。由于灌區(qū)農(nóng)業(yè)需水量占總需水量的一半以上,是解決區(qū)域水資源供需矛盾的關(guān)鍵,因此需要大力推進(jìn)灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造,不斷優(yōu)化灌溉骨干工程,改造維修老舊灌溉設(shè)施,提高渠系水利用系數(shù),更新引輸配水工程管理設(shè)備,以適應(yīng)不斷變化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作物種植結(jié)構(gòu),促進(jìn)水資源的高效合理利用。