母沖水庫(kù)供需水平衡分析

周 瀚

(貴州省水利投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司,貴陽 550001)

1 概 述

水庫(kù)供需水平衡分析是水庫(kù)工程建設(shè)規(guī)模確定以及水庫(kù)效益分析的前置條件,具有十分重要的作用。

母沖水庫(kù)受水區(qū)涉及水庫(kù)下游村組,現(xiàn)狀主要通過村民自建管道在山泉出露處引水或者靠抽取地下水解決。由于泉水水量小,雨后來水渾濁,水質(zhì)變差,且該區(qū)域泉水一般為淺層地下水,豐枯變化大,農(nóng)村人畜供水保證率低,飲水安全得不到保證。同時(shí),水庫(kù)下游沿線田土范圍內(nèi)灌溉用水主要依靠望天水,部分由當(dāng)?shù)剞r(nóng)民自建土渠從河道內(nèi)引水灌溉,多沿河谷溝邊修建,易被洪水沖毀。由于土渠滲漏嚴(yán)重,單位渠長(zhǎng)控制灌溉面積少,灌溉水利用系數(shù)較低,水利化程度低,灌溉用水得不到保障,遇干旱年糧食收成基本無保障。

2 供水范圍

母沖水庫(kù)工程任務(wù)為農(nóng)村人畜飲水及農(nóng)田灌溉。根據(jù)該地區(qū)缺水情況,結(jié)合母沖水庫(kù)工程建設(shè)位置及實(shí)地調(diào)查結(jié)果,確定母沖水庫(kù)供水范圍為水庫(kù)壩址下游巴鈴鎮(zhèn)的保營(yíng)、姜家寨、鹽井、背后寨、大普、高家塘、羅官壩、小寨、牛市場(chǎng)、王官坡、向家其、王家莊等村組范圍,涉及供水人口21 077人(現(xiàn)狀)。灌區(qū)主要分布在巴鈴鎮(zhèn)的鹽井、背后寨、大普、高家塘、王家莊、羅官壩、小寨、牛市場(chǎng)、王官坡、向家其等村寨的田土范圍,總灌溉面積178.667hm2。

為滿足農(nóng)村人畜飲水及灌溉用水要求,本工程采用在水庫(kù)取水出口后布置供水管道,進(jìn)行自流供水及灌溉,灌區(qū)工程分區(qū)工程特性表及人飲片區(qū)劃分匯總表見表1和圖1。

表1 母沖水庫(kù)灌區(qū)灌面分區(qū)匯總表

圖1 母沖水庫(kù)人飲供水統(tǒng)計(jì)表

3 供需水平衡分析

3.1 灌溉需水量預(yù)測(cè)

3.1.1 灌溉范圍及面積

母沖水庫(kù)灌區(qū)范圍涉及水庫(kù)下游98.667hm2水田灌溉和80hm2旱地灌溉,灌區(qū)主要分布在巴鈴鎮(zhèn)的鹽井、背后寨、大普、高家塘、王家莊、羅官壩、小寨、牛市場(chǎng)、王官坡、向家其等村寨田土范圍。

3.1.2 灌溉面積、種植結(jié)構(gòu)

根據(jù)初定的灌區(qū)范圍,將所涉范圍1/1萬地形圖矢量化處理后,用計(jì)算機(jī)對(duì)各主管線控制灌面按不同的作物類別分別量算統(tǒng)計(jì),計(jì)算只考慮自流灌溉范圍,且均為25°以下耕地。

結(jié)合灌區(qū)調(diào)查情況,參考灌區(qū)國(guó)土資源普查成果,成片田壩折算系數(shù)取0.7～0.85,梯田、坡地折算系數(shù)取0.55～0.7,以扣除坡度、田坎、道路、荒地等面積以及用作退耕還林、還草的25°以上坡耕地。

量算結(jié)果:水田98.667hm2,旱地80hm2,灌區(qū)主要分布在鹽井、背后寨、大普、高家塘、王家莊、羅官壩、小寨、牛市場(chǎng)、王官坡、向家其等村寨。

通過對(duì)母沖水庫(kù)灌區(qū)農(nóng)作物種植情況的調(diào)查以及興仁市的發(fā)展現(xiàn)狀得知,灌區(qū)一般是水田大季種水稻,小季種油菜;旱地大季種玉米,小季種小麥。田和土的復(fù)種指數(shù)分別為1.8和2.0。

3.1.3 灌溉實(shí)驗(yàn)成果

1)20世紀(jì)80年代,水稻灌溉試驗(yàn)及水稻、參考作物等值線圖的制作由貴州省水利廳1980-1987年組織有關(guān)單位進(jìn)行灌溉制度試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì),多種灌溉制度多年平均水稻灌溉定額4 050m3/hm2,灌水定額4 68m3/hm2;淺深淺灌溉制度灌溉定額4 200m3/hm2,灌水定額519m3/hm2。

2)20世紀(jì)90年代,水稻、旱作物灌溉試驗(yàn)經(jīng)過多年的試驗(yàn)研究認(rèn)為,“科灌”和“科蓄”增產(chǎn)分別為5.5%和6.05%的灌溉定額(即灌入田間的凈用水量)分別為3 735、3 250.5m3/hm2,灌水定額453～519m3/hm2,節(jié)水、增產(chǎn)效果明顯,應(yīng)在全省大面積推廣。

3.1.4 水稻灌溉制度及灌溉定額

1)灌區(qū)水稻灌溉擬推薦“薄、淺、濕、曬”控制灌溉模式。根據(jù)分析計(jì)算,確定本灌區(qū)的灌溉定額過程。

根據(jù)技術(shù)要求,擬定灌區(qū)灌溉制度見表2 。

表2 灌區(qū)中稻灌溉制度表

泡田期為5月中下旬,共21天,下滲量以2.0mm/d計(jì);黃熟期和完熟期為9月上中旬,共20天,為濕干和干狀態(tài);灌溉制度設(shè)計(jì)全期為5月11日至9月20日,共133天。

2)水稻灌溉定額計(jì)算按逐旬田間水量平衡法推求。公式如下:

M=M泡+M生=(M1+M2+f泡+0.6E20-R)+(Y-R′±ΔH)

(1)

式中:M為水稻凈灌溉定額,mm;M泡、M生分別為泡田期、生長(zhǎng)期凈灌溉定額,mm;M1為土壤飽和水深73.3mm;M2為田間水層深30mm;f為下滲量,泡田期f泡=2.0mm/d,生長(zhǎng)期f生=1.0～2.0mm/d;E20為20cm蒸發(fā)器蒸發(fā)量,mm;R為泡田期有效雨量,mm;X為旬降水量,mm,當(dāng)X≥100mm時(shí)R=100mm,當(dāng)X<100mm時(shí)R=X;Y為田間耗水量,Y=f生+αE20,α為散發(fā)系數(shù);R′為生長(zhǎng)期有效雨量,mm;Rm為最大有效雨量,mm,Rm=1/2(Y±ΔH),當(dāng)Rm≥X時(shí)R=X,當(dāng)Rm

母沖水庫(kù)中稻灌溉定額成果見表3。

表3 中稻設(shè)計(jì)灌溉定額頻率分析計(jì)算成果表

3.1.5 旱作物灌溉制度及灌溉定額

將各種旱作物歷年灌溉定額從小到大排序,并以P-Ⅲ型曲線適線,進(jìn)行頻率分析計(jì)算,成果見表4。

3.1.6 灌溉需水量

灌溉需水量根據(jù)工程的灌溉面積、田土比例及作物組成,采用相應(yīng)作物相應(yīng)年份的灌溉定額進(jìn)行計(jì)算。灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積為178.667hm2(其中水田98.667hm2,旱地80hm2)。

母沖水庫(kù)灌區(qū)利用管道輸水灌溉,管道水利用系數(shù)取0.95,水稻灌溉田間水利用系數(shù)取0.95,旱作物田間水利用系數(shù)0.90。因此,水田灌溉水利用系數(shù)取0.9025,旱地灌溉水利用系數(shù)取0.855。母沖水庫(kù)灌區(qū)灌溉在P=80%時(shí)年毛需水量為88.4×104m3,多年平均需水量為74.1×104m3。見表5。

表4 農(nóng)作物灌溉定額頻率分析計(jì)算成果表

表5 農(nóng)作物不同保證率灌溉需水量分析計(jì)算成果表

3.2 人畜需水量預(yù)測(cè)

巴鈴鎮(zhèn)的保營(yíng)、姜家寨、鹽井、背后寨、大普、高家塘、羅官壩、小寨、牛市場(chǎng)、王官坡、向家其、王家莊等村組大部分村民小組現(xiàn)無可靠的供水水源,缺水較嚴(yán)重,根據(jù)規(guī)劃,其農(nóng)村人畜用水水源為母沖水庫(kù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及當(dāng)?shù)卣y(tǒng)計(jì)人口數(shù)據(jù),至2017年末,巴鈴鎮(zhèn)保營(yíng)等村寨缺水總?cè)丝?1 077人。根據(jù)興仁市各年統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)分析,結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,供水范圍內(nèi)各村組人口自然增長(zhǎng)率綜合取值7‰。規(guī)劃水平年人口增長(zhǎng)率按自然增長(zhǎng)率和機(jī)械增長(zhǎng)率計(jì)算,設(shè)計(jì)水平年2030年供水人口計(jì)算公式如下:

P=P0(1+γ)n+P1

(2)

式中:P為設(shè)計(jì)用水居民人數(shù);P0為供水范圍內(nèi)常住人口數(shù);γ為設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口的自然增長(zhǎng)率,取7‰;n為工程設(shè)計(jì)年限;P1為設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口的機(jī)械增長(zhǎng)總數(shù),可根據(jù)各村鎮(zhèn)的人口規(guī)劃以及近年來流動(dòng)人口和戶籍遷移人口的變化情況,按平均增長(zhǎng)法確定。

預(yù)測(cè)到規(guī)劃水平年(2030年)供水范圍內(nèi)人口將達(dá)到23 077人,全部為農(nóng)村人口;9 231頭大牲畜,13 846頭小牲畜。農(nóng)村人口用水定額按80L/人·d,大牲畜按50L/頭·d,小牲畜按30L/頭·d,根據(jù)相關(guān)規(guī)范,管網(wǎng)損失及未預(yù)見水量按人畜用水量的15%計(jì)算,水廠自用水按人畜用水量和管損的5%計(jì)算,輸水損失按以上的5%計(jì),則2030年人畜日用水量3 452.54m3,人畜用水年總需水量為126×104m3。日變化系數(shù)取1.3,則2030年人畜最高日用水量4 488.3m3,人畜需水量計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 人畜需水量計(jì)算表

根據(jù)預(yù)測(cè)分析結(jié)果,母沖水庫(kù)供水范圍P=80%灌溉需水量88.4×104m3,人畜需水量為126×104m3,至規(guī)劃水平年(2030年)總需水量為214.4×104m3。總需水量分析計(jì)算成果見表7。

表7 母沖水庫(kù)總需水量分析計(jì)算成果表

4 供需平衡分析

考慮到受水區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)狀水利設(shè)施少,且缺乏供水及灌溉保證,確定受水區(qū)范圍內(nèi)規(guī)劃水平年除母沖水庫(kù)外,可供水量基本為0×104m3,缺水量為214.4×104m3。受水區(qū)一次供需平衡成果見表8。

表8 受水區(qū)一次供需平衡成果表

根據(jù)供水及灌溉現(xiàn)狀分析,至規(guī)劃水平年水庫(kù)受水區(qū)缺水量為214.4×104m3。母沖水庫(kù)壩址天然來水量353×104m3,保證率P=80%下來水量為247.1×104m3,保證率P=95%下來水量為177.1×104m3。通過興利調(diào)節(jié)計(jì)算可知,在滿足受水區(qū)需水量下興利庫(kù)容為169.2×104m3。因此,母沖水庫(kù)建成后,可滿足受水區(qū)設(shè)計(jì)水平年(2030年)供水及灌溉需求。

5 結(jié) 論

根據(jù)母沖水庫(kù)實(shí)際情況,對(duì)水庫(kù)現(xiàn)狀供水情況進(jìn)行分析,現(xiàn)狀供水無法滿足用水需求。通過對(duì)灌區(qū)灌溉用水和人畜需水進(jìn)行分析,母沖水庫(kù)供水范圍P=80%灌溉需水量88.4×104m3,人畜需水量為126×104m3,至規(guī)劃水平年(2030年)總需水量為214.4×104m3。母沖水庫(kù)壩址天然來水量353×104m3,保證率P=80%下來水量為247.1×104m3,保證率P=95%下來水量為177.1×104m3。

通過興利調(diào)節(jié)計(jì)算可知,在滿足受水區(qū)需水量下興利庫(kù)容為169.2×104m3,可滿足受水區(qū)設(shè)計(jì)水平年(2030年)供水及灌溉需求。