烏蘇市奎屯河大型灌區(qū)供需水平衡分析

涂 歡

(塔城水利設(shè)計(jì)研究院有限公司,新疆 塔城 834700)

0 引 言

隨著大中型灌區(qū)現(xiàn)代化改造試點(diǎn)的不斷推進(jìn),灌區(qū)的現(xiàn)代化建設(shè)已經(jīng)成為國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的戰(zhàn)略需求。然而,我國不少灌區(qū)仍保持傳統(tǒng)的水利發(fā)展模式,加之近年來西北地區(qū)流域水資源供需不足,灌區(qū)灌溉保證率低、滲漏損失嚴(yán)重、水資源供需矛盾突出,因此,加快推進(jìn)灌區(qū)節(jié)水及現(xiàn)代化顯得尤為重要[1]。在灌區(qū)有關(guān)水利分析中,需水計(jì)算及水資源供需平衡分析可為灌區(qū)建設(shè)及節(jié)水灌溉提供重要的理論依據(jù)[2-5]?；诖?文章以奎屯河大型灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造工程為例,通過計(jì)算該灌區(qū)灌溉、生活、工業(yè)、生態(tài)等多行業(yè)需水、并進(jìn)行供需平衡分析,以期為灌區(qū)建設(shè)提供理論支撐。

1 基本情況

1.1 灌區(qū)概況

奎屯河大型灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造工程位于新疆塔城地區(qū)烏蘇市境內(nèi),灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉面積36000hm2,工程等別為Ⅱ等,工程規(guī)模大(2)型。工程渠道設(shè)計(jì)流量0.5～5.5m3/s,渠道及配套渠系建筑物工程級(jí)別分別為4級(jí)或5級(jí),防洪標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇。該工程旨在通過對(duì)現(xiàn)狀骨干渠系及建筑物配套與現(xiàn)代化改造后,使奎屯河灌區(qū)基本滿足現(xiàn)代化標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到灌區(qū)水資源充分利用的目的。

1.2 流域概況

奎屯河流域位于新疆天山北坡中部,準(zhǔn)噶爾盆地西南緣,烏魯木齊以西220km。流域東以吐爾條溝與沙灣縣的巴音溝河流域?yàn)榻?西與精河縣托托河流域接壤,南靠天山分水嶺與伊犁喀什河流域相鄰,北接準(zhǔn)噶爾界山山脈的瑪依爾力山和扎伊爾山分水嶺。東西長160km,南北寬240km,流域總面積2.83萬km2,其中山區(qū)1.19km2,平原區(qū)1.64km2。

1.3 灌區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況

奎屯河灌區(qū)內(nèi)分布有烏蘇市八十四戶鄉(xiāng)、西湖鎮(zhèn)、頭臺(tái)鄉(xiāng)、皇宮鎮(zhèn)、夾河子鄉(xiāng)、九間樓鄉(xiāng)及烏蘇城區(qū)等七個(gè)農(nóng)業(yè)用水單位和烏蘇市啤酒廠、紡織廠等兩個(gè)工業(yè)用水單位。灌區(qū)總?cè)丝?4.80萬人,其中城鎮(zhèn)人口9.76萬人,農(nóng)業(yè)人口5.04萬人,牲畜飼養(yǎng)總頭數(shù)為25.80萬頭。主要有漢族、維吾爾族、哈薩克族、回族、蒙古族等民族。

目前,灌區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在的主要問題是農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)不盡合理,科學(xué)種植水平較低,耕地肥力水平不高,各類作物輪作制度幾乎未能執(zhí)行,嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的提高。特別是在市場經(jīng)濟(jì)的影響下,大農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)還在多樣化和規(guī)?；g徘徊不定。該灌區(qū)是烏蘇市重要糧棉生產(chǎn)基地,工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱,市屬啤酒廠在本灌區(qū)之內(nèi)。目前,僅有的工業(yè)生產(chǎn)為軋花、糧油加工、木器、奶粉、釀酒等一批以農(nóng)副產(chǎn)品為主體的加工業(yè)。灌區(qū)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展?jié)摿^大,首先是優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地,其次是烏蘇啤酒在全疆都享有盛譽(yù),構(gòu)祀子種植和加工也很有特色,這一切都有待發(fā)展。灌區(qū)氣候?qū)r(nóng)作物的生長極為有利,特別是棉花生產(chǎn)已被自治區(qū)列入優(yōu)質(zhì)棉產(chǎn)區(qū)。

1.4 灌區(qū)水利工程現(xiàn)狀

1)水庫:灌區(qū)共10座小型水庫,水源全部為奎屯河,分布于西湖鎮(zhèn)、頭臺(tái)鄉(xiāng)、皇宮鎮(zhèn)和九間樓鄉(xiāng)。水庫總庫容為2396×104m3,興利容為2136.5×104m3。

2)機(jī)電井:灌區(qū)現(xiàn)有機(jī)電井688眼,井深80～200m,年提水能力約為2.0017×108m3,可開采量1.3553×108m3。

3)渠首:境域現(xiàn)有引水渠首3座,引水灌溉面積近13467 hm2。

4)輸水工程:灌區(qū)渠系總長918.16km,其中干渠158.95km;支渠103.08km;斗渠656.14km。

2 需水計(jì)算

本次計(jì)算,設(shè)計(jì)水平年為2025年,常規(guī)灌溉設(shè)計(jì)保證率為75%,節(jié)水灌溉設(shè)計(jì)保證率為85%;農(nóng)村人畜飲水設(shè)計(jì)保證率取95%。

2.1 灌溉

灌區(qū)設(shè)計(jì)水平年2025年灌溉面積31180 hm2,高效節(jié)水灌面31047hm2;2025年綜合凈定額為3489 m3/hm2,各種作物凈定額見表1。

表1 灌區(qū)各種作物凈灌溉定額

隨著灌區(qū)水利工程設(shè)施的配套完善,渠道防滲程度的提高及管理體制的健全和不斷完善,各級(jí)渠道的利用系數(shù)也相應(yīng)得到提高。參照先進(jìn)灌區(qū)的經(jīng)驗(yàn),并結(jié)合本灌區(qū)實(shí)際情況,灌區(qū)設(shè)計(jì)水平年2025年地面灌灌溉水利用系數(shù)0.54,滴灌灌溉水利用系數(shù)0.70,綜合灌溉水利用系數(shù)0.69。

根據(jù)灌區(qū)灌面、種植結(jié)構(gòu)、灌溉制度及灌溉水利用系數(shù)等計(jì)算得,2025年灌區(qū)農(nóng)業(yè)需水量為15747.2萬m3,綜合毛灌溉定額為5050m3/ hm2,農(nóng)業(yè)需水過程見表2。

表2 奎屯河灌區(qū)不同水平年灌溉總用水量計(jì)算表

表3 灌區(qū)人口發(fā)展指標(biāo)、用水定額及需水量表

2.2 供水

人畜飲水供水范圍為七個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)場及烏蘇市區(qū),2025年農(nóng)村人口生活用水定額為70L/(人·d),標(biāo)準(zhǔn)畜用水定額為6L/(頭·d),灌區(qū)生活毛需水量402.7萬m3(含8%的輸水損失)。

2.3 工業(yè)

充分考慮資源條件和環(huán)境承載能力,重點(diǎn)打造以裝備制造、能源化工、農(nóng)副產(chǎn)品精深加工及新型建筑材料、商貿(mào)物流、空港經(jīng)濟(jì)為主要特色的烏蘇市工業(yè)園。烏蘇市奎屯河灌區(qū)工業(yè)化發(fā)展用水需求預(yù)測見表4。

表4 灌區(qū)工業(yè)用水指標(biāo)

表5 奎屯河灌區(qū)2025年按行業(yè)用水量控制指標(biāo)

表6 奎屯河水資源統(tǒng)計(jì)表

2.4 生態(tài)

奎屯河上建有渠首,河道生態(tài)基流水量由渠首泄洪沖砂閘下泄至下游原河道?？秃庸鄥^(qū)未來用水基本維持現(xiàn)狀水平,對(duì)奎屯河的生態(tài)用水無影響。

2.5 與“三條紅線”控制指標(biāo)的符合性

根據(jù)《烏蘇市用水總量控制方案報(bào)告》控制指標(biāo),奎屯河灌區(qū)2025年總用水量控制見下表。本次灌區(qū)設(shè)計(jì),嚴(yán)格按以上“用水總量”控制指標(biāo)水量進(jìn)行平衡計(jì)算。

3 供需平衡分析

3.1 灌區(qū)可供水量

3.1.1 水資源可利用量

奎屯河渠首處多年平均徑流量6.62億m3,不同頻率P=50%、P=75%、P=95%河道來水分別為6.521億m3、5.908億m3、5.173億m3。

根據(jù)《奎屯河引水工程共建共管合作協(xié)議》,“自2017年起,兵團(tuán)第七師優(yōu)先保證烏蘇市按需用水。自工程建成后,確保烏蘇市在奎屯河每年可支配的2.55億m3水量(不包括車排子灌區(qū)每年無償供給的5000萬m3已有水量)足額供給(以烏蘇市的各分水計(jì)量點(diǎn)為準(zhǔn))”。故綜上所述,奎屯河灌區(qū)的可用水量是有保證的。

3.1.2 水資源限額供水量

根據(jù)《關(guān)于對(duì)塔城地區(qū)各縣市及兵團(tuán)第七、八、九、十師實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度落實(shí)“三條紅線”控制指標(biāo)的復(fù)核意見》及《烏蘇市用水總量控制方案》,進(jìn)一步分解后奎屯河地表水用水總量控制指標(biāo)為16313萬m3,設(shè)計(jì)水平2025年灌區(qū)地下水限額用水總量指標(biāo)為4707萬m3,外調(diào)水限額總量指標(biāo)為2220萬m3。

3.1.3 項(xiàng)目區(qū)供水能力分析

設(shè)計(jì)水平年通過奎屯河大型灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造工程建設(shè),供水能力和供水保證率大大提高,P=85%頻率下可供水量達(dá)到19327.8萬m3,外調(diào)水2220萬m3,地下水開采量僅為4707萬m3,減少地下水開采5746萬m3。

3.2 灌區(qū)需水量匯總

奎屯河2025年灌區(qū)總需水量為19327.8萬m3,其中農(nóng)業(yè)灌溉需水量為15747.2萬m3,生活需水量為402.7萬m3,工業(yè)需水量為3178.0萬m3。

3.3 水資源供需平衡分析

根據(jù)奎屯河特點(diǎn),結(jié)合水資源利用現(xiàn)狀,確定水資源的供需計(jì)算范圍為奎屯河灌區(qū)涉及的七個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)場及烏蘇市城區(qū)。

3.3.1 供需平衡分析計(jì)算原則及方法

1)根據(jù)灌區(qū)水系分布、區(qū)域產(chǎn)匯流特點(diǎn)以及水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀,在灌區(qū)各業(yè)需水量預(yù)測的基礎(chǔ)上,結(jié)合下游灌區(qū)取水的實(shí)際情況,采用典型年法,對(duì)2025年進(jìn)行P=85%來水頻率下的水資源供需計(jì)算。

2)生態(tài)基流在渠首泄洪沖砂閘考慮下泄,不可進(jìn)入灌區(qū)。

3)供需平衡分析計(jì)算節(jié)點(diǎn)為奎屯河新龍口渠首處。

4)嚴(yán)格用水總量、定額管理及以水定地的原則。

5)平衡計(jì)算不考慮各水庫損失。

3.3.2 供需平衡分析計(jì)算及結(jié)果分析

奎屯河灌區(qū)土地資源豐富,水資源有限,遵循“以水定地”、堅(jiān)持扶貧開發(fā)與灌區(qū)現(xiàn)代化同步發(fā)展的原則。至設(shè)計(jì)水平年2025年,奎屯河灌區(qū)有效灌溉面積按“用水總量”控制指標(biāo)的保灌面積規(guī)劃。

灌區(qū)地表水水源為奎屯河,由《烏蘇市用水總量控制方案》中按水源劃分地表水知:設(shè)計(jì)水平年2025年奎屯河分配總水量1.63億m3,其中奎屯河灌區(qū)分配水量1.25億m3,車排子灌區(qū)水量0.38億m3。

設(shè)計(jì)水平年2025年,奎屯河灌區(qū)許可供水量1.93億m3,實(shí)際供水量1.93億m3,灌區(qū)需水總量為1.93億m3,供需平衡。具體供需平衡計(jì)算詳見表7。

表7 奎屯河灌區(qū)2025年水資源平衡計(jì)算表

通過灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整、工程節(jié)水程度的不斷提高,灌區(qū)灌溉用水定額逐年減少,需水總量逐年下降,供需缺口逐年縮小,規(guī)劃水平年2025年農(nóng)業(yè)用水滿足要求。

4 結(jié) 語

文章以奎屯河大型灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造工程為例,以2025年為設(shè)計(jì)水平年,通過計(jì)算灌區(qū)灌溉、供水、工業(yè)、生態(tài)等用水量,并結(jié)合灌區(qū)水系分布、區(qū)域產(chǎn)匯流特點(diǎn)以及水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀,在各業(yè)需水量預(yù)測的基礎(chǔ)上,結(jié)合下游灌區(qū)取水的實(shí)際情況,采用典型年法,對(duì)2025年P(guān)=85%來水頻率下的水資源進(jìn)行了供需平衡分析。根據(jù)分析結(jié)果:2025年,奎屯河灌區(qū)許可供水量1.93億m3,實(shí)際供水量1.93億m3,灌區(qū)需水總量為1.93億m3,農(nóng)業(yè)用水滿足要求。本次成果不僅表明了該區(qū)域供需水達(dá)到平衡,也為該灌區(qū)續(xù)建配套建設(shè)、現(xiàn)代化改造、節(jié)水創(chuàng)建提供了理論支撐。