兰溪市东芝灌区水量供需平衡分析研究

吴国燕

(浙江水利水电工程审价中心,浙江 杭州 310020)

1 问题的提出

水量平衡是指区域内的可供水量和需水量在时间、空间、数量和质量上的平衡[1]。一般可用下列平衡公式表示:

式中:W可供为区域内可供水量;W需为区域内需水量。

区域可供水量是由若干个单项工程的可供水量组成,根据各单项工程的关系,把区域分成若干个计算单元[2]。每个计算单元里,相互联系的各类水利工程组成一个供水系统,并按一定的原则和运行方式联合调算。主要包括大中型水库可供水量、小型水库可供水量、塘坝可供水量和提水工程可供水量共4种。不同水源的可供水量计算方法也各不相同。

区域需水量包括区域内的各种需水总和,包括灌溉需水量、农村生活需水量、城市生活生产需水量和生态环境需水量等。灌溉需水量只是区域需水量的一个组成部分。

2 灌区水量供需平衡计算原则

(1)具有骨干调节水源工程的大中型灌区,应采用长系列时历法,逐时段进行灌区水量供需平衡演算,以检验不同设计水平年灌区供水保证程度[3]。

(2)根据灌区水源结构特点,制定灌区水量平衡计算原则。一般而言,灌区不同水源供水优先次序是:先用调节性能较差的水,再用调节性能较好的水;先用基础水利设施水,再用骨干水源水;骨干水源与基础水利设施实行联合调度。

(3)根据分区内水源结构及骨干水源调节性能,确定水量平衡计算时段及计算方法。一般而言,平衡区内有大中型年(季)调节水库,且能够获得长系列分时段的来、用水资料,应采用月 (旬)为时段的长系列时历年法,逐时段进行平衡计算,以确定平衡区供水保证程度;如资料条件有限,也可采用典型年法,按历年综合灌溉用水量排频,选择丰、平、枯3个典型年作平衡计算[3]。

(4)在分区水量平衡计算成果的基础上,应根据全灌区主要水源的特点,综合分区水量平衡的成果,作全灌区水量平衡分析。灌区规模不大,主要灌溉水源简单,基础水利设施分布比较均衡的灌区,可不分区,只作整体水量平衡分析。

3 水量供需平衡计算框图

灌区水量供需平衡计算过程框图如图1所示:

图1 灌区水量供需平衡计算过程框图

4 实例分析

东芝灌区位于兰溪市西北部,总面积235 km2,耕地面积9 626.57 hm2,设计灌溉面积7 466.67 hm2,有效灌溉面积5 506.94 hm2,为设计灌溉面积的73.8%。灌区总人口12.17万,生产总值36.70亿元。灌区干支渠总长118.037 km,渠系水利用系数仅为0.52,灌溉保证率只有70%。

东芝灌区内有赤溪、甘溪2条主要河流。赤溪流域面积162.2 km2,河长28.6 km,其上游建有金山头、火炉山2座中型水库。甘溪流域面积190.5km2,河长32.2 km,其上游建有1座中型水库(芝堰水库)和1座小(1)型水库。

东芝灌区水资源总量21 620.3万m3。目前,区内已建中型水库3座,小(1)型水库1座,小 (2)型 水库13座,山塘4 056口,堰坝67条,水资源利用量P=85%时为8 538万m3。其中,中型水库6 827万m3,小型塘库1 711万m3。

水量供需平衡分析的原则是:以现有骨干渠道布局为基础,实际受益范围为依据,利用堰坝小型塘库来水,芝堰、东风、上旺作为龙头水库的方法进行水量平衡计算分析。

4.1 供水能力分析

4.1.1 水库供水能力分析

项目区的主要水源为芝堰水库和东风片的金山头、火炉山、上旺水库。

根据上包站1956—2007年52 a的年降水量资料,通过对年降水量和灌溉期降水量进行频率分析,选择灌溉保证率为70%和85%时的典型年分别为1990年和1974年,推求出典型年各水库的入库径流汇总表(见表1)。

表1 典型年各水库的入库径流汇总表万m3

4.1.2 小型塘库供水能力分析

灌区内小(2)型水库总库容为266万m3,小山塘总容积为1 653万m3,合计小型塘库总库容1 919万m3。小型水库的复蓄次数按70%、85%时的1.2、1.1计算,山塘按照山塘总容积的40%计,用水主要安排在7月至9月干旱期。

4.1.3 堰坝可供水量

灌区内现有堰坝主要分布在赤溪、甘溪2条河流,经调查,控制的灌溉面积为233.34hm2。扣除水库及山塘等的集雨面积,区间来水面积为181 km2。由于堰坝控制的灌溉面积小,区间有较大的来水面积,在水量平衡分析中,假定堰坝可供水量能满足赤溪、甘溪两岸的233.34 hm2农田灌溉用,多余水量回归河道,改善水环境,故堰坝可引水量等于赤溪、甘溪两岸的233.34 hm2农田需水量。

4.2 需水量分析

4.2.1 灌溉需水量

根据作物年综合灌溉定额及各灌片灌溉面积计算灌溉用水量。

作物年综合灌溉定额根据《浙江省用水定额》(试行)—2009已上升为地方标准,浙江省农业用水定额 (DB 33/T 769—2009),结合当地灌水经验加以确定(见表2)。

东芝灌区现状种植结构根据统计年鉴查得,设计年种植结构参考兰溪市农业局编制的 《兰溪市农业发展第十一个五年规划 (2006—2010年)》(见表3)。

表2 东芝灌区用水定额表m3/667 m2

表3 东芝灌区种植结构表 667 hm2

4.2.2 农村生活及生产需水量

根据用水定额计算,现状水平年(2007年)、设计水平年 (2012年)生活及生产用水量见表4、5。

表4 现状水平年 (2007年)生活及生产用水量表

表5 设计水平年 (2012年)生活及生产用水量表

4.2.3 城镇生活生产需水量

芝堰水库从2002年开始向兰溪市区供水。据 《芝堰水库引水 (一期)工程初步设计报告》,全年向城市供水1 680万m3。

2010年兰溪市第二水厂投入运行,随着城市管网向农村延伸,计划在2010年每年向灌区内供水209万m3,从而城市供水量减少至1 471万m3。

4.2.4 环境需水量

河道内生态需水量计算采用Tennant法[4],根据本项目区1956—2007年52 a径流量资料分析,多年平均流量为3.22 m3/s。河流环境需水量按多年平均流量的10%推算[5](平均流量的10%是许多水生生物生存的下限,平均流量的30%(或更多)是水生生物生存的安全值)[3]。

4.2.5 现状及设计水平年需水量

根据以上分析计算,现状水平年 (2007年)和设计水平年 (2012年)灌区逐旬需水量分析成果汇总见表6。

表6 东芝灌区需水量分析汇总表 万m3

4.3 水量供需平衡分析

4.3.1 分析方法

芝堰北、南干渠灌溉面积2 133.44 hm2,由芝堰水库和上旺水库直接供水;东风东、西干渠灌溉面积5 333.6 hm,先由东风水库供水,若水量不足,则从芝堰、上旺水库调水,每旬最大调水能力受渠道过流能力限制,最大不得超过340万m3。

4.3.2 现状年水量供需平衡分析

经计算,现状年水量供需平衡结果见表7。

表7 现状年水量供需平衡结果表 万m3

由表可知,现状年70%的灌溉保证率下,基本能满足用水要求。85%保证率年份缺水很多。

4.3.3 设计水平年水量供需平衡分析

经计算,设计年水量供需平衡结果见表8。

表8 设计水平年水量供需平衡结果表万m3

设计水平年85%的灌溉保证率下,能满足用水要求,而且略有盈余,余水47万m3。

5 结 论

本文把Tennant法作为生态环境需水量计算方法首次应用到中型灌区节水改造工程措施的水量供需平衡分析中,并且根据当地供水资源的情况提出了灌区水量平衡分析的分片计算方法,具有一定的前瞻性和实用性。通过本工程的实施,新增有效灌溉面积1 960 hm2,使灌区有效灌溉面积达到7 467 hm2。灌区渠系水利用系数由原来的0.52提高至0.67;灌溉保证率由70%提高到85%,工程节水效益显著。

[1]杨志峰,刘静玲,王西琴,等.生态环境需水量理论、方法与实践 [M].1版.北京:科学出版社,2003.

[2]水利部农村水利司,中国灌溉排水发展中心.灌区节水改造规划编写指南 [M].北京:中国水利水电出版社,2005.

[3]陈晓东,俞科慧,吴国燕,等.国家农业综合开发浙江省兰溪市东芝灌区节水配套改造项目可行性研究报告 [R].杭州:浙江省科技咨询中心,2008.

[4]董福平,管仪庆,周黔生,等.河流生态用水流量确定新方法研究 [J],水利学报,2007(增刊…):547-551.

[5]阮本清,韩宇平,蒋任飞.灌区生态用水研究 [M].北京:中国水利水电出版社,2007.