牧马河灌区水资源供需简析

孔小晋

（忻州市忻府区水资源管理办公室，山西 忻州 034000）

1 灌区概况

牧马河灌区位于山西省北中部的忻定盆地，受益范围包括忻府区、定襄县两县区13个乡镇，74个自然村，总人口21.06万人，灌区内共有耕地31.1万亩，其中设计灌溉面积15.3万亩，有效灌溉面积15.29万亩。属忻州市四大自流灌区之一。

牧马河上游现有刚刚续建完毕的西岁兴水库，中游有上世纪五、六十年代兴建的豆罗溢流坝和西曲大坝，这三处引水枢纽控制着团结、联合、国庆、红旗、五一五大输水干渠渠系。灌区共有干、支、斗、农四级固定渠道643条，总长820 km；闸、桥、涵洞、渡槽等建筑物2 637座。目前，渠道及建筑物已运行50多年，工程老化、破损、毁坏严重，截止目前全灌区骨干建筑物完好率仅为35%。

西岁兴水库总库容为2 903万m3，可提供农业灌溉水量1 103万m3，工业供水量504万m3。豆罗溢流坝枢纽到西曲拦河坝枢纽区间6.12 km引水灌溉靠天然河道输水，输水损失严重，高达16%。随着工业发展和生态建设及生活用水的不断增长以及水资源量的逐年减少，农业灌溉用水也在逐年减少。

2 灌区水量供需分析

2.1 灌区现状来水量分析

2.1.1 地表水来水量分析计算

牧马河流域面积1 498 km2。整个流域内分布有11个雨量站和1个豆罗水文观测站。其中西岁兴水库控制流域面积496 km2。建有三交、北冯、牛尾、下马圈、上寺、六固（现已撤站）六个雨量站，有自1980年以后的径流实测资料。水库控制流域内主要由石山区和土石山区组成。林区仅占总面积的4.2%。是牧马河清水的主要来源地。豆罗水文站位于岁兴水库以下18 km，该站始建于1956年，控制流域面积751 km2，有较完整的水文实测资料。水库至豆罗区间主要为变质岩构造土石山区丘陵区，植被较差的此段冲沟较多，最大的支流为葫芦河，有部分清洪水。水文站下游至灌区西曲拦河闸坝，区间流域面积72 km2，有自1971年以来的灌溉放水实测资料。区间地貌主要为冲积平原区，较大的支流为班庄河。

虽然牧马河下游设有豆罗水文站，但从西岁兴水库以下进入深厚河谷冲积层，河道渗漏损失严重，无法直接由水文站实测资料计算水库径流量，只能采用相邻或相似流域实测径流资料，结合西岁兴水库部分水情观测资料，通过建立降雨径流关系推求西岁兴水库径流量。

西岁兴水库控制牧马河流域面积496 km2，其中变质岩石山区290 km2，片麻岩石山区138 km2，黄土丘陵区及林地68 km2。故选取了下垫面条件相近的峪口河流域王家会水文站作为参证站，同时为了进行对比分析，又选取了云中河流域米家寨水文站以及文峪河流域中西河岔口水文站资料。各参证流域下垫面特征见表1。

表1 参证站下垫面情况表

为了减小下垫面变化对径流量的影响，本次各站均采用1980年以后径流系列。通过对各流域降雨量及径流量以水文年（当年6月至翌年5月）进行统计和计算后得知：以岔口（有部分森林区）和米家寨两水文站为代表的石山区的径流系数明显比以王家会和西岁兴为代表的土石山区偏大，符合径流形成的一般规律。

对已经确定的西岁兴水库年径流系列进行频率分析计算，线型采用 P－Ⅲ型，由适线法适线，计算结果：西岁兴水库多年平均年径流量为2 490万m3，50%及95%的年径流量分别为1 910万m3和 538万m3。

2.1.2 地下水水量分析计算

牧马河灌区的地下水资源量计算，是以牧马河灌区边界线控制范围为全部计算区，在考虑了地下水的补排条件和含水岩层的水文地质特征的基础上以《忻州市地下水资源评价》为依据，共分为潜力区、超采区、平衡区。

地下水补给项包括：降雨入渗补给量（Q降）、侧向补给量（Q侧补）、河道渗漏补给量（Q河）、渠道渗漏补给量（Q渠）、灌溉入渗补给（渠灌）量 Q灌和灌区内井灌回归量（Q井）。计算结果见表2。

2.1.3 工程现状供水能力

牧马河灌区水利工程主要有西曲拦河闸坝、豆罗溢流坝和西岁兴水库三处水源工程。西曲大坝位于牧马河干流西曲村东。控制灌溉面积14.5万亩，控制流域面积815 km2。主要建筑物有拦河大坝、拦河闸、东西冲砂闸、非常溢洪道和红旗、国庆、五一三条干渠的进水闸，工程建设于二十世纪六十年代，主要以引洪灌溉为主，基本无调蓄能力。豆罗溢流坝位于牧马河干流豆罗村。控制灌溉面积0.9万亩，为团结干渠和联合干渠的渠首。西岁兴水库位于牧马河干流岁兴村南，控制流域面积496 km2。总库容2 903万m3，其中兴利库容1 560万m3。由于近年来人类活动影响，豆罗以下牧马河支流已断流，50%年份汛期部分洪水已回补地下水。因此，西曲拦河闸坝、豆罗溢流坝的主要作用为分配西岁兴水库的来水量。灌区范围内水井星罗棋布，配套完好，可最大限度的提取地下水资源。

综上所述，灌区现状水利工程年供水能力5 279.55万m3，其中地表水1 560万m3，地下水3 719.55万m3。

2.1.4 灌区农业用水分析

牧马河灌区用水主要为农业灌溉，其次为工业、乡镇企业、村镇人畜吃水、灌区林树用水。

（1）灌溉制度拟定：根据灌区气候、土壤、群众生活习惯以及水资源利用等具体情况，在对近年来灌区种植比例情况全面调查的基础上，进行了远期分析、预测，经研究特拟定种植比例见表3。

表2 灌区地下水资源量汇总表 / 万m 3

表3 牧马河灌区作物种植比例表 / %

（2）灌溉定额：设计灌溉定额由播前灌水定额和作物全生长期灌溉定额两部分组成。作物全生育期灌溉定额的分析，对主要作物采用需水系数法，扣除作物生育期内有效降雨量后进行土壤水量平衡而得。作物播前灌水定额根据土壤持水率及播前有效降雨量确定。

（3）作物规划产量及需水系数：作物规划产量根据灌区调查分析确定，需水系数根据灌区试验资料确定，其值见表4。

表4 牧马河灌区作物规划产量及需水系数

（4）有效降雨：根据灌区不同作物不同生长期在1951年至1995年共计45年的降雨资料作了系统的频率分析，同时就各种作物播前和生育期分别按保证率 P＝50%和 75%两个典型年做了有效降雨量分析计算。其降雨量有效利用系数取值及主要作物播前和生育期有效降雨见表5、表6。

（5）灌溉定额：灌溉定额经计算后结果见表7。

（6）灌水定额确定：灌水定额通常不得超过土壤最大持水率，考虑上限含水量按最大持水率的90%计，下限含水量取最大持水率的60%，则理论计算灌水定额结果为42.9 m3/亩。

然而，根据调查测算灌区现行灌水定额远大于理论计算数值，其原因主要有两点：第一，田面工程尚未完全配套，畦块较大，且由于水源调蓄能力极低，供水没有保证，群众习惯仍多数采用大水漫灌；第二，水源短缺，不能适时适量浇灌，导致灌区轮灌期较长。所以考虑到灌区的实际情况，采用播前灌水定额为65 m3/亩，作物生育期40～45 m3/亩。

（7）灌溉制度拟定：灌水定额和灌溉定额均是在理论计算的基础上，结合灌区实际情况而确定，灌水时间及次数则是根据灌区作物生育阶段以及当地群众的丰产灌水经验，50%保证率情况下各作物的灌溉定额为：冬小麦240 m3/亩，高粱145 m3/亩，玉米145 m3/亩，经济作物225 m3/亩，瓜薯类105 m3/亩，复播160 m3/亩。

（8）灌溉水有效利用系数：灌溉水有效利用系数，包括渠系水有效利用系数和田面水有效利用系数，具体见表8。

表5 降雨量有效利用系数表

表6 各种作物有效雨量计算成果表

表7 主要作物灌溉定额（P＝50%）

表8 灌溉水有效利用系数表

（9）万亩农田需水量：根据以上制定的灌溉制度，求得保证率为P＝50%时，万亩农田净需水量201.25万m3。

2.1.5 灌区现状水供需平衡分析

牧马河灌区有效灌溉面积15.29万亩，为河井双灌区。现状15.29万亩农田需水量为7 326.46万m3，项目区总人口21万，年生活用水250万m3，工业用水按200万m3考虑，年需水量7 776.46万m3，而可引用水量为5 279.55万m3，缺水2 496.91万m3。

2.2 结论

通过对牧马河灌区现状水资源的平衡分析可知：在现有的工程设施和水源条件下不足以对灌区内 15.29万亩进行实时灌溉。忻府区作为国家商品粮基地，而牧马河灌区内的耕地又是该区的粮食主产区，灌区的正常运行对促进基地区工农业发展有很大作用。随着忻府区国民经济的快速发展和人口的不断增长，各行各业的需水量也越来越大，区内地下水的持续超采致使降水漏斗区域不断扩大，地下水储备出现危机。只有通过对灌区现有的灌溉渠道进行防渗处理、启闭设施配套改造，灌溉水利用系数就可由目前的0.42提高到0.685，而几年后农田需水量为4 492.20万m3，项目区总人口21万，年生活用水300万m3，工业用水按400万m3考虑，年需水量5 192.20万m3，而可引用水量为5 279.55万m3，余水87.35万m3。这样就会使灌区走上良性循环的轨道，更好的发挥其效益，不仅可使灌区水资源利用趋于科学化、合理化，而且节约的水资源可以改变下游区域内的生态环境，从而使水资源的可持续利用促进国民经济的可持续发展。