基于高效节水模式下的永济市水量供需平衡分析

赵德杰

(山西水利职业技术学院， 山西 运城　044000)



基于高效节水模式下的永济市水量供需平衡分析

赵德杰

(山西水利职业技术学院， 山西 运城044000)

【摘要】重点实施高效节水，能有效地改善农业灌溉条件，从根本上解决灌溉水利用率低的现状，提高农业用水效率，达到农业增产、农民增收的目的。本文以永济市为例，在采用引黄灌区水灌溉与高效节水灌溉方式下拟定灌溉水利用系数，利用灌溉定额进行水量计算，并且进行水量平衡分析，结果满足灌区的用水需要。本文研究可为拟定合理的节水灌溉措施与水资源的高效利用提供科学的理论依据。

【关键词】高效节水； 灌溉制度； 水量平衡； 永济市

提高经济发展水平，必须合理有效地调配和利用水资源，大力发展高效节水灌溉农业，认识农业节水灌溉的重要性，尤其对高效节水灌溉工程建设的重要性。

当前，国内外对农业节水潜力的研究取得了一定进展，一方面是在高耗水的情况，采取节水措施进行水量分析，如：刘路广[1]以柳园口灌区为例，提出了农业理论节水潜力的概念，并利用水量平衡原理对相应计算方法进行了推导；裴源生[2]认为耗水节水潜力是在考虑各种可能节水措施的情景下的耗水与不采取节水措施的耗水差值；段爱旺[3]认为,工程节水措施和管理节水措施的结合在狭义节水潜力的开发过程中起主导作用,在广义节水潜力的实现中发挥着主要作用。另一方面，一些学者通过利用田间作物的灌溉制度、田间灌溉水利用系数以及灌溉定额来推算灌区节水水量平衡[4-5]。因此重点实施高效节水，能有效地改善农业灌溉条件，从根本上解决灌溉水利用率低的现状，提高农业用水效率，达到农业增产、农民增收的目的。

1研究区概况

永济市地处山西省运城市西南部的涑水盆地，是全国重要的商品粮基地和优质棉基地。总人口为 44.6万，国民生产总值为65.5亿元。国土面积为1143km2，其中，耕地面积79.48万亩，有效灌溉面积71.43万亩，灌溉水利用系数只有0.4～0.5。

永济市的气候特点是降雨集中，且多雷暴雨，时空分布极不均匀。多年平均降雨量540.8mm，多年平均蒸发量2052mm，多年平均气温13.4℃。多年平均水资源总量为10842万m3(不含黄河沿岸水源地水资源量)。全市地下水多年平均开采量为11241万m3，地下水超采严重。

2存在的主要问题

永济是一个传统农业市，农业在全市经济中占有举足轻重的地位。近年来随着农业的快速发展，地下水严重超采，地下水位连年下降，地下水环境不断恶化等一系列问题逐渐暴露。

a.水资源总量紧缺，可用量少，超采严重，难以满足当地工农业生产的需要。

b.引黄灌区末级渠系建筑物不配套，有效灌溉面积锐减。

c.灌溉亩用水量大，水利用效率低下。

3水量供需平衡分析及水质分析

3.1灌溉设计标准确定

引黄灌区主要农作物以小麦、棉花和果树为主，根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB 50288—99)，灌溉设计保证率应为50%～75%，考虑到该区缺水严重，且为全省粮棉生产基地，随着农村产业结构的调整和农民致富奔小康的需求，水果及经济作物的种植面积不断增大，对作物的灌溉要求愈来愈高，则灌溉设计保证率取75%。

高效节水灌溉区域主要分布在南部纯井灌区，采用管灌、喷灌、大棚滴灌等方式，以管道输水为主，灌溉设计保证率可适当提高。管灌设计保证率取80%，喷灌和大棚滴灌设计保证率取85%。

3.2需水量计算

3.2.1灌溉水利用系数拟定

用水系数根据灌区大小、水源情况、渠系布置以及渠道长度、土质、防渗措施和管理水平等因素综合确定，灌溉渠系设干、支、斗三级固定渠道，农渠直接进入田间。

根据项目区的实际情况，引黄灌区灌溉水利用系数和高效节水灌溉水利用系数见表1、表2。

3.2.2引黄灌区需水量计算

根据作物灌水时段的净灌水率和灌溉面积以及灌溉水利用系数，推求各条渠的引水流量和灌区引水总量。此次工程涉及灌溉面积7.08万亩，其中，井灌区面积2.04万亩，黄灌区面积5.24万亩，经计算，该项目区年需引水量1636.9万m3，其中引黄水1323.8万m3。

3.2.3高效节水灌溉需水量计算

a.喷灌灌水定额。根据《喷灌工程技术》中公式进行计算：

式中m——设计灌水定额，mm；

h——计划湿润层深度，cm，小麦取80cm；

θmax——适宜土壤含水量上限，取田间持水量的95%，项目区壤土田间持水量为17%；

θmin——适宜土壤含水量下限，取田间持水量的65%；

η——喷洒水利用系数，取0.9。

计算得喷灌的设计灌水定额为

m=10.2×0.8×(95-65)×17%/0.9

=47mm(31.3m3/亩)

b.管灌灌水定额。项目区农作物现为小麦、玉米、棉花及果树，结合现有灌水经验，管灌灌水定额按小麦考虑。

管灌设计灌水定额计算公式为

式中m——灌水定额，m3/亩；

γs——土壤容重，kN/m3；

h——计划湿润层深度，m，小麦取0.8m；

β1——适宜土壤含水量上限(重量百分比)，取田间持水量的90%；

β2——适宜土壤含水量下限(重量百分比)，取田间持水量的65%；

η——灌溉水利用系数，取0.8。

计算得管灌的设计灌水定额为38.51mm(25.7m3/亩)。

c.滴灌设计灌水定额。采用《微灌工程技术》中公式进行计算：

式中m——设计灌水定额，mm；

z——计划湿润土层深度， m，蔬菜取0.5m；

p——设计土壤湿润比，%，蔬菜取90%；

Fd——田间持水量(占土壤体积的百分比)，取17%；

W0——凋萎系数(占土壤体积的百分比)，取7%；

η——灌溉水利用系数，取0.9；

β——土壤中允许消耗水量占有效水量的百分比，蔬菜取30%。

项目区土壤多为中壤土，计算得滴灌的设计灌水定额为15mm (10m3/亩)。

d.灌溉用水量。灌溉用水量等于设计灌溉定额与相对应的灌溉面积的乘积，其计算结果见表3。

3.2.4水土平衡计算

在水源供水流量稳定且无调蓄时可用下式确定单井灌溉面积：

式中A——可灌面积,hm2；

Q——可供流量，m3/h，项目区水井出水量大都在50m3/h左右；

Ea——设计耗水强度，mm/d；

t——水源每日供水时数；

η——灌溉水利用系数。

项目区现有水井出水量大都为50m3/h，运行正常，可满足用水需求。

3.2.5水土资源平衡分析

项目区是尊村引黄和夹马口小樊引黄灌区末级渠系配套工程，其灌溉面积已完全包含在两处大中型灌区灌溉范围之内，灌区的用水要求完全有保证。纯井灌区高效节水工程均采用现有水源井，改大水漫灌方式为节水灌溉方式，其水源亦有保证，而且随着节水农业的发展和引黄水替代井水灌溉的实施，地下水位将可能尽快止降回升，水源保证率将会进一步提高。

3.3灌溉水质分析

根据现场调查了解，该项目所用水源为黄河水和现有农灌水井的地下水，黄河水作为灌溉水源，可为土壤带入大量有机质，有机质的增加，将改善土壤团粒结构，增加作物需要的养分，增加土壤的保肥性能，有利于农业健康、持久发展，现有农灌水井的水质良好，其水质均完全满足《农田灌溉水质标准》(GB 5084—92)。

4工程总体方案和布局

项目区水源主要为抽取地下水，首先从沟底水源(机井)抽水至井旁200m3矩形调节水池，然后经一级站加压输水至石料厂200m3矩形调节水池，再由二级站加压输水至现有规划滴灌蓄水池，入蓄水池流量由阀门控制，以满足控制面积范围内的用水量要求。

根据水源条件，结合项目区实际地形条件，总体上分为三个灌水小区(单元)，每个蓄水池控制片区为一个滴灌系统。蓄水池均位于各灌水小区的最高处，通过各输水干管和配水支管将压力水输送至毛管，实行重力滴灌。其中1号水池控制面积985.93亩，2号水池控制面积380.02亩，3号水池控制面积234.94亩，合计1600亩。

项目区目前有雨水集蓄工程1处，建有400m3蓄水池1座。另有50～100m3蓄水池5座。现有蓄水池可并入输水管网，以提高供水保证率。

5结语

永济市南部地区因无引黄客水可以利用，多为纯井灌区，农业灌溉用水主要依靠开采地下水。近年来，随着节水技术的推广，明渠输水和管道输水逐步得到应用，但由于田面工程配套不完善，目前的灌溉大多还是采用传统的土渠和大水漫灌方式，水资源浪费严重。不但加重了农民灌溉成本，更使地下水位严重下降。因此，随着产业结构调整，在项目区积极开展引黄水灌溉，对引黄灌区进行末级渠系配套，大力发展节水灌溉，提高水的利用率，减少灌溉用水，提高作物产量，增加农民收入，成为现代农业发展的首要任务。

参考文献

[1]刘路广，崔远来，王建鹏.基于水量平衡的农业节水潜力计算新方法[J].水科学进展，2011,22(5)：696-702.

[2]裴源生，张金萍，赵勇.宁夏灌区节水潜力的研究[J].水利学报，2007，38(2):239-243.

[3]段爱旺，信乃诠，王立祥.节水潜力的定义和确定方法[J].灌溉排水，2002，21(2):25-28.

[4]董斌，崔远来，李远华.水稻灌区节水灌溉的尺度效应[J].水科学进展，2005，16(6):833-839.

[5]TUONG T P，BHUIYAN S I.Increasing water-use efficiency in rice production: farm-lever perspectives[J].Agricultural Water Management，1999，40(3):117-122.

Analysis on water quantity supply-demand balance in Yongji based on the efficient water-saving mode

ZHAO Dejie

(ShanxiWaterConservancyVocationalandTechnicalCollege,Yuncheng044000,China)

Abstract：Efficient water saving measure can be mainly implemented for effectively improving agricultural irrigation condition. Current situation of low utilization rate of irrigation water can be solved fundamentally. The efficiency of agricultural water is improved, thereby achieving the purpose of increasing agricultural production and farmers income. Yongji is adopted as an example in the paper. Irrigation water from the Yellow River diversion irrigation area and efficient water-saving irrigation modes are adopted for planning irrigation water utilization coefficient. Irrigation quota is utilized for calculating water quantity. Water quantity balance is analyzed. The results meet water demand in the irrigation area. The research in the paper can provide scientific theory basis for planning rational water-saving irrigation measures and efficiently utilizing water resources.

Key words：the efficient water-saving; irrigation system; water balance; Yongji

DOI:10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.02.016

中图分类号：TV21

文献标志码：A

文章编号：1005- 4774(2016)02- 0055- 04