灌区续建配套与节水改造项目水资源供需平衡分析

张 磊 杨 兴 任泽垠

（1南阳市水利建筑勘测设计院；2河南灵捷水利勘测设计研究有限公司）

1 灌区概况

1.1 项目背景

南阳是粮食核心区，鸭河口灌区是粮食安全的水源基础设施。灌区自1970 年开灌以来，为南阳国民经济发展发挥了巨大作用。为发展节水型农业，建设节水型社会，1998年国家对大型灌区进行了以节水为中心的技术改造。2010 年《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》提出“到2020 年，基本完成大型灌区、重点中型灌区续建配套和节水改造任务”。

在水资源合理利用方面，鸭河口灌区现状灌溉水利用系数普遍偏低，要解决农业灌溉缺水问题，节水和水资源高效利用将是解决水资源供需矛盾的根本措施。提高灌区水资源利用效率不仅可以满足日益增长的农业灌溉用水要求，而且有助于缓解水资源供需矛盾。

1.2 灌区范围和建设规模

鸭河口灌区位于东经112°39’～112°54’，北纬32°27’～33°09’。在唐河、白河之间，南北长100 km，东西宽20～30 km，灌区总面积约25×104hm2，设计效益南阳市方城、社旗、唐河、新野、宛城五县区共计15.88×104hm2耕地。灌区续建配套和节水改造主要以骨干渠道防渗衬砌为中心，重点解决灌区骨干渠道节水改造问题，增加节水面积，提高渠系水利用系数，达到充分利用水资源、提高水的利用率。

2 灌区气象及径流

2.1 灌区气象

灌区属于北亚热带季风型大陆气候，年均降雨量802.90 mm，雨量年内分配不均，汛期雨量较多而且集中，常以暴雨形式出现，约占全年雨量的60%，其余时期雨量较少而且分散。灌区径流包含鸭河口水库入库径流，灌区内径流以及唐河、白河引水口以上的区间径流。

2.2 鸭河口水库

鸭河口水库是一座以防洪、灌溉、工业及城市用水为主，结合发电、水产养殖等综合利用的大（1）型水利枢纽工程。水库建成于1959年，总库容13.39×108m3。鸭河口水库多年平均天然径流量110 396×104m3，扣除上游中小型水库年用水量3 079×104m3，多年平均实测入库年径流量为10 7317×104m3。对鸭河口水库年径流系列进行频率计算，多年平均径流量107 317×104m3，75%入库径流量为68 683×104m3。由鸭河口水库兴利调节计算结果可知，现状年年平均调节利用水量为71 433×104m3，规划年年平均调节利用水量为74 098×104m3。

2.3 灌区内径流量

灌区总面积24.28×104hm2，平均径流深280 mm，则多年平均径流量为67 984×104m3，75%年份径流量为38 071×104m3。

2.4 白河、唐河引水口以上径流量

2.4.1 南阳市白河桥头引水工程

白河桥头引水工程渠首以上汇流面积5.381×104hm3，中等旱年区间水量（不计灌溉回归水）按《河南省水文图集》用径流深等值线图法计算为1 750×104m3，见表1。

表1 白河引水量表

2.4.2 郭滩提灌站

唐河郭滩提灌站控制流域面积6.88×104hm2，多年平均流量54 m3/s，灌水期可用水量3 000×104m3，提水灌溉潜力较大，可灌溉白桐二分干渠尾部的灌溉范围。

2.4.3 新野工农渠

在新野县桐树站的白河干流上，原有工程自原“工农渠”引水至焦店汇入白桐三分干，主要引用南阳市以下7.20×104hm2的区间径流，年均径流量7 630×104m3，灌区可用水量为5 100×104m3，可为白桐三分干四支口以下的灌区0.95×104hm2补充供水。

3 灌区水资源供需平衡分析

3.1 灌区规划情况

灌区原规划保证率为80%，规划在2005年灌溉水利用系数为0.50，2015 年灌溉水利用系数0.65；2005 年规划可灌溉面积14.21×104hm2，2015 年规划可灌溉面积15.88×104hm2；2005 年80%保证率时净综合灌溉定额为4 039.50 m3/hm2，2015年80%保证率时净综合灌溉定额为4 309.50 m3/hm2。鉴于南阳市属于半干旱、半湿润地区，以旱作为主，灌溉保证率采用75%。

3.2 灌区用水总量控制

3.2.1 可供水量

可供水量包括：鸭河口水库可用水量、地下水量、区间可用径流量和灌区回归水利用。

①鸭河口水库入库径流：鸭河口水库75%入库径流量为68 683×104m3。鸭河口水库兴利调节计算，现状年年平均调节利用水量为71 433×104m3，规划年年平均调节利用水量为74 098×104m3。

②地下水：灌区内白河与溧河之间地下水储量较丰富，唐河干流沿岸地下水储量也较丰富。补给来源主要是天然降水及河流侧向补给，经计算地下水储量为27 900×104m3。灌区地下水可采量按储量的80%计，即地下水可用水量为22 320×104m3。

③区间径流利用量：南阳市白河桥头引水工程灌水期可用水量1 750×104m3，郭滩提灌站有效提水量1 900×104m3。

④灌区回归水利用：鸭河口水库灌溉季节多为日夜供水，灌溉水回归汇入河沟，或通过下渗补给地下水再渗入河沟，灌区回归水与作物需水时间同步，成为灌区下游渠道的补充水源。灌区目前已修建29处回归水利用工程，引水流量37.41 m3/s，供水水量为16 970×104m3。

由以上计算，灌区可利用水量为111 623×104m3。

3.2.2 需水量

需水量包括灌区生活用水、工业用水、城市用水和生态景观用水。

①灌区人畜生活用水：灌区总人口165.50×104人，其中农业人口143.82×104人。灌区人畜用水量见表2。

表2 灌区人畜规划用水量表

②工业用水：工业用水包括乡镇企业用水和鸭河口火电厂用水。灌区灌溉范围5 个县区35 个乡镇，2011 年乡镇企业总产值123.88亿元。根据典型乡镇企业用水调查，企业用水量最小。鸭河口火电厂一期装机规模2×35×104kW，二期装机规模2×60×104kW，三期装机规模2×100×104kW，年耗水量3 900×104m3，按时程均匀分配。工业用水量见表3。

表3 灌区工业用水表

③城市用水：城市供水系统包括公共供水和自建设施供水。城市公共供水系统现有水厂5 座，全部取用地下水，水源井89 眼，现供水能力19.40×104m3/d。自备井供水系统共有自备水源井300 多眼，设计供水能力12.50×104m3/d，实际供水能力8.80×104m3/d。南阳市四水厂已经建成。选用鸭河口水库作为供水水源，设计供水能力25×104m3/d，工程分两期实施，一期工程15×104m3/d，二期工程10×104m3/d。现状能力为每年4 200×104m3。南阳天冠乙醇从灌区取水2 193×104m3。现状水平年城市用水合计9 605×104m3。到设计水平年2020年城市用水考虑用南水北调中线引水工程直接供水，不再从鸭河口水库取水。

④生态景观用水：南阳市白河湿地公园内已建成了五级橡胶坝工程，年需补水3 200×104m3。灌区河道生态用水，鸭河口水库多年平均径流量107 317×104m3，河道内生态用水取多年平均流量的10%，可得每年河道生态用水量为10 732×104m3。因此，生态景观每年用水量合计为13 932×104m3。

3.2.3 灌区可供水量与需水量

各水平年灌区农业灌溉可用水量与需水量见表4。

表4 各水平年灌区可用水量表 单位：104m3

3.3 灌溉定额及灌区需水量分析

3.3.1 综合净灌溉定额和设计典型年

2018年水平年复播指数为185%，其中秋播85%以冬小麦为代表作物，春播30%以棉花为代表作物，夏播以玉米55%、水稻15%为代表作物。根据1963—1998年各种主要作物的灌溉制度和设计水平年的复播指数，计算历年综合灌溉定额，计算公式为：

m净，综=α1M1+α2M2+α3M3+α4M4（1）

式（1）中，m净，综为综合净灌溉定额，m3/hm2；M1、M2、M3、M4为第一种、第二种、第三种、第四种作物在某年的灌溉定额，m3/hm2；α1、α2、α3、α4为第一种、第二种、第三种、第四种作物在某年占全区灌溉面积比例。

设计水平年的多年综合灌溉定额计算成果：对2018 年的m净，综进行排频分析，多年平均综合净灌溉定额m净，综=3 184.50 m3/hm2。

3.3.2 多年平均综合净灌溉定额成果分析

多年平均综合净灌溉定额成果分析见表5。

表5 多年平均综合净灌溉定额成果对比表

3.3.3 灌区需水量分析

根据以上结果对比分析，选取鸭河口灌区续建配套与节水改造规划的灌溉定额成果。根据灌区规划，保证率75%，现状年份灌溉水利用系数为0.53，灌溉面积为10.67×104hm2；“十二五”规划期间近期水平年灌溉水利用系数0.58，规划灌溉面积14.03×104hm2；“十三五”规划期间近期水平年灌溉水利用系数0.65，规划灌溉面积15.88×104hm2。

现状年份灌区需水量为64 091×104m3；近期水平年灌区需水量为77 014×104m3；远期水平年灌区需水量为77 767×104m3。现状年份灌区需水量64 091×104m3小于灌区可用水量77 063×104m3，则灌区灌溉用水能充分保证，现状年综合净灌溉定额为3 184.50m3/hm2。

“十二五”规划水平年灌区需水量77 014×104m3小于灌区可用水量85 724×104m3，则灌区灌溉用水能充分保证，近期水平年综合净灌溉定额为3 184.50 m3/hm2。“十三五”规划水平年灌区需水量77 767×104m3小于灌区可用水量81 810×104m3，则灌区灌溉用水能充分保证，远期水平年综合净灌溉定额为3 184.50m3/hm2。

4 项目完成后供需水平衡分析

根据灌区保证率75%，“十二五”规划期间近期水平年灌溉水利用系数0.58，灌溉总面积为14.03×104hm2；“十三五”规划期间近期水平年灌溉水利用系数0.65，灌溉总面积为15.88×104hm2，项目完成后，水平年供需水情况见表6。

表6 项目完成后供需水平衡分析表 单位：104m3

表中2015-2018 年城市用水将直接从南水北调中线工程引水，不再考虑从灌区供水；环境用水包括景观用水和河道生态用水。

南阳市鸭河口灌区在灌溉保证率75%情况下，2011 年、2015年和2018年需水量分别为10 1401×104m3、10 8328×104m3和11 2995×104m3，其中农业灌溉用水占总用水量的63%～71%。可供水量为鸭河口水库供水、地下水、可利用的区间径流、灌区回归水，分别为114 373×104m3、117 038×104m3和117 038×104m3，其中鸭河口水库供水量占总供水量的63%，水库供水量、可利用的区间径流和灌区回归水利用量完全有保证。

5 结语

在大型灌区续建配套与节水改造项目水资源供需平衡分析中，由于灌区灌溉面积大，水库综合利用供水用途多，应采用多水源进行综合论证分析，在灌区节水灌溉的前提下，能够满足在灌溉保证率情况下灌区需水量。地下水作为灌区补充水源，可提供人畜生活用水、乡镇企业用水和少量灌溉用水，全灌区供需水量是平衡的。