黄洞河灌区水资源供需平衡分析

王晓蕾, 欧正蜂, 孙春敏, 黄永奇

(1.广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510635；2.广东省水动力学应用研究重点实验室，广东 广州 510635；3.广东省水利厅，广东 广州 510635)

灌区水资源供需平衡分析是灌区规划设计和改造的决定性指标之一，由于一些地区水文站、降雨量测站分布不足、降雨径流等数据序列记录不全等问题，经常无法获取满足可靠性、一致性和代表性要求的径流和降雨资料[1]，怎样计算灌区的可供水水量成为灌区水资源量供需平衡分析的关键之一。根据相关研究可利用广东省水文图集等资料来推算当地的径流[1-3]。下文以黄洞河灌区[4]为例采用该方法进行水资源量供需平衡分析。

1 灌区概况

黄洞河灌区位于清远市英德市西北部石牯塘镇境内，距英德市市区42 km(见图1)，是石牯塘镇灌溉的骨干工程，设计灌溉面积0.077万hm2，属一般中型灌区。灌区境内属丘陵地带，地势北高南低。

图1 黄洞河灌区地理位置示意

灌区灌溉水主要引自黄洞河，灌区渠道分布在黄洞河下游的尧西河、长江河和长江叉河两岸，通过在河流上建立陂头进行进行引水灌溉。黄洞河为连江一级支流，发源于乳源县大布三磨良；集雨面积为394 km2，市境内为244.6 km2，干流河床长为50 km，市境内流程为39 km；境内河床平均比降为4.77‰，天然落差为252 m，可利用落差85 m，流经英德市的浛洸镇永安街流入连江。黄洞河上、中游河陡、滩急、跌水多，其中有比较著名的大峡谷地貌，干流蜿蜒奔流于崇山峻岭之间，在石牯塘镇锦潭村附近一分为二，穿越于山间丘陵盆地中，在含光大曾屋附近合二为一，汇入连江，整个地势由北向南呈台阶状下跌，地形复杂，地貌多样(工程区域水系示意见图2)。黄洞河水资源丰富，电站装机容量为2.7万kW的锦潭一级电站就位于黄洞河，是北江、翁江、连江三大江一级支流中电站装机容量最大的电站，锦潭梯级(含东西坑梯级)装机总容量达6万kW以上。

图2 工程区域水系示意

灌区内汇入黄洞河的主要支流为坑尾水，坑尾水发源于石牯塘镇坑背村，于183 m高程汇入黄洞河干流，河口控制集雨面积为22.5 km2，河流全长为12.6 km，平均坡降为55.4‰。

2 灌溉制度

黄洞河灌区地处南方湿润地区，具有丰富的水资源，黄洞河灌区主要种植水稻和蔬菜等经济作物，一年三熟，根据《灌溉与排水设计规范》(GB 50288—2018)，灌溉设计保证率取90%。

2.1 灌溉制度

黄洞河灌区的灌溉制度参考《广东省一年三熟灌溉定额》[5](后文简称“《灌溉定额》”)。黄洞河灌区以种植水稻为主兼种经济作物。水稻采用“浅晒湿”型的节水灌溉制度，即是把浅水、晒田、湿润灌溉三者结合起来的灌水方式[6-8]。

2.2 灌水率设计

按照《灌溉定额》，黄洞河灌区属第2农业区，以清远市为代表点。灌区内土壤主要为壤土，查《灌溉定额》中表5-1，当地壤土的一年三熟灌溉定额(P=90%)为685 m3/亩。

考虑到灌区以种植水稻为主，灌溉制度与水管理以水稻来进行设计。根据灌溉水量的年内分配情况和当地的灌溉制度，计算灌水率；在计算结果的基础上优化灌水率设计。灌水率优化的要求是使其比较均匀，且短期的峰值不大于设计灌水率的120%，最小灌水率不小于设计灌水率的40%，设计灌水率q设=0.8 m3/(s·万亩)，最小灌水率为0.63 m3/(s·万亩)。

查《灌溉定额》表5-4各站设计灌溉定额典型年表，清远站的枯水典型年为1980年4月至1981年3月。枯水年(P=90%)典型年灌溉时段和降雨分配参考《广东省一年三熟灌溉定额》附表11-(2)清远站，详细数据见表1；枯水年(P=90%)综合灌水率(优化后)计算成果见表2和图3。

表1 枯水年(P=90%)典型年灌溉灌水量时段分配和降雨分配 %

表2 枯水年(P=90%)综合灌水率(优化后)计算成果

图3 优化后枯水年(P=90%)的综合灌水率示意

3 灌区供需水量平衡分析

3.1 灌区可利用水量

黄洞河灌区主要水源为黄洞河下游的尧西河、长江河、长江叉河以及部分区间集水，灌区通过在河流上建立若干引水陂头来引水。黄洞河流域内无实测径流资料，设计年径流采用多年平均径流深等值线图法，根据1991年省水文总站编制的《广东省水文图集》查表得：多年平均降雨量为1 982 mm，相应变差系数Cv=0.25；多年平均径流深为1 230 mm，相应变差系数Cv=0.35。黄洞河各频率径流情况见表3。

表3 各频率下黄洞河径流量

本次工程径流分配采用枯水年(P=90%)典型年降雨进行分配(见表4)。根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB 50288—99)，本灌区处于水资源丰富地区，设计灌溉保证率为90%。黄洞河在(P=90%)的枯水年径总量为28 399万m3。

表4 工程径流分配 %；万m3

3.2 灌区需水预测

本灌区作物需水量按照设计灌溉面积计算。依据《灌溉与排水设计规范》(GB 50288—99)，干渠渠道水利用系数取0.85，支渠以下固定渠道渠系水利用系数取0.8，则灌区渠系水水利用系数取0.68，田间水利用系数为0.95，则灌溉水利用系数为0.65。

据统计，灌区内为一年三熟作物以水稻为主，兼种其它经济作物。依据《灌溉定额》，英德市属于西江丘陵山地农业区，查《灌溉定额》附图和皮尔逊Ⅲ型曲线，计算出作物一年三熟各频率下的灌溉净定额，在此基础上，利用灌溉水利用系数计算出灌溉毛定额，进而计算相应频率下的灌溉用水量，计算结果见表5～6。

表5 黄洞河灌区灌溉用水量计算成果

表6 黄洞河灌区灌溉用水量计算成果

3.3 水资源量供需平衡分析

根据灌区可利用水量和预测需水量对黄洞河进行水资源量供需平衡分析，采用枯水(P=90%)典型年的年径流过程，按月调节方式进行分析。考虑到黄洞河流域植被茂盛，水土保持条件较好，另外河道的生态用水量按照来水量的10%计算(计算成果见表7)。

表7 黄洞河P=90%枯水年水量平衡计算成果 万m3

经分析，黄洞河枯水年(P=90%)年来水量为28 399万m3，年灌溉需水量为1 222.46万m3，扣除蒸发量及河道生态流量后，黄洞河灌溉水量充足，满足灌溉要求；按月分配水量在11月和12月不足，但可以通过水利工程的调蓄作用，满足灌溉需求。

综上所述，黄洞河灌区不存在资源性缺水，目前缺水主要为工程性缺水，通过实施节水改造工程可以解决黄洞河灌区的灌溉用水问题。这与徐小飞等[9]的研究结论：广东省灌区普遍不存在资源性缺水，主要是工程性缺水的观点是一致的。

4 结语

灌区规划设计和改造的根本性指标之一是灌区水资源是否充足，但由于省内水文站、降雨量测站分布不足或者数据序列记录不全等各种问题，不能获取数据或者获取的数据不能满足可靠性、一致性和代表性要求时，通过查询广东省水文图集的方法推算当地的可供水量；根据当地的灌溉制度和降雨情况确定各月灌溉需水量，进而分析灌区的水资源是否满足灌溉要求。