某灌区供需水平衡分析

林明月

（海南省水利灌区管理局松涛灌区管理分局黄竹管理区,海南 澄迈 719000）

1 引言

水资源供需水平衡分析可为区域节水工程建设以及区域规划建设提供参考［1-3］。灌区农业用水量大,对灌区水资源总量是一个极大的考验。以驷马山灌区为例,对灌区供需水平衡进行研究。

某灌区设计灌溉面积365.4 万亩,其中上游灌区面191.7万亩,中下游灌区面积173.7 万亩。

2 设计灌溉制度及农业用水总量控制

2.1 设计灌溉制度

1）灌区等级

灌区设计灌溉面积365.4万亩,大于300万亩,属大（1）型灌区。

2）设计保证率

灌区灌溉设计保证率采用90%。

3）基本资料

采用1954年11月至2010年10月共57年系列的分月分旬雨量及水面蒸发量的统计资料。其中,中下游灌区雨量采用古河、全椒、汊河集三站的算术平均值,上游灌区雨量采用定远、石角桥、八斗岭三站的算术平均值。水面蒸发量资料采用明光站。

灌区现状农作物组成由各县农业统计资料分析,2020年的农作物组成参照各县农业发展规划确定,总的趋势是水稻种植比例有小幅度下降。中下游灌区和上游灌区各水平年的农作物组成见表1。

表1 灌区作物组成表

4）作物需水量

作物需水量主要根据试验数据确定,其中秧苗期用水量一般为240 mm~310 mm,大田每亩用水量一般为20 mm,泡田期用水量采用140 mm。大田期用水量采用 值法计算,取值见表2。

表2 水稻分旬 值及适宜水深表

5）灌溉定额

干渠及以上采用续灌,支渠及以下采用轮灌的方式。此种灌溉制度,既能节约灌溉用水,又能使水稻增产,在海南省各地已逐步开展示范。续建上游灌区范围内的定远县,当地农民迫于缺水的现状,曾进行了水稻旱育、地膜旱栽的节水灌溉试验。但此项技术尚未通过正式鉴定。故水稻采用“浅、晒、深、湿”节水灌溉方式。

图1 旱作物生育期各月需水量

如雨量不能满足旱作物需水量,且差值大于20 mm时,进行灌溉,一次灌溉水量在30 mm~60 mm。

根据灌区系列年的降雨、蒸发资料、作物组成及灌溉制度计算灌区的单项作物灌溉定额,然后按其作物组成加权计算综合灌溉定额,计算成果见图2、图3。

图2 上游灌区历年水稻、旱作及综合灌溉定额

图3 中下游灌区历年水稻、旱作及综合灌溉定额

现状上游、中下游灌区多年平均综合灌溉定额分别为202 m3/亩和211 m3/亩；90%保证率年份,上游、中下游灌区综合灌溉定额分别为330 m3/亩和330 m3/亩。2020 水平年多年平均综合灌溉定额分别为193 m3/亩和201 m3/亩；90%保证率年份,上游、中下游灌区综合灌溉定额分别为311 m3/亩和316 m3/亩。

6）塘坝调节计算

塘坝调节是通过系列年的塘坝来水、用水进行水量平衡后计算当地径流的利用量及塘坝缺水量。塘坝缺水量即为要求外水的灌溉补给定额和灌溉模数。旱荒地径流采用丰乐河上桃溪站的次降雨径流关系由雨量间接计算,水稻田排水是在稻田水量平衡中计算,塘面径流为塘面降雨量扣除塘面蒸发量和渗漏量。计算中,中下游灌区采用塘面率5%,有效塘容5万m3/km2；上游灌区采用塘面率6%,有效塘容6万m3/km2。旱荒地径流及稻田排水的有效利用系数分别采用0.8及0.7。塘坝用水即为农作物综合灌溉用水定额,考虑塘坝级渠系水利用系数为0.95。

塘坝调节计算的运用方式采用自然调节。灌区塘坝调节后的逐年缺水量见图4、图5。

图4 驷马山上游灌区塘坝调节缺水量情况

图5 驷马山中下游灌区塘坝调节缺水量情况

2.2 农业用水总量控制

塘坝调节后的缺水量即为需外水进行补给的水量。用连续两旬平均最大的灌水模数,进行经验频率计算,并绘制经验频率曲线。由绘制的经验频率曲线求得,90%保证率时,上、中下游灌区净灌水模数分别为0.53 m3/（s·万亩）和0.65 m3/（s·万亩）,按渠系水利用系数0.75 计,则渠首设计抽水模数为0.71 m3/（s·万亩）和0.87 m3/（s·万亩）。

考虑本灌区内有一部分中小水库,可供给部分水量,且续建配套节水改造完成后,用水量有逐年减少的趋势,渠首设计抽水模数控制采用0.7 m3/（s·万亩）。

3 供需平衡分析

3.1 农田灌溉用水

依据各水平年的灌溉面积和灌溉定额,计算农田灌溉需水量。经1954 年11 月~2010 年10 月共57 年水利年系列计算,2010 年水平年,灌区多年平均灌溉水量3.85 亿m3；2020 年水平年,灌区多年平均灌溉水量为3.50 亿m3。

3.2 城市用水

城镇用水包括工业用水与居民生活及公共事业用水量。用水分别按工业产值或人口数和其相应的用水定额进行计算。各县城现有工业产值及人口数参照统计部门资料。根据灌区各地、市国民经济发展规划,预测本灌区城镇人口和工业产值的发展,推算不同水平年城镇的工业和生活用水量。各县城用水来源主要为利用地表水的各县城自来水厂,只有少数厂矿自备水源,抽取地下水。在地表水量平衡中,按用水量的80%参与平衡计算。则各水平年参与灌区平衡计算的城镇生活、工业用水量分别为：2010 年1.91 亿m3,2020 年为2.43 亿m3。

3.3 农村人畜用水

据统计2010 年,灌区有乡村人口197 万人,大牲畜79 万头。2020 年预测人口达215 万人,大牲畜91 万头。经计算农村人畜用水量2010 年、2020 年分别为0.56 亿m3和0.87亿m3。在需水量中,考虑使用地表水、地下水量各占50%,取一半的需水量参与地表水量平衡计算。则各水平年参与灌区平衡计算的农村人畜用水量分别为：2010 年0.28 亿m3,2020 年为0.44 亿m3。

3.4 灌区地表水量供需平衡计算

灌区需水量计算如前所述。灌区可供水量分塘坝供水量、水库供水量、泵站抽水量三个部分。其中塘坝供水量为塘坝调节计算成果,2010水平年,塘坝多年平均可供水量1.51 亿m3,50%、75%、90%频率年供水量分别为1.61 亿m3、1.37 亿m3和0.50 亿m3。泵站抽水量按开机时数进行计算。灌区地表水量平衡计算结果见表3。

表3 驷马山灌区地表水供需平衡表

续表3

4 结语

根据灌区实际运行情况,灌区输水主干渠目前只到黄疃分水闸,滁河四级站即将建成,为了满足滁河四级站的用水需求,需对三级干渠剩余段和四级站出水段进行建设。水资源是工程建设发展所必须的资源,除了工程建设提高水资源利用效率外,需制定相关的政策,提高居民节水意识,从而保护水资源。