宜川县农田水利建设工程项目区水资源供需平衡计算探析

王俊杰

(陕西省延安市宜川县河长制领导小组办公室，陕西 延安 716200)

小型农田水利工程在经济社会发展中占有十分重要的作用，是国民经济的基础。加强小型农田水利工程建设，是改善农民生存环境、生产和生活条件，促进农业发展、农村进步、农民增收的民心工程。宜川县地处陕西省北部、延安市东南部、黄河中游壶口瀑布之滨，北靠延安宝塔区，南接黄龙，毗邻韩城，东隔黄河与山西吉县相望，地处东径109°41′36″～110°32′44″、北纬35°42′39″～36°23′39″之间。宜川县小型农田水利设施主要修建于上世纪五十至七十年代，受当时财力和施工技术水平的限制，建设标准低；农村经济体制改革后，小型农田水利设施管理主体缺位，维修养护资金难以落实，老化失修严重，灌溉水利用系数只有0.45左右，严重制约当地农业发展[1]。近年来宜川县先后多处实施小型农田水利工程建设，工程范围涵盖9个乡镇202个村，类型涉及小型水库、堰坝(闸)、小型灌溉泵站、机井、水窖(池)等小型水源工程及相应的渠(管)系工程。水资源供需平衡分析是农田水利工程建设项目设计时的前置重要条件，本次以2017年宜川县小型农田水利工程实施项目为例，对小型农田水利工程建设中的水资源供需平衡分析方法、过程进行阐述，以期为类似工程提供借鉴。

1 研究区概况

项目实施区主要集中在云岩镇1镇的6个行政村，项目区总人口11 347人，耕地面积5 231亩，苹果种植面积13 542亩，设施灌溉面积2 961亩，有效灌溉面积0万亩，粮食播种面积0.602 3万亩，粮食总产量0.085 7万 t。项目区处黄土高原丘陵沟壑区，境内沟壑纵横，河谷深切，峁梁起伏，蜿蜒连绵，以黄土峁居主导地位的地貌类型。项目区属暖温带半干旱大陆性季风气候。多年平均温度9.9℃，多年平均降雨量450 mm，多年平均蒸发量1 717 mm，干旱指数2.83；多年平均日照2 435.6 h，平均总辐射为119.79千卡/cm2，年平均生理辐射为60.03千卡/cm2，风向以西北风为主，多年平均风速为1.80 m/s，最大风速13.7 m/s，无霜期186 d，最大冻土深度0.81 m。

2 研究区水资源供需平衡分析

2.1 水资源概况

项目区位于雷多河和云岩河两河之间，灌溉水源为雷多河地表水，采用泵站(兴家塬两级泵站)提水上塬灌溉整个项目区(三个项目片区：长命塬项目片区、太吉塬项目片区、兴家塬项目片区)，灌溉面积7 200亩。

雷多河，发源于安沟乡童儿湾东沟，全长40.1 km，流域面积273.6 km2，多年平均径流量684万 m3，流经宜川县云岩、新市河、阁楼，延长县安沟、张家滩、雷赤、南河沟等乡镇23个村庄，汇入9 km以上小河5条，为延长县和宜川县两县界河，于南河沟史家窑科境注入黄河。取水口以上流域面积165.57 km2，多年平均径流量413.93万 m3，占径流总量的60.52%。

2.2 径流分析

2.2.1 多年平均径流量计算

本工程为灌溉工程，需对沟道取水口以上的来水量可靠性进行分析。雷多河流域内无水文观测资料，附近云岩河上设有新市河水文站和临镇水文站，新市河水文站建于1966年，控制流域面积1 662 km2，位于云岩河下游新市河村，距离项目区取水口11.5 km，项目区位于新市河水文站与雷多河取水口之间；临镇水文站建于1958年，控制流域面积1 121 km2，位于云岩河上游临镇，距离项目区取水口32 km。

项目区取水口以上流域面积为165.57 km2，与新市河水文站控制流域面积相差90%，与临镇水文站控制流域面积相差85%，与两水文站均超过了15%，相差较大，但新市河水文站离项目区最近，均处于河道下游，离入黄河口距离也相近，属于同一类型河道，因此本次采用《延安地区实用水文手册》介绍的径流深等值线法和以新市河水文站为参证站的水文比拟法，进行径流分析计算。

1)径流深等值线法

根据《延安地区实用水文手册》中小流域径流计算见公式(1)：

先利用以下公式算得某设计频率的径流深：

(1)

经查《延安地区实用水文手册》，流域内多年平均径流深为25 mm(查清水径流深等值线图)，年径流深变差系数Cv为0.52，Cs=3.0Cv。查图表得多年平均径流深及不同频率的Kp值见表1。

表1 多年平均径流深、CV、不同频率Kp值

求得径流深后，利用公式(2)求得相应频率的年径流量：

(2)

经计算，项目区取水口以上设计径流成果详见表2。

表2 项目区取水口以上设计径流成果表 万m3

2)面积比拟法

根据新市河水文站53 a实测年径流量系列，查相关资料，可知：W均值=3 669万 m3，Cv=0.41，Cs=3.0Cv，计算结果见表3。

表3 新市河水文站不同频率年径流成果表 亿m3

工程取水口多年平均径流量按公式(3)比拟计算：

Wp设=Wp参×(F设/F参)

(3)

式中：Wp设、Wp参分别为取水和参证站频率为p的年径流量 (m3/s)；F坝、F参分别为坝址和参证站流域面积(km2)；

计算取水口不同保证率下年径流量见表4。

表4 工程取水口处年径流量频率计算成果表 万m3

2.2.2 成果的选用

由以上两种方法计算得的成果比较可知，两种方法计算成果有一定差距。考虑到取水口与新市河水文站控制流域面积相差较大，已超过15%，故本次采用径流深等值线法的计算结果作为设计径流的最终成果，即取水口以上流域多年平均径流量为413.93万 m3，75%保证率时的径流量为256.64万 m3。

2.2.3 径流量的年内分配

该工程为小型工程，分配比例采用新市河站75%保证率(1972年)年内分配比计算，新市河站流域面积为1 662 km2，P=75%时，WP1=0.25亿 m3，取水口以上75%保证率的年径流量256.64万 m3。分配结果见表5。

2.2.4 不同保证率下的日平均流量

根据《延安地区实用水文手册》，对于流域面积在1 000 km2以下的黄土丘陵沟壑无资料地区，计算某一频率的日平均流量时采用公式(4)计算。

qp=CpFn

(4)

式中：qp为某设计保证率日平均流量，m3/s；F为流域面积，km2；n为经验指数，取0.95；Cp为综合系数，当n=0.95时；用杏河、枣园、志丹、子长水文站的日平均流量保证率综合出的系数。

不同保证率下的日平均流量计算成果如表6。由表6可知，75%频率年日最小流量为199.45 m3/h。

表5 取水口处P=75%年径流月分配成果表 万m3

表6 不同保证率下的日平均流量成果表

2.3 水资源可利用量

项目区雷多河取水口以上无任何取水设施，下游1km处有宜川县店头集中供水工程1处，供水保证率95%，供水规模为485.4 m3/d，年供水量为17.7万 m3，引水流量为46.50 m3/h，除此之外在无其它水利工程，河道生态流量按来水量的10%计算，生态流量为19.95 m3/h，生态用水量为25.66万 m3，则项目区取水口处可利用水量为：256.64-17.7-25.66=213.28万 m3，可取水流量为199.45-46.50-19.95=133.00 m3/h。

2.4 可供水量分析

(1)现状年可供水量分析:2017年度项目区无水源工程，现状年灌溉可供水量为0 m3。

(2)设计水平年可供水量分析:2017年项目区新建兴家塬一个提水灌溉系统，该系统泵站设计流量为100.31 m3/h，按照以需定供的原则，按每年灌溉3次，每次灌水30 d，每天灌溉22 h，确定泵站设计年每次灌溉新增供水能力6.62万 m3，每次可供水量为6.62万 m3，泵站设计年全年灌溉新增供水能力19.86万 m3，设计水平年全年可供水量为19.86万 m3。根据表5可知，取水口处75%保证率的河道来水量为256.64万 m3，扣除生态流量和下游殿头供水工程取水量外，可利用水量为213.28万 m3，远大于兴家塬泵站全年可供水量19.86万 m3，根据表5可知，取水口处75%保证率的月最小来水量为1月份6.95万 m3，大于泵站月供水量6.62万 m3，扣除生态流量和下游供水工程用水量外，水量明显不足，但是灌溉月份3月、4月、5月、10月、11月河道月来水量均大于泵站月供水量、生态流量、下游供水工程用水量三者之和(8.10万 m3)，因此河道来水量满足泵站可供水量要求。

2.5 年度需水量计算分析

年度项目区需水量主要是0.72万亩苹果灌溉需水量。

2.5.1 灌溉设计保证率

扬水灌区由于提水灌溉成本较高，以收益较高的苹果灌溉为主，并采用节水能力好的小管出流灌溉方式。灌溉设计保证率与灌区水文气象、水土资源、作物种类、灌区规模、灌水方法等因素有关，依据《灌溉与排水工程设计规范》的有关规定，考虑扬水成本较高，水资源有缺乏因素，本次按75%保证率偏干旱年进行供需计算，灌溉保证率取75%，灌溉水利用系数0.90。

2.5.2 灌溉制度

项目区种植作物为苹果。依据《陕西省行业用水定额》，陕西黄土丘陵沟壑区苹果非充分灌溉湿润年、中等年、干旱年用水定额分别为40、70、90 m3/亩，参照邻县洛川县苹果灌溉经验、黄河水土保持西峰治理监督局李怀有工程师发表的甘肃庆阳县《苹果树耗水规律及节水灌溉技术研究》(黄河上中游管理局基金项目 2004.02.14)苹果灌溉的成果，结合宜川县苹果生育期及前两年的灌溉实际情况，并考虑群众对高扬程灌溉成本较高的承受能力，根据苹果不同生育阶段对缺水的敏感性，采用灌关键水及非充分灌溉结合方式，组合小管出流灌水定额安排灌溉时序和次数[2]，具体为：

苹果的最佳灌水期为萌芽前(3月下旬)、新梢旺长前(5月初)、果实迅速膨大期(7-8月)和封冻前(10月下旬至11月上旬)四个灌水期。

(1)萌芽前(3月下旬)灌水可有效利用先年贮藏养分，促进萌芽、开花、座果、扩大叶面积、增强光合作用。

(2)新梢旺长前(5月初)灌水。此期是苹果新梢旺长和幼果膨大并进的时期，叶片蒸腾作用强，是苹果的需水临界期，此期水分不足，不仅影响春梢生长和果实发育，而且还会严重影响花芽分化，从而导致翌年产量的大幅度下降。

(3)果实迅速膨大期(7-8月)灌水能促进果实增大和提高产量，且有利于花芽分化，为来年丰产创造条件，宜川7月～8月份处于汛期，降雨占到了全年将水的50%多，一般年份此期基本不需灌溉。

(4)封冻前(10月下旬至11月上旬)灌水能促进有机肥料腐解，满足果树休眠期的水分要求，增加冬季树体营养积累，防止冬季抽条。由于项目区无苹果试验的灌溉制度，根据在宜川县当地的走访调查，依据当地群众多年苹果灌溉高产经验，结合前两年邻近项目区苹果小管出流灌溉成果，苹果果园一般年份每亩年灌溉3次、每次毛灌水定额为10.0 m3/亩左右，灌溉有效利用系数为0.90。根据群众灌溉苹果的高产经验确定的灌溉制度见表7。

(5) 项目区作物灌溉需水量：现状年无灌溉设施，不灌溉，灌溉需水量为0万 m3。设计年苹果采用小管出流灌溉，灌溉保证率按干旱年非充分灌溉取75%，灌溉水利用系数0.90，净灌水定额为9 m3/亩，净灌溉定额27 m3/亩，毛灌水定额为10 m3/亩，毛灌溉定额30 m3/亩，0.72万亩苹果年灌溉需水量21.60万 m3。

表7 设计水平年苹果的节水灌溉制度(经验法)

2.6 水资源平衡分析

现状年项目区泵站可供水量为0万 m3，项目区灌溉总需水量0万 m3。设计水平年项目区灌溉期间泵站可供水量为19.86万 m3，项目区灌溉总需水量21.60万 m3，灌溉期间缺水1.74万 m3，不满足用水要求，见表8。为了满足灌溉用水要求，应在研究区进行农田水利工程规划建设时建设蓄水池和泵站，利用设计的蓄水池和泵站出水池进行调蓄，调蓄次数3次，非灌溉期间将蓄水池和泵站出水池抽满。蓄水池和泵站出水池的总容积控制为5 800 m3，调蓄容量为1.74万 m3，满足灌溉期间缺水要求，其中出水池容积为3 000 m3，1#和4#蓄水池容积为500 m3，2#、3#、5#、6#、7#、8#蓄水池容积为300 m3。

表8 项目区水资源供需平衡表 万m3

3 结语

研究区水源情况是决定项目能否顺利实施的基础,通过对宜川县2017年农田水利工程建设项目区水资源供需平衡问题进行研究，经过勘察调查, 进行水资源供需平衡计算, 设计水平年项目区灌溉期间泵站可供水量为19.86万 m3，项目区灌溉总需水量21.60万 m3，灌溉期间缺水1.74万 m3，不满足用水要求，必须在研究区进行农田水利工程规划建设时建设蓄水池和泵站，利用蓄水池和泵站出水池进行调蓄，确保灌溉用水需求，分析结果为项目科学建设提供参考。