母冲水库供需水平衡分析

周 瀚

(贵州省水利投资(集团)有限责任公司,贵阳 550001)

1 概 述

水库供需水平衡分析是水库工程建设规模确定以及水库效益分析的前置条件,具有十分重要的作用。

母冲水库受水区涉及水库下游村组,现状主要通过村民自建管道在山泉出露处引水或者靠抽取地下水解决。由于泉水水量小,雨后来水浑浊,水质变差,且该区域泉水一般为浅层地下水,丰枯变化大,农村人畜供水保证率低,饮水安全得不到保证。同时,水库下游沿线田土范围内灌溉用水主要依靠望天水,部分由当地农民自建土渠从河道内引水灌溉,多沿河谷沟边修建,易被洪水冲毁。由于土渠渗漏严重,单位渠长控制灌溉面积少,灌溉水利用系数较低,水利化程度低,灌溉用水得不到保障,遇干旱年粮食收成基本无保障。

2 供水范围

母冲水库工程任务为农村人畜饮水及农田灌溉。根据该地区缺水情况,结合母冲水库工程建设位置及实地调查结果,确定母冲水库供水范围为水库坝址下游巴铃镇的保营、姜家寨、盐井、背后寨、大普、高家塘、罗官坝、小寨、牛市场、王官坡、向家其、王家庄等村组范围,涉及供水人口21 077人(现状)。灌区主要分布在巴铃镇的盐井、背后寨、大普、高家塘、王家庄、罗官坝、小寨、牛市场、王官坡、向家其等村寨的田土范围,总灌溉面积178.667hm2。

为满足农村人畜饮水及灌溉用水要求,本工程采用在水库取水出口后布置供水管道,进行自流供水及灌溉,灌区工程分区工程特性表及人饮片区划分汇总表见表1和图1。

表1 母冲水库灌区灌面分区汇总表

图1 母冲水库人饮供水统计表

3 供需水平衡分析

3.1 灌溉需水量预测

3.1.1 灌溉范围及面积

母冲水库灌区范围涉及水库下游98.667hm2水田灌溉和80hm2旱地灌溉,灌区主要分布在巴铃镇的盐井、背后寨、大普、高家塘、王家庄、罗官坝、小寨、牛市场、王官坡、向家其等村寨田土范围。

3.1.2 灌溉面积、种植结构

根据初定的灌区范围,将所涉范围1/1万地形图矢量化处理后,用计算机对各主管线控制灌面按不同的作物类别分别量算统计,计算只考虑自流灌溉范围,且均为25°以下耕地。

结合灌区调查情况,参考灌区国土资源普查成果,成片田坝折算系数取0.7～0.85,梯田、坡地折算系数取0.55～0.7,以扣除坡度、田坎、道路、荒地等面积以及用作退耕还林、还草的25°以上坡耕地。

量算结果:水田98.667hm2,旱地80hm2,灌区主要分布在盐井、背后寨、大普、高家塘、王家庄、罗官坝、小寨、牛市场、王官坡、向家其等村寨。

通过对母冲水库灌区农作物种植情况的调查以及兴仁市的发展现状得知,灌区一般是水田大季种水稻,小季种油菜;旱地大季种玉米,小季种小麦。田和土的复种指数分别为1.8和2.0。

3.1.3 灌溉实验成果

1)20世纪80年代,水稻灌溉试验及水稻、参考作物等值线图的制作由贵州省水利厅1980-1987年组织有关单位进行灌溉制度试验。根据试验成果统计,多种灌溉制度多年平均水稻灌溉定额4 050m3/hm2,灌水定额4 68m3/hm2;浅深浅灌溉制度灌溉定额4 200m3/hm2,灌水定额519m3/hm2。

2)20世纪90年代,水稻、旱作物灌溉试验经过多年的试验研究认为,“科灌”和“科蓄”增产分别为5.5%和6.05%的灌溉定额(即灌入田间的净用水量)分别为3 735、3 250.5m3/hm2,灌水定额453～519m3/hm2,节水、增产效果明显,应在全省大面积推广。

3.1.4 水稻灌溉制度及灌溉定额

1)灌区水稻灌溉拟推荐“薄、浅、湿、晒”控制灌溉模式。根据分析计算,确定本灌区的灌溉定额过程。

根据技术要求,拟定灌区灌溉制度见表2 。

表2 灌区中稻灌溉制度表

泡田期为5月中下旬,共21天,下渗量以2.0mm/d计;黄熟期和完熟期为9月上中旬,共20天,为湿干和干状态;灌溉制度设计全期为5月11日至9月20日,共133天。

2)水稻灌溉定额计算按逐旬田间水量平衡法推求。公式如下:

M=M泡+M生=(M1+M2+f泡+0.6E20-R)+(Y-R′±ΔH)

(1)

式中:M为水稻净灌溉定额,mm;M泡、M生分别为泡田期、生长期净灌溉定额,mm;M1为土壤饱和水深73.3mm;M2为田间水层深30mm;f为下渗量,泡田期f泡=2.0mm/d,生长期f生=1.0～2.0mm/d;E20为20cm蒸发器蒸发量,mm;R为泡田期有效雨量,mm;X为旬降水量,mm,当X≥100mm时R=100mm,当X<100mm时R=X;Y为田间耗水量,Y=f生+αE20,α为散发系数;R′为生长期有效雨量,mm;Rm为最大有效雨量,mm,Rm=1/2(Y±ΔH),当Rm≥X时R=X,当Rm

母冲水库中稻灌溉定额成果见表3。

表3 中稻设计灌溉定额频率分析计算成果表

3.1.5 旱作物灌溉制度及灌溉定额

将各种旱作物历年灌溉定额从小到大排序,并以P-Ⅲ型曲线适线,进行频率分析计算,成果见表4。

3.1.6 灌溉需水量

灌溉需水量根据工程的灌溉面积、田土比例及作物组成,采用相应作物相应年份的灌溉定额进行计算。灌区设计灌溉面积为178.667hm2(其中水田98.667hm2,旱地80hm2)。

母冲水库灌区利用管道输水灌溉,管道水利用系数取0.95,水稻灌溉田间水利用系数取0.95,旱作物田间水利用系数0.90。因此,水田灌溉水利用系数取0.9025,旱地灌溉水利用系数取0.855。母冲水库灌区灌溉在P=80%时年毛需水量为88.4×104m3,多年平均需水量为74.1×104m3。见表5。

表4 农作物灌溉定额频率分析计算成果表

表5 农作物不同保证率灌溉需水量分析计算成果表

3.2 人畜需水量预测

巴铃镇的保营、姜家寨、盐井、背后寨、大普、高家塘、罗官坝、小寨、牛市场、王官坡、向家其、王家庄等村组大部分村民小组现无可靠的供水水源,缺水较严重,根据规划,其农村人畜用水水源为母冲水库。根据现场调查及当地政府统计人口数据,至2017年末,巴铃镇保营等村寨缺水总人口21 077人。根据兴仁市各年统计年鉴数据分析,结合当地实际情况,供水范围内各村组人口自然增长率综合取值7‰。规划水平年人口增长率按自然增长率和机械增长率计算,设计水平年2030年供水人口计算公式如下:

P=P0(1+γ)n+P1

(2)

式中:P为设计用水居民人数;P0为供水范围内常住人口数;γ为设计年限内人口的自然增长率,取7‰;n为工程设计年限;P1为设计年限内人口的机械增长总数,可根据各村镇的人口规划以及近年来流动人口和户籍迁移人口的变化情况,按平均增长法确定。

预测到规划水平年(2030年)供水范围内人口将达到23 077人,全部为农村人口;9 231头大牲畜,13 846头小牲畜。农村人口用水定额按80L/人·d,大牲畜按50L/头·d,小牲畜按30L/头·d,根据相关规范,管网损失及未预见水量按人畜用水量的15%计算,水厂自用水按人畜用水量和管损的5%计算,输水损失按以上的5%计,则2030年人畜日用水量3 452.54m3,人畜用水年总需水量为126×104m3。日变化系数取1.3,则2030年人畜最高日用水量4 488.3m3,人畜需水量计算结果见表6。

表6 人畜需水量计算表

根据预测分析结果,母冲水库供水范围P=80%灌溉需水量88.4×104m3,人畜需水量为126×104m3,至规划水平年(2030年)总需水量为214.4×104m3。总需水量分析计算成果见表7。

表7 母冲水库总需水量分析计算成果表

4 供需平衡分析

考虑到受水区范围内现状水利设施少,且缺乏供水及灌溉保证,确定受水区范围内规划水平年除母冲水库外,可供水量基本为0×104m3,缺水量为214.4×104m3。受水区一次供需平衡成果见表8。

表8 受水区一次供需平衡成果表

根据供水及灌溉现状分析,至规划水平年水库受水区缺水量为214.4×104m3。母冲水库坝址天然来水量353×104m3,保证率P=80%下来水量为247.1×104m3,保证率P=95%下来水量为177.1×104m3。通过兴利调节计算可知,在满足受水区需水量下兴利库容为169.2×104m3。因此,母冲水库建成后,可满足受水区设计水平年(2030年)供水及灌溉需求。

5 结 论

根据母冲水库实际情况,对水库现状供水情况进行分析,现状供水无法满足用水需求。通过对灌区灌溉用水和人畜需水进行分析,母冲水库供水范围P=80%灌溉需水量88.4×104m3,人畜需水量为126×104m3,至规划水平年(2030年)总需水量为214.4×104m3。母冲水库坝址天然来水量353×104m3,保证率P=80%下来水量为247.1×104m3,保证率P=95%下来水量为177.1×104m3。

通过兴利调节计算可知,在满足受水区需水量下兴利库容为169.2×104m3,可满足受水区设计水平年(2030年)供水及灌溉需求。