故城县运河灌区水资源供需平衡分析

胡志强，左 君，王雯涛，马洪斌

（河北省水利水电勘测设计研究院集团有限公司，石家庄 050086）

水资源是灌区建设发展不可或缺的重要资源，发展节水灌溉是运河灌区农业的长远大计和基本战略。河北省灌区地下水超采问题日益突出，为降低地下水开采量，改善灌区生态环境，建设运河灌区并进行现代化改造十分必要。 灌区水资源供需平衡分析是灌区规划设计和现代化改造的基础性工作之一，对保障灌区用水安全具有重要意义。 为进一步了解运河灌区水资源开发利用状况， 合理规划灌区农业灌溉用水，需对运河灌区进行水资源供需平衡分析，为灌区可持续发展提供科学依据。

1 工程概况

1.1 灌区基本情况

故城县地处河北省东南部，卫运河西侧，运河灌溉范围包括故城县的13 个乡镇，占据了故城县全域95%的面积，地势平坦，是衡水市的粮食主产区，农业布局均为提高农业综合生产能力， 运河灌区总面积为8.94 万hm2， 其中耕地面积5.67 万hm2， 园地0.26 万hm2，林地0.26 万hm2，草地0.25 万hm2，城镇村及工矿用地1.37 万hm2，交通运输用地0.45 万hm2，水域及水利设施用地0.59 万hm2，其他用地0.09 万hm2。灌溉面积为5.67 万hm2。

1.2 水源情况

运河灌区现状灌溉水源主要是引调提工程供水和地下水。卫运河取水口为卫运河上的青年闸、和平闸、草寺闸、芦庄闸4 座引水闸，引黄取水口为清凉江上的贾庄闸、西里屯闸2 座引水闸。

1.3 灌区工程情况

故城县境内有骨干渠道20 条，总长209.81 km，蓄水能力1338 万m3；乡镇级支渠90 条，总长344.41 km；村级渠道462 条，总长852.4 km。全县河道、干、支渠纵横交错、 相互连通， 在渠道状况较好的情况下，能把地表水送到全县所有乡镇，具有得天独厚的引水条件， 对故城县的防洪排涝及农田灌溉有显著作用。

全县共有纳入坑塘长管理的坑塘758 个， 现状坑塘通过引渠与上级渠道连通的有310 座，未与上级渠道连通的独立坑塘有448 座，蓄水能力2900 万m3。2021 年，故城县地下水取水井共9023 眼，其中浅井8061 眼，深井962 眼。

1.4 灌区土地利用现状

运河灌区处于河北中南部平原，地势平坦，光热条件良好，土地资源丰富，根据本次核定的灌区范围，利用全国第二次土地普查的GIS 图量算灌区范围内耕地面积、园地面积及林地面积等。经量算，运河灌区总用地面积为8.94 万hm2，耕地面积5.67 万hm2。

灌区由20 条干渠组成，有效灌溉面积4.38 万hm2，渠灌面积2.78 万hm2，井渠双灌面积1.6 万hm2。灌区主要农作物为小麦、夏玉米、棉花、蔬菜等农作物及苹果、梨、桃等林果，农作物种植复种指数为152%。

1.5 灌区水资源利用情况

1.5.1 水资源开发利用现状

运河灌区主要供水水源为外来水和当地地下水。 运河灌溉现状外来水主要为引卫水和南水北调中线引江水， 故城的南水北调中线划给引水指标为1674 万m3/a，近几年变化不大，引卫运河水量需要根据上游水库蓄水及卫运河基流情况相机而定， 自卫运河和平闸，取多年平均引水量作为外来水量计列。根据故城县地下水资源条件，2014、2015、2020 年压减浅层地下水开采量的情况下，地下水超采现象得到有效遏制，但在农业灌溉方面，地下水开采量仍占较大比重。2020 年，故城县实际灌溉水量为8953 万m3，其中地表水引水量为4153 万m3，占46.4%，地下水开采量为4800 万m3，占53.6%，地下水在农业灌溉水源中占仍在50%以上。

1.5.2 存在问题

故城县由于自产地表水水资源不足、 河渠水网不畅导致过境水利用率低， 以及现状水资源供需存在一定矛盾。农业用水量偏大，由于灌溉方式落后、灌溉水利用率低下、工程配套不完善、管理粗放等原因，用水浪费现象严重。不科学用水问题已影响到经济发展，进而严重威胁到故城县的水资源和水环境安全［1］。

1.6 灌区供用水现状情况

1.6.1 用水现状

2020 年全县总用水量为10453 万m3。农业用水量为8953 万m3（占比85.65%），生活用水量为1180 万m3（占比11.29%）， 工业用水量为300 万m3（占比2.87%），生态用水量为20 万m3（占比0.19%）。

1.6.2 供水现状

根据 《衡水市水资源公报》 （2020 年度），2020 年全县供水总量为10453 万m3，各类水源供水情况如表1。

表1 故城县2020 年各类水源供水情况统计

2 灌溉制度分析

2.1 灌溉保证率

运河灌区地处水资源短缺的华北平原， 作物以小麦、玉米等旱作为主，灌溉方式为地面灌溉。根据GB50288—2018《灌溉与排水工程设计标准》，灌溉方式为地面灌溉，所处地区为干旱地区或水资源紧缺地区，以旱作为主的灌溉设计保证率为50%～75%［2］。结合运河灌区实际情况，灌溉设计保证率取50%。

2.2 作物组成

运河灌区多年平均降水量531.5 mm， 年平均蒸发量1196.9 mm，属温带、半湿润季风气候，适于小麦、玉米、棉花等农作物及苹果、梨、桃等林果生长，运河灌区耕地面积5.67 万hm2， 主要农作物为小麦、玉米、 棉花及蔬菜，现状年灌区复种指数为152%。 运河灌区主要农作物种植比例如表2。

表2 运河灌区主要农作物种植比例

2.3 作物灌溉制度

依据DB 13/T5449—2021《农业用水定额》，综合分析确定主要作物净灌溉定额。 小麦灌溉定额为2580 m3/hm2，玉米灌溉定额为885 m3/hm2，棉花灌溉定额为1890 m3/hm2，蔬菜灌溉定额为3135 m3/hm2。结合实际情况，确定项目区农作物灌溉制度及年内分配。并根据灌溉制度进行灌水率计算［3］，灌水率计算公式如下：

式中q 为某种作物的灌水率；α 为作物种植面积占灌溉面积的百分数；m 为农作物各次灌水定额（m3/hm2）；T 为各次灌水时间（d）。

项目区灌溉制度及灌水率如表3，根据所得灌水率绘制灌水率如图1。设计灌水率为5.4m3/s/万hm2。

图1 运河灌区设计灌水率

地下水压采综合治理实施后， 渠道输水能力变强， 过程损失减小， 同时对农作物灌溉方式进行调整，采用高效节水灌溉方式后，灌溉水有效利用系数提高，植物生长期用水量缩减，从而可以减少灌溉需水量［4］。根据实测资料计算，现状渠灌灌溉水利用系数0.69，渠灌渠系水利用系数为0.77，田间水利用系数0.915，井灌灌溉水利用系数为0.83。依据《河北省节水行动实施方案》、GB 50288—2018 《灌溉与排水工程设计标准》及相关文件要求，加强灌区渠道输水功能，同时做好土地平整和田间灌溉管道建设，规划2025 年，渠灌渠系水利用系数提高到0.80，田间水利用系数达0.93，渠灌灌溉水利用系数达0.74，井灌灌溉水利用系数达0.85；规划2035 年，渠灌渠系水利用系数提高到0.83，田间水利用系数达0.94，渠灌灌溉水利用系数达0.78， 井灌灌溉水利用系数达0.9。

3 灌区水资源供需平衡分析

3.1 灌区需水量预测

3.1.1 生活需水量预测

根据《故城县水资源开发利用规划》，至2025 年，全县城镇人口为28.70 万人，用水定额为85 L/（人·d），农村人口为25.51 万人，用水定额为48 L/（人·d）；至2035 年，全县城镇人口将达36.17 万人，用水定额为115 L/（人·d），农村人口为23.12万人， 用水定额为 60 L/（人·d），生活需水量预测结果如表4。

表4 故城县城镇生活需水量预测成果

3.1.2 工业需水量

根据 《故城县水资源开发利用规划》， 至2025年， 全县工业增加值260975 万元， 工业用水定额9.5 m3/万元；2035 年，全县工业增加值390038 万元，工业用水定额8.6 m3/万元； 预测全县工业需水量2025 年为248 万m3，2035 年为337 万m3。

3.1.3 农业需水量

农业灌溉需水量主要取决于灌区规划的有效灌溉面积、单位灌溉面积用水量及灌溉水利用系数。结合县域内已进行地下水压采综合治理后的灌溉用水情况，预测农业灌溉需水量。运河灌区农业总需水量预测结果如表5。

表5 （P=50%）运河灌区农业总需水量预测成果 单位:万m3

3.1.4 生态环境需水量

根据《故城县水系整合建设项目工程规划》，通过水系规划的联合调度， 有计划有步骤的分河段引水，从而实现整个城区内的河道生态用水需求。运河灌区农业总需水量预测结果如表6。

表6 生态需水量成果

3.1.5 总需水量

根据前述生活、农业、工业、生态需水量预测，2025 年总预测需水量为18941 万m3，2035 年预测总需水量为20619 万m3。

3.2 灌区可供水量预测

运河灌区供水水源主要包括当地地表水、 地下水、引调水水源和非常规水。

3.2.1 地表水可供水量

根据《故城县水资源开发利用规划》，故城近期规划年2025 年和远期规划年2035 年50%保证率下，蓄水工程可供水量均为110 万m3。

3.2.2 引调提工程供水

（1）引卫运河水供水。自卫运河和平闸，取多年平均引水量作为外来水量计列，为9000 万m3，主要供农业用水兼顾生态用水。

（2）引黄河水供水。根据《故城县水资源开发利用规划》，2025 年故城县年申请引黄河水量为1000 万m3，故近期和远期水平年可供水量为1000 万m3。

（3）南水北调供水。故城县南水北调中线、东线一期和东线二期工程的引江水指标分别为1674 万、862 万、3674 万m3。由于工程的不确定性，本次近期平年中不考虑南水北调东线二期分水指标， 远期可计入可供水量。

3.2.3 地下水供水

根据《故城县水资源开发利用规划》，2025 年故城县地下水开采控制总量为6373 万m3。2035 年故城县浅层地下水可开采量为5012 万m3。

3.2.4 其他水源开发利用

故城县其他供水水源主要为非常规水利用。根据《故城县水资源开发利用规划》，2025 年运河灌区非常规水量为319 万m3，2035 年运河灌区非常规水量为519 万m3。

综上所述，2025 年运河灌区可供水量为19338 万m3，2035 年可供水量为21851 万m3。

3.3 供需平衡分析

根据前述成果，不同年份故城县水资源供需平衡分析成果如表7。从表7 可知，在2025 年、2035 年故城县运河灌区需水量均小于可供水量，且富余水量增加，故城县运河灌区满足大型灌区建设的要求［5-6］。

表7 供需平衡成果 单位：万m3

4 结语

（1）大型灌区的建设离不开水土资源，根据分析计算得出故城县从现状年到规划年剩余水资源量呈上升趋势，可供水量可满足用水需求，整个运河灌区可实现水资源供需平衡。

（2）建设运河灌区，可合理利用地表水，适当限采地下水， 有利于调整水源结构， 改变农业生产方式，提高农业产量，促进农业现代化建设［7-8］。