原州区高坡片区水资源平衡分析

杨昱珍

(河南省地质局 生态环境地质服务中心,郑州 450000)

1 概 述

水资源是经济建设不可缺少的重要资源,为了促进经济发展,提高区域水资源的利用效率是十分必要的。因此,许多地区采取灌区改造、管网改造等高标准农田改造工程,取得了良好的效益[1-3]。灌区可供水量对灌区规模以及用水需求规划影响极大,因此进行供需水平衡分析是非常重要的。

2 水资源概况

2.1 原州区水资源开发利用现状

2.1.1 水资源概况

2.1.1.1 地表水资源

原州区多年平均降水量472mm,降水总量12.52×108m3,形成地表水资源1.12×108m3。其中,清水河流域0.73×108m3,葫芦河流域0.17×108m3,茹河流域0.22×108m3,年径流深41.0mm,年径流系数0.09。

原州区地表水水质总体良好,矿化度M<2.0g/L径流量0.932×108m3,矿化度M在2.0～5.0g/L径流量0.274×108m3。清水河流域上游地表水水质总体上良好,冬至河由于硝口、臭水沟等支沟有臭水泉涌出,造成硫酸盐、矿化度、氟化物超标;寺口子水库上游也有臭水泉,造成水库水质超标;清水河流域矿化度M<2.0g/L径流0.45×108m3,矿化度M在2.0～5.0g/L径流量0.28×108m3。葫芦河、茹河流域地表水水质矿化度均小于2.0g/L。原州区境内各河流地表水资源量见表1。

表1 各分区水资源量成果表

2.1.1.2 地下水资源

原州区多年平均地下水资源量4 161×104m3。其中,清水河流域2 971×104m3,葫芦河流域200×104m3,茹河流域990×104m3。

根据水文地质特征、地下水开采条件以及地形地貌,结合地下水实际开采情况,确定可开采系数0.73,估算地下水可开采量3 043×104m3/a。其中,清水河流域2 567m3/a,葫芦河流域80×104m3/a,茹河流域396×104m3/a。

根据清水河部分地下水机井水质采样分析,清水河大部分地下水质量尚可,矿化度一般多在420～2 820mg/L。清水河、冬至河上游水质良好,向下游逐渐变差,矿化度、硫酸盐、氟化物超标,基本上与地表水水质变化一致。

2.1.1.3 水资源总量

原州区水资源总量是指境内当地降水形成的地表和地下产水量,即地表径流量与降水入渗补给量之和。原州区各流域地下水资源量是河川基流量,也是与地表水资源量之间的重复计算量。因此,原州区水资源总量为1.12×108m3。

2.1.1.4 地表水资源可利用量

地表水资源可利用量是指在可预见的时期内,在统筹考虑河道内生态环境和其它用水的基础上,通过经济合理、技术可行的措施,在流域(或水系)地表水资源量中,可供河道外生活、生产、生态用水的一次性最大水量。

原州区地表水水质矿化度一般在5g/L以下,部分矿化度较高(大于2g/L)的地表水不宜用于农田灌溉,但可以用于工业(盐化工等)、水环境补水等。因此,地表水可利用量主要是扣除无法被利用的水量,主要包括超出现有工程最大调蓄能力的洪水量、河道内最小生态需水量等。

经分析计算,原州区当地地表水资源多年可利用量8 068×104m3。其中,清水河流域4 939×104m3,葫芦河流域1 376×104m3,茹河流域1 753×104m3。

2.1.2 初始水权及取用水总量控制指标

2.1.2.1 初始水权

根据自治区政府下发的《宁夏黄河水资源县级初始水权分配方案》(宁政办发〔2009〕221号文印发),在黄河正常来水年份,宁夏全区可耗黄河地表水资源40×108m3,原州区分配初始水权为取水总量1.26×108m3。其中,黄河干流0.48×108m3、支流0.7×1088m3;生活0.04×108m3,工业0.03×108m3,农业及生态1.54×108m3。

年度实际分配的县级初始水权指标,依据黄河来水量“丰增枯减”的原则确定;年度引、用水指标由自治区水利厅按照水利部黄委会分配的年度引、耗黄河水指标,转换成相应的年度引、用水指标,编制水量调度预案并下达,实行适时调度。初始水权在地级市行政区内总量不变,农业用水之间以及农业与生态用水可以在本区域内相互调剂;不同行政区域之间的水量调整和区域内新增工业用水,需由水利厅组织通过水权转换有偿使用机制进行调整。

2.1.2.2 取用水总量控制指标

根据自治区人民政府《实行最严格水资源管理制度考核办法》(宁政办发〔2013〕61号印发)和《自治区人民政府办公厅关于印发“十三五”实行水资源消耗总量和强度双控行动加快推进节水型社会建设实施方案的通知》(宁政办发〔2017〕47号),宁夏全区取水总量控制指标为:2015年73.0×108m3,2020年73.27×108m3;原州区2015、2020年的取水总量均为0.85×108m3。2020年总量指标没有细分至水源类型和用水户,在此参考2017年宁夏水资源公报,原州区采用2015年细分指标,取水总量指标中,黄河水0.48×108m3;原州区的用水总量控制指标0.78×108m3,其中干渠直开口的黄河水0.41×108m3。

2.1.3 水资源及开发利用现状

根据2013-2017年《宁夏水资源公报》,统计分析原州区近5年各类供水工程取水量、各用水户用水量和耗水量,见表2。

表2 原州区近5年的取耗水量统计表

2.1.3.1 取水量

原州区近5年平均年取水量0.573×108m3。其中,黄河水0.114×108m3,当地地表水0.223×108m3,地下水0.237×108m3。

现状2017年各类供水工程取水量0.631×108m3。其中,黄河水0.129×108m3,当地地表水0.278×108m3,地下水0.224×108m3。

2.1.3.2 用水量

原州区近5年平均年用水量0.573×108m3。其中,农业及生态用水量0.427×108m3,占总用水量的74.4%;工业用水量0.041×108m3,占比7.2%;城乡生活用水量0.106×108m3,占比18.4%。

现状2017年用水量0.631×108m3。其中,农业及生态用水量0.446×108m3,占比70.7%;工业用水量0.056×108m3,占比8.9%;城乡生活用水量0.129×108m3,占比20.4%。

2.1.3.3 耗水量

原州区近5年平均年耗水量0.452×108m3,平均耗水率78.9%。其中,耗用黄河水0.114×108m3,当地地表水0.158×108m3,地下水0.181×108m3;农业及生态耗水量0.364×108m3,平均耗水率85.4%;工业耗水量0.028×108m3,平均耗水率68.9%;城乡生活耗水量0.06×108m3,平均耗水率56.6%。

现状2017年耗水量0.489×108m3,平均耗水率77.5%。其中,耗用黄河水0.129×108m3,当地地表水0.209×108m3,地下水0.151×108m3;农业及生态耗水量0.382×108m3,工业耗水量0.038×108m3,城乡生活耗水量0.069×108m3。

2.2 项目区水源工程概况

工程水源为海子峡水库。海子峡水库目前作为固原市城市供水备用水源,随着固海扩灌扬水更新改造工程的推进以及原州区现代化生态灌区建设项目骨干工程的实施,原州区将充分利用直开口4 100×104m3黄河水,项目区后期灌溉用水考虑采用黄河水替换。

由于固原市污水处理尾水资源化利用工程(近期)的实施,该工程灌区范围涉及长城梁灌区、张崖灌区等2个灌区,设计灌溉总面积1 435.333hm2。该工程设计在清水河3#人工湿地取水,通过加压泵站加压后接入铺设的4 450m扬水总干管,接入长城梁与北环路交叉口(距秦长城西侧600m处)的流量控制阀井内,通过扬水干管(已建)接入原有长4 515m的DN315-U-PVC管,扬水送至长城梁灌区已建的1.5×104m3开敞式蓄水池。随着固原城市化的不断推进,城市尾水量将逐年增加,后期考虑将长城梁灌区水源管道延伸至高坡及庙湾片区,将灌区水源海子峡水库实施替换。

综上所述,待何家沟水库灌区范围调整及长城梁灌区水源供水管道延伸后,项目区将调整为黄河水和城市尾水。就目前项目区可利用水源情况来看,主要依靠海子峡水库水,后期考虑上述两水源替换。

2.2.1 海子峡水库

海子峡水库目前作为固原市城市供水备用水源,水库特征见表3。

表3 水库特征水位与库容表

2.2.2 机 井

项目区现有机井3眼,成井时间2006-2012年,井深82～98m,出水量50m3/h,每眼机井均配套50kW变压器一台,见表4。

表4 现状机井配套表

3 项目区灌溉需水量计算

3.1 灌溉方式

工程涉及灌溉面积368.467hm2。其中,高坡村305.8hm2,庙湾村62.667hm2,灌区采用滴灌方式。

3.2 灌溉设计保证率

工程设计保证率不应低于85%,设计保证率取85%。

项目区种植马铃薯,滴灌带间距0.9m,滴头间距0.3m,马铃薯株行距0.2×0.9m。灌溉定额标准和调查值见表5;项目区作物灌溉制度根据当地经验确定,此处不再列出。

3.3 灌溉水利用系数

确定灌溉水利用系数,见表5。

表5 灌溉保证率及水利用系数取值表

3.4 灌溉用水量

经计算,项目区净灌溉需水量53×104m3。其中,高坡片区净需水量43.6×104m3,庙湾片区净需水量8.9×104m3。毛灌溉需水量58×104m3。其中,高坡片区毛需水量48.4×104m3,庙湾片区毛需水量9.9×104m3。项目区用水量分配见图1。

图1 灌溉需水量分配图

3.5 灌溉可供水量

本工程灌溉水源为海子峡水库和机井水。其中,高坡项目区全部依靠海子峡水库水;庙湾项目区主要依靠海子峡水库。考虑地下水将逐步退出,因此机井暂时作为备用水源。

项目区现有机井3眼,成井时间2009-2012年,井深82～98m,配备50m3/h水泵,稳定出水量50m3/h。

灌溉供水量计算:灌溉期为每年5月11日至8月15日,每天抽水21h,则机井供水能力为30×3×21×5×10=9.45×104m3,见表6。

表6 项目区供水量统计表

按照已批复的原州区中河乡中河、丰堡、黄沟片区高效节水灌溉应急水源工程水量分析成果,海子峡85%保证率下可供水量为189.28×104m3。考虑到海子峡水库目前作为固原市城市供水备用水源,海子峡85%保证率下可供水量扣除水库兴利库容后,多余水量作为灌区应急水源,即可供水量为189.28-78.03=111.25×104m3。

4 水量平衡分析

按照已批复的原州区中河乡中河、丰堡、黄沟片区高效节水灌溉应急水源工程批复规模,该工程设计供水面积650hm2。其中,中河片区258.667hm2、黄沟片区238hm2、丰堡片区153.333hm2。设计灌溉用水量102.92×104m3,海子峡总供水量大于灌区用水量。

由于灌区土地流转情况的变化,海子峡水库灌域范围有所调整,调整后灌区面积655.133hm2。其中,中河片区流转186.667hm2,黄沟片区流转100hm2,庙湾片区流转62.667hm2,高坡片区流转305.8hm2,中河片区和黄沟片区采用海子峡水库水;丰堡片区土地流转132hm2,采用现有机井水源。

截至目前,该水源工程仅向中河片区186.667hm2马铃薯供水,年灌溉用水量31.7×104m3,该工程已于2021年4月份实施;黄沟灌区发展100hm2灌溉需水量为15.8×104m3,该工程已完成项目审批,即将实施,上述两工程总需水量47.5×104m3,海子峡水库可供水量111.25×104m3。因此,在保障中河和黄沟两片区用水后水量仍有富余,富裕水量63.75×104m3。本次设计高坡片区和庙湾片区总需水量585×104m3,富裕可供水量大于灌溉用水量,水量满足要求。

5 结 语

为了促进原州区经济发展,拟进行高标准农田建设改造工程。原州区当地地表水资源多年可利用量为8 068×104m3,工程涉及灌溉面积368.467hm2,设计保证率取85%。经计算,项目区净灌溉需水量53×104m3,按照已批复项目规模,设计灌溉用水量102.92×104m3。海子峡85%保证率下可供水量扣除水库兴利库容后,多余水量作为灌区应急水源,即可供水量为111.25×104m3,水量可满足灌溉需求。