土地开发整理中低压管灌的供需水量平衡分析

程 路

土地开发整理管灌工程和其他灌溉工程一样,在兴建之前,也必须进行总体规划。它是搞好设计的前提与基础,科学、合理的管灌工程规划对节约灌溉用水、提高工程效益、合理确定工程规模、节省工程投资都具有重要的意义。而水量供需平衡分析是灌溉工程规划设计中的重要内容,通过水量的供需平衡分析,可以合理确定工程的规模,即一定水源条件下可以发展的灌溉面积或一定灌溉面积需要的水源供水能力。对充分挖掘水资源潜力,提高灌溉效益起着非常重要的作用。在此以河南省新乡市延津县司寨乡小留固土地开发整理项目工程的井灌区为例介绍水量平衡分析的方法。

1 研究区域概况

延津县位于河南省北部,开封市西北部,地处华北黄河冲击平原的偏南端,司寨乡位于县城东北部,该项目区位于司寨乡小留固村,总面积196.5 hm2,处于黄河故道区,水资源丰富。项目区属华北黄河冲积平原,地形平坦,土质较好,主要以沙壤土为主,部分为粉砂土和细粉砂土。根据延津县水文地质资料得知,该项目地处古黄河的河槽带,水资源丰富,地下水位稳定,水位埋深较浅,约为7 m,含水层厚,蓄水空间大。本区浅层地下水主要接受降水入渗补给、灌溉水回渗补给和侧向径流补给。项目区内地下水主要以蒸发、人工开采等方式排泄出地表,以径流方式排泄出区外的量较小。项目区所在的黄河冲积平原属暖温带大陆性季风气候,四季分明,雨热同期。项目区的自然植被类型属热带阔叶林带,农作物主要以小麦和花生为主。

2 供需水量分析

2.1 需水量分析

2.1.1 灌溉设计保证率

结合项目区所在的地理位置、水资源状况、作物种植类型以及当地社会经济情况和近远期目标,本着与当地标准接近,略高于当地水平的原则,选取灌溉设计保证率为75%。

2.1.2 灌溉制度的确定

1)灌溉时期和灌溉次数的确定。项目区作物种植的主要方式为小麦—花生一年两熟,参照水利部农村水利司1995年编著的《机井技术手册》第 102页表 6-5“河南省不同地区小麦生长期水量供需平衡与灌溉时期”,确定项目区75%频率年灌水时间和灌水次数为:小麦灌溉3次,灌溉时期分别为拔节期、孕穗期、灌浆期;花生灌溉2次,灌溉时期分别为拔节期、灌浆期。

2)需水量的计算:

其中,W为灌溉需水量,m3;M为毛灌溉定额,m3/亩;A为灌区面积,hm2。

农作物灌溉需水量详细列表计算见表1。

表1 项目区农作物需水量计算表

从表1可知,项目区农作物总需水量为 86.10万m3。

2.2 供水量分析

2.2.1 降雨入渗补给量 Q降

降雨入渗是浅层地下水的主要补给源之一,可根据由灌溉保证率选取得典型降雨年份和降雨入渗补给系数计算:

其中,Q降为降雨入渗补给量;α为降雨入渗补给系数,取0.10;X为75%的保证率典型年降水量,取540 mm;F为地下水补给面积,取项目区总面积。

降水入渗面积即项目区面积:

项目区大气降水补给量:

2.2.2 灌溉水回渗补给

项目区内井灌水均会部分入渗补给地下水。灌溉水回渗补给量受多种因素的影响,因此,一般由当地水文地质资料查得的灌溉回归系数计算灌溉水回渗补给量:

其中,Q回渗为灌溉回渗量,m3/年;β为灌溉回渗系数(取0.15);M毛为毛灌溉定额,m3/年;A为项目区耕地面积。

灌溉回渗系数β是参考邻区试验站灌溉回渗试验成果,并根据项目区实际资料确定β=0.15。灌溉用水量由上面计算项目区需水量可得知:

2.2.3 侧向径流补给量

侧向径流补给量是影响浅层地下水储量的因素之一。根据延津县水文资料可知,项目区周边主要承受南部边界地下水补给,北部水力坡度为Js=0.005,项目区补给边界长2 764 m。根据区域均衡法将项目区作为一个储水整体,计算一年内区域边界补给量:

其中,Q侧为侧向径流补给量,m3/年;K为含水层的渗透系数,20 m/d;M为含水层厚度,31 m;ji为计算断面水力坡度;li为计算断面的长度,m;T为计算时段,365 d。

项目区合计可供水量为:

Q供=Q降+Q回渗+Q侧=336.65万m3/年,经地方水利部门的分析论证,取0.7的开采系数,该项目可开采地下水235.66万m3。

3 结果与供需水量平衡分析

由以上分析可以得到项目区水资源供需对比情况,见表2。

表2 项目区水资源供需对比表 万m3

由表2可知,项目区可开采地下水量235.66万m3远远大于总需水量86.10万m3,余水量为149.56万m3,项目实施后完全可以满足灌溉需要。

水量供需平衡分析应考虑到工业和乡镇企业的发展及人口的增长。若可供水量不小于总用水量之和,说明管灌系统规划的面积有灌溉保证,不会引起地下水超采。若可供水量小于总用水量,应开辟新水源。无新水源可开辟时,应调整作物种植结构布局,或减少灌溉面积。为了达到整个规划区节水增产的目的,应采用先进的节水灌溉技术,减少灌水定额,但绝不应以超量开采地下水来提高供水保证程度。

4 结语

本文介绍了土地开发整理的平原区井灌工程中低压管灌的供需水量平衡分析的方法和步骤,利用项目区作物组成、灌水方法等基本情况和《用水定额》等相关资料,得出需水量;利用项目区水土资源、水文气象等概况以及相关的公式得出供水量。在此基础上对供需水量进行对比分析,以达到证实项目区有充足、可靠的水资源保证的目的。同时,对项目区供水不能满足灌溉需求的情况,提出了具体对策。

[1] 李宗尧.节水灌溉技术[M].北京:中国水利水电出版社,2004.

[2] 郭元裕.农田水利学[M].北京:中国水利水电出版社,1995.

[3] 高向军.土地整理工程设计[M].北京:中国人事出版社,2005.

[4] 灌溉与排水工程设计规范[M].北京:中国计划出版社,1999.