辽浑太河流域农业灌溉期水平衡测试研究

王殿武，张宝东，李 松

（1.沈阳农业大学，辽宁 沈阳110161；2.辽宁省水文水资源勘测局，辽宁 沈阳110003；3.辽宁省水利厅，辽宁 沈阳110001）

0 引言

水平衡测试是水科学管理的重要内容之一。所谓水平衡是指一台设备、一个车间、一个工厂、一个灌区、一个流域或一个其他用水体系，在生产中所用全部水量的收支平衡。通过水平衡测试可以摸清其供水及用水现状，正确评价用水水平，挖掘节水潜力，明确管水主攻方向，为进一步采取节水技术措施，制定节水规划提供依据。并能为水行政主管部门实施用水许可制度和年度用水审验提供基本保证。因此，开展以农业灌溉期为主的水平衡测试，就是在河流及引、排渠上应用水量平衡原理，分清来水量、用水量、损失水量，水运动过程，提供水量调度和分配的依据；分析水质状况、污染物的来源及运移规律，防止突发性水污染事故的发生；在此基础上开发水量、水质相结合的水库放水及河道径流演变的水文模型，为水资源的高效利用、合理配置和优化调度提供技术保障。

1 水平衡测试站网布设

1.1 水量监测站网布设

根据水平衡测试的特点，对辽、浑、太干支流及干流两侧引排水口进行了普查与监测，共设立监测断面239处。其中，干流断面设30处，主要支流断面设50处，干流两岸引排水口断面共设159处。设立降水、蒸发量监测站近200处。

辽河流域共布设各类水量监测站62处。其中，辽河干流河段布设39处，清河支流河段布设18处，柴河支流河段布设5处。

浑河流域共布设各类水量监测站71处。其中，浑河干流河段布设监测站10处，支流布设临时监测断面17处，引水口布设临时监测断面24处，排水口布设临时监测断面20处。

太子河流域共布设各类水量监测站54处。其中，太子河干流布设监测站5处，支流布设监测站11处，引水口布设临时水量监测断面9处，排水口布设临时水量监测断面3处，降水量监测站24处，水面蒸发观测站2处。

大辽河共布设各类水量监测站15处。其中，在营口境内设立7处监测断面，在鞍山境内设立8处监测断面。

1.2 水质监测站网布设

原有常规水质监测站网，是在水文站网的基础上发展起来的。监测断面涵盖的范围窄，很多支流没有水质监测断面，远远满足不了灌溉期水平衡测试的需要。此次水质监测共布设73个监测断面，在对水平衡测试范围的所有入河排污口、支流入河口进行全面监测的基础上，对干流监测断面布设采用三断面法：对照断面、控制断面、削减断面。

1）对照断面。为了解流入某一区域（监测段）前的水质状况设立此断面。在位于该区域所有污染源排污口上游100～500 m处、河流进入城市或工业区以前的地方设立，应避开各种废水、污水流入或回流处。一个河段区域一个对照断面，有主要支流时可酌情增加。

2）控制断面。监测污染源对水质的影响。在主要排污口下游较充分混合的断面下游、排污口下游500～1 000 m处，根据主要污染物的迁移、转化规律，河水流量和河道水力学特征确定。因为在排污口下游500 m横断面上的1/2宽度处污染物浓度一般出现高峰值。根据城市的工业布局和排污口分布情况而定。

3）削减断面。了解经稀释扩散和自净后，河流水质情况。在最后一个排污口下游1 500 m处设立。左中右浓度差较小的断面、小河流视具体情况而定。

2 水平衡测试分析评价

2004-2007年，连续4年系统地对辽浑太3条大型河流、7座大型水库、100余座引排水工程进行水平衡测试，得到实际监测数据88万条，统计和调查数据45万条，对水质水量进行了同步监测和分析评价。

2.1 水量平衡分析

1）控制站间不同流量级传播时间分析。控制站间不同流量级传播时间分析成果见表1。

2）控制站间水量组合规律分析。下游控制站流量由正值项、负值项组成。正值项为上游控制站来水、区间支流入流、区间排水（包括工业及生活废污水）。区间引水、区间损失（渗漏、蒸发）为负值项。

计算公式：Q下T+τ=Q上T+Q支T1+Q区排T2-Q区间引T3-Q区损T4。

Q下T+τ主要由Q上T向下游断面演进（特征河长汇流曲线法、马斯京根汇流曲线法）组成。

主要控制站流量演算过程以辽河辽中～六间房河段为例。

本区间无支流汇入，也无引水，只有区间损失过程。将辽中水文站的流量过程用马斯京根法直接演算到六间房断面，再减去区间的损失过程，得到六间房水文站的流量演算过程：按照该河段有关演算系数 Δt=K=3，x=0.3，N=6（查马斯京根法演算参数表），根据此参数查得马斯京根法汇流系数表，确定此段汇流系数，将辽中水文站流量过程按照该汇流系数演算至六间房断面，结果见图1。

3）水量平衡分析。以整个水平衡测试期为计算时段，计算时要特别注意上、下游站结束时间的不一致即传播时间问题，控制站水量计算时间一定要包括整个放水期的完整过程。采用由河道上游向下游进行逐段计算，以水库—控制站、控制站—控制站为区间段。

计算公式：W下=W上+W支汇+W区排-W区引-W区损

在上述各种方法获得Q（干流断面、支流断面、支流入汇口……）——T资料的基础上，用面积包围法计算水量。

由此法对辽浑太河干流各控制站间和干流行政区段水量平衡进行了分析。（数据略）

2.2 水量、水质结合平衡分析

水库开始放水后，由于放水前河道内径流很少，废污水基本存于橡胶坝及闸门内，一旦放水就将这些污水冲下来，导致河流中污染物的突然升高，随着水量的进一步加大，水质逐渐得到改善，COD是水质污染的一个重要参数，冲污水量的确定就是根据主要参数COD的变化情况来确定，即COD浓度降至Ⅴ类标准（根据GB3838-2002标准满足农业用水要求）时的总来水量。水质状况开始平稳的水量按照以下各断面的COD浓度变化曲线来确定。经统计分析，辽浑太河灌溉期水质变化从总体上看，呈逐渐改善趋势，即水质由严重污染改善到一般污染。

表1 辽浑太河各控制站间不同流量级传播时间分析成果表

图1 辽河辽中～六间房流量演算过程

灌溉期供水初期，由于河道内积累的大量污水，以及河床底泥中的污染物随着流量突然加大而集中下泄，致使水质恶化，水质为劣Ⅴ类，持续时间6 d左右。灌溉期放水中期，水质污染略有改善，但污染仍十分严重，水质为Ⅴ类，持续时间9 d左右，基本满足农灌需要。供水后期水质可以达到Ⅲ～Ⅳ类标准，持续时间20 d左右，优于农灌标准。同时得出达到不同标准水质的需水量级（如辽河Ⅴ类需水0.6亿）。

3 水平衡测试效益分析

3.1 科学调度，节水增灌

辽浑太流域灌溉期水平衡测试研究成果改变了水库灌溉期放水的调度操作，使之更加科学化、合理化、规范化，更适合辽宁地区的现状；7大水库设计农灌用水保证率达到85%左右，提高了10%左右，节水增灌达2.9亿m3；增加灌溉3.4万hm2水田，如按9 000 kg/hm2，2.0元/kg计算，可增效6.12亿元/a。

3.2 改善了城市景观生态

辽浑太河贯穿辽宁省铁岭、沈阳、盘锦、抚顺、本溪、辽阳、鞍山、营口等大城市。据统计，农灌期间辽河通过铁岭市城区水量2.86亿m3；浑河通过抚顺市城区水量4.79亿m3，通过沈阳等市城区水量4.21亿m3；太子河通过本溪市城区水量0.80亿m3，通过辽阳市城区水量3.43亿m3；各城区橡胶拦河坝截蓄水量约0.36亿m3。这些均对城市的环境绿化、市区美化、空气净化等起到了重要作用。

[1]全国节水用水办公室.全国节水规划纲要及其研究[M].南京：河海大学出版社，2003.

[2]辽宁省水利厅.辽宁省水资源[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2006.

[3]水利部国际合作与科技司.当代水利科技前沿[M].北京：科学出版社，2006.