以引黄入冀补淀工程为水源的农作物灌溉制度设计<br/>——以衡水冀州市引黄灌溉工程为例

以引黄入冀补淀工程为水源的农作物灌溉制度设计
——以衡水冀州市引黄灌溉工程为例

2017-07-05曹广月

水利规划与设计 2017年3期

曹广月

以引黄入冀补淀工程为水源的农作物灌溉制度设计
——以衡水冀州市引黄灌溉工程为例

曹广月

(河北省水利水电第二勘测设计研究院，河北石家庄050021)

随着引黄等跨流域调水工程的实施，利用引调外来水源替代部分地下水进行农业灌溉，从而缓解深层地下水超采，逐步实现地下水开采的动态平衡，改善地下水环境具有重要的现实意义。本文以冀州市引黄灌溉工程为例，对项目区农作物灌溉制度进行设计，计算了作物需水量及渠道蓄水量，分析了项目区水土资源平衡情况，对以引黄水作为灌溉水源的地表水灌溉工程的用水效率进行分析并提出了合理建议。

引黄入冀补淀；冀州市；灌溉制度；水土资源平衡

1 研究区概况

冀州市隶属河北省衡水市，辖区总面积918km2，为河北省冲积平原的一部分，地形地貌受历代古河道黄河、漳河、滹沱河、滏阳河泛滥迁徙的影响，地势平坦。全境东南部和西北部稍高，东北部较低，海拔高度为21.5～26.5m。冀州市引黄灌溉工程项目区位于冀南渠、冀吕渠沿线，分布在冀州市中南部的3个乡镇，包括冀州镇、徐庄乡及周村镇。项目区共涉及31个村庄，灌溉面积3392.6hm2。

2 灌溉水源与引水时间

2.1 灌溉水源

冀州市引黄灌溉工程设计水源为引黄入冀补淀水，输水线路均为现有河渠，自河南省濮阳县濮清南干渠渠首引黄河水，在河南境内穿卫河入冀。入冀后进入邯郸市东风渠后，流经平乡县、任县、巨鹿县、隆尧县，至宁晋孙家口涵洞，进入滏东排河，流经新河县后通过冀码渠进水闸进入冀州市［1］。

引黄入冀补淀工程为跨流域引水工程，其水源的显著特点为季节性引水，即水源不能完全满足适时灌溉的要求。

2.2 引水时间

根据已批复的河北省引黄入冀补淀工程初步设计报告成果，引黄输水时间主要集中在冬4月。衡水市共安排2次集中引水时段，分别为11月17～20日、2月6～18日［2］。为缩短槽蓄时间，减小水量存蓄损失，增加引黄水利用效率，引黄输水时间可主要集中在小麦冬灌期的11月下旬和2月下旬(为减少存蓄时间，输水安排在引水末期)2个时间段。

结合作物灌溉时段，小麦冬灌时节与引黄第一次引水时段重合，小麦冬灌可利用引黄水源进行直供；在第二次引水时段末期进行蓄水，将冀码渠、冀南渠和冀吕渠蓄水至设计水位，待小麦拔节时节，可利用槽蓄水量进行蓄灌［3］。

3 灌溉制度设计及水土资源平衡分析

3.1 地表水灌溉利用系数

冀州市引黄灌溉工程自县界至项目区地块主要输水渠道包括冀码渠、冀南渠、冀吕渠。根据文献［3］中的公式计算渠系水利用系数［3］。经计算，冀码渠渠道水利用系数为0.90，冀南渠渠道水利用系数为0.75，冀吕渠渠道水利用系数为0.84。根据文献［3］，田间的低压管道水利用系数统一采用0.95，田间水的利用系数采用0.90，则各级渠道的灌溉水利用系数计算成果见表1。

表1 灌溉水利用系数计算成果

3.2 灌溉面积及水土资源平衡分析

3.2.1 灌溉片区面积及作物种植结构

冀州市引黄灌溉工程共改善灌溉面积为3392.6hm2.。根据项目区灌溉经验、当地气候、土壤条件、水资源、作物种类、农业生产方式、近年实际种植作物比例及业主意见，确定作物种植结构仍维持现状［3］。项目区主要种植作物包括小麦、玉米、棉花。其中小麦种植面积2852.6hm2.，玉米2852.6hm2.，棉花540hm2，全项目区复种指数为1.84，见表2。

表2 项目区地块基本情况统计

3.2.2 灌溉定额与灌溉制度

(1)灌溉定额。根据文献［5］，并参照《河北省主要农作物灌溉定额(修订)》、文献［3］和水资源条件，确定冀州市引黄灌溉工程渠灌灌溉保证率为50%。冀州市水资源短缺，地下水超采严重，现状基本为非充分灌溉，即允许作物受一定的缺水和减产，但单位水量获得最大的经济效益［5］。本次工程设计目的是减少地下水用水量，故灌溉制度仍按现状非充分灌溉原理确定。

经调查，项目区现状主要种植作物为冬小麦、玉米和棉花。P=50%时，冬小麦灌溉定额为2325m3/hm2，玉米灌溉定额为825m3/hm2，棉花灌溉定额为750m3/hm2，种植比例分别为84%、84%和16%，复种指数为1.84，综合灌溉净定额为2760m3/hm2。

(2)灌溉制度。根据项目区多年灌溉经验，结合当地气候、土壤条件、水资源、作物种类及农业生产方式等制定作物灌溉制度，详见表3。为与引黄放水时间相协调，同时参照当地实际灌溉习惯，冬小麦不再考虑播前灌，增加一水冬灌。

表3 项目区现状灌溉制度（P=50%）

由表3可知，灌区中各作物灌水时间不重叠，单次灌水率最大的9.75×10-4m3/s/hm2，作为冀州引黄灌溉工程设计灌水率。

3.2.3 作物需水量计算

本次以各渠道控制地块为控制单元，结合项目区作物灌溉定额、灌溉制度及灌溉水利用系数，分析计算各地块灌溉需水量。灌溉净需水量直接按综合灌溉定额与灌溉面积相乘得到，灌溉净需水量与灌溉水利用系数的比值即为作物灌溉毛需水量。经计算项目区3392.6hm2农田灌溉净需水量为427万m3，毛需水量为712万m3，详见表4。

表4 项目区灌溉毛需水量成果

3.2.4 槽蓄量及损失量

由于引黄主要集中在冬四月输水，不能按时灌溉，利用现状冀码渠、冀南渠、冀吕渠进行槽蓄。为缩短槽蓄时间，减小水量存蓄损失，增加引黄水利用效率，引水时间主要集中在小麦冬灌期的11月下旬和2月中下旬(为减少存蓄时间，输水安排在引水末期)2个时间段。

根据各渠道断面设计情况计算，冀码渠、冀南渠、冀吕渠的蓄水面积分别为104.4、117.7、38.4万m2，槽蓄段河道长度分别为15.8、17.5、9.0km。考虑到水源条件，蓄供次数按1次计算，其蓄水损失参考以往类似河道整治蓄水工程的经验，并考虑到渠道紧邻衡水湖，受地下水顶托作用明显，其蓄水渗漏损失系数综合取30mm/d，则日渗漏量为蓄水水面面积乘以日蓄水损失系数和天数。蓄水损失天数根据引黄来水时间、蓄供时间及水面面积减小等情况，综合考虑取为30d［6］。渠道蓄水损失计算成果见表5。

表5 渠道蓄水能力计算成果

经以上分析，3条渠道在一次蓄供条件下扣除渗漏损失后的蓄水量为211.4万m3。

3.2.5 水资源供需平衡分析

根据灌水定额及各作物种植比例计算求得灌溉范围作物净需水量427万m3。根据来水过程及作物需水过程，小麦冬灌利用引黄水直灌；小麦拔节用引黄水进行蓄灌［7］，引黄水2月下旬引水结束，小麦拔节3月底开始灌溉，需槽蓄30d左右，不足部分由地下水补充；棉花播前灌由地下水补充；小麦灌浆由地下水补充；玉米拔节由地下水灌溉。

根据前述分析的各渠道控制区毛需水量和项目区可供的地表水量和地下水供水量进行水资源配置和供需平衡分析［8］。引黄直供小麦冬灌净水量214万m3，小麦拔节水河道槽蓄水量210万m3，槽蓄水量基本满足小麦拔节灌溉用水，不足部分由地下水补充。水资源供需分析成果见表6。

表6 水资源供需分析成果万m3

4 结论与建议

4.1 结论

(1)冀州市引黄灌溉工程引调黄河水量包括小麦冬灌直供水量、河道槽蓄水量(含蒸发渗漏损失)及槽蓄输水过程中的水损失量。项目区单年度作物总需水量为1204万m3，引黄灌溉工程单年度供给农作物水量包括1水直供(356万m3)和1水蓄供(211万m3)，其引水利用量占作物总需水量的47.1%。由此可见，引调黄河水源进行农业灌溉，可在一定程度上缓解和改善当地地下水超采状况。

(2)由上文引黄灌溉工程作物灌溉制度及水土资源平衡分析可见，由于引黄水源引水时间与作物灌溉季节不能完全匹配，地表水供水不能完全满足作物全年灌溉用水需求。从全年农作物灌溉情况来看，引黄灌溉工程可提供的水量不足作物总需水量的一半，总体来说地下水源仍是引黄灌区的必要补充。

4.2 建议

(1)由于引水时间的局限性，利用引黄入冀补淀水源作为灌溉水源的地表水灌溉工程，引水时间与作物灌溉季节不能完全匹配，致使受水区引黄水利用效率不高。水资源调度部门应在满足受水项目区灌溉保证率的基础上，视项目区降水情况，合理安排引水时段，配水原则应优先保证农作物适时灌溉，尽量减少槽蓄时间。

(2)由于引黄灌溉工程项目区普遍缺少比较完善的调蓄工程(尤其是蓄水工程)造成引黄水源综合灌溉水利用效率不高。项目区应积极发展诸如水库、坑塘或渠道防渗等调蓄工程，增大蓄水容量并提高灌溉水利用系数，以更有效率地利用好引黄水源。

(3)引黄入冀补淀为跨流域调水工程，是河北省地下水压采重要的替代水源工程，但由于其季节性引水的特殊性，如何用好引黄水源仍需在实践中继续摸索。

［1］黄河勘测规划设计有限公司.引黄入冀补淀调水工程渠首段招标文件［S］.

［2］河北省水利水电第二勘测设计研究院.引黄入冀补淀工程(河北段)初步设计报告［R］.2015.

［3］GB50288-99.灌溉与排水工程设计规范［S］.

［4］河南省水利勘测设计研究有限公司.引黄入冀补淀工程可行性研究报告［R］.2014.

［5］DB13/T1161-2016.河北省用水定额［S］.

［6］赵勐.河北省引黄输水河段水文特性分析［J］.水科学与工程技术，2012(06)：26-29.

［7］刘子英，刘保明.河北省冀州市水资源评价及农业节水对策［J］.中国生态农业学报，2003，11(04)：124-125.