土地整治中水资源分析

2018-05-03魏君平

安徽农业科学 2018年12期

魏君平

(陕西省土地工程建设集团, 陕西西安 710075)

土地整治系指对低效利用、不合理利用、未利用以及生产建设活动和自然灾害损毁的土地进行整治，提高土地利用效率的活动[1]。在我国，将土地整治与农村发展，特别是与新农村建设相结合，是保障发展，保护耕地、统筹城乡土地配置的重大战略[2]。而水文水资源分析作为土地资源整治工作的前提和基础，是农田水利工程的重要保障，直接关系到土地整治的成败[3]。即在实施土地整治项目首先要考虑的是水资源的供需问题，水资源是决定土地开发整治面积大小的主要因素[4]。水资源供需平衡分析是粮食生产的支撑，是工程建设的重要环节和技术保障。水资源供需平衡分析是灌区灌溉规模论证的主要依据[5]，在土地整治项目的可行性研究阶段需要进行水资源供需平衡分析[6]。只有摸清土地整治项目区的水资源状况，才能因地制宜地对项目区进行科学的规划，全面提高土地利用效率，确保经济效益、社会效益和生态效益达到合理的协调统一和效益的最大化[7-10]。

笔者结合陕北长城沿线风沙区特殊的地域特点，以神木县锦界镇公草湾林场土地整治项目为例，对水资源供需平衡进行了计算，分析了该项目中水资源供需平衡情况，以期为今后周边地区实施土地整治项目的水资源供需平衡提供有效的指导。

1 研究区概况

公草湾林场土地整治项目区位于神木县锦界镇西北部29.5 km处的沟掌村，距离县城80.0 km，处于毛乌素沙地与黄土丘陵区过渡地带，隶属于神木县公草湾林场。总建设规模为821.222 hm2，新增耕地为791.04 hm2，土地类型包括其他草地、天然牧草地以及灌木林地。项目区属于陕北风沙滩区，地表覆盖主要为风沙土，地形开阔，地势自西南向东北微倾，坡度3%左右。区内多年平均气温8.5 ℃，极端最高气温38.9 ℃，极端最低气温-29 ℃。多年平均降水量365.1 mm，降雨呈明显的不均匀性。

神木县境内的主要河流有黄河、窟野河、秃尾河以及红碱淖闭流区数条小河流。黄河干流径流量年际变化大，年内分配不均，从黄河干流取水很不经济，黄河水资源利用程度较小；窟野河虽径流量大，但年内分配不均，多年平均含沙量高达184.0 kg/m3，对地表水资源的开发利用造成一定难度；秃尾河流域径流主要由降雨形成，地区径流分布不均匀，年际变化不大，年内分配较均匀，上游含沙量小。干流设有高家堡和高家川水文站，高家川站多年平均径流量3.68亿m3，该站控制面积占秃尾河流域面积的96%，可以代表秃尾河的径流情况。近年来，红碱淖湖面呈逐年萎缩趋势，目前水域面积仅剩44.67 km2，水质不断恶化，pH由7.40～7.80上升到9.00～9.42。

项目区位于秃尾河上游圪丑沟顶部，红碱淖的南部，距红碱淖约20.0 km。红碱淖区域地下水流系统的平面分布范围约150.0 km2，底部以白圣系砂泥岩为隔水底板，地下水的最大循环深度约80.0 km，红碱淖湖面是下水的最低排泄区，属一闭流地下水域。大气降水的渗入是地下水系统的主要输入，地下水接收补给后，由四周向中心汇集，在径流途中除以蒸发的形式垂直排泄外大部分经过不同深度的循环最终排入红碱淖湖内。

2 项目区水资源现状

2.1大气降水项目区位于秃尾河上游圪丑沟顶部，属于秃尾河流域。秃尾河上游建有高家堡水文站，该研究收集高家堡站1953—2010年共58年的逐日降水量资料。根据高家堡站58年降水资料，进行频率分析，统计参数采用矩法初步计算，再用适线法调整，线型采用P-Ⅲ型曲线，经分析计算，多年平均降水量为411.38 mm，Cv=0.32，Cs/Cv=2.43，其中最大为769.70 mm,最小为110.70 mm，说明项目区降水的年内变化较大，年内变化大主要表现为冬季干旱少雨，夏季湿润多雨。不同频率降水量如下：25%，489.26 mm; 50%, 394.05 mm; 75%, 314.73 mm; 90%, 255.78 mm; 95%, 225.82 mm; 97%, 208.41 mm。

2.2径流秃尾河是黄河中游的一条重要支流。在秃尾河建立的高家堡和高家川2个水文站长期收集秃尾河上中游的水文资料，此次收集高家堡水文站1966—2010年长系列径流资料，高家川水文站1956—2005年长系列径流资料。

根据高家堡水文站45年年径流系列进行频率分析，统计参数采用矩法初步计算，再用适线法调整，线型采用P-Ⅲ型曲线，经分析计算，多年平均径流量为2.60亿m3，Cv=0.34，Cs/Cv=2.11，不同频率径流量见表1。

根据高家川水文站50年年径流系列进行频率分析，统计参数采用矩法初步计算，再用适线法调整，线型采用P-III型曲线，经分析计算，多年平均径流量为3.86亿m3，Cv=0.31，Cs/Cv=2.0，不同频率径流量见表1。

表1 秃尾河流域水文站不同频率径流量

2.3地表水资源量及可利用量项目区地表水资源面积为19.94 km2。此次地表水水资源范围确定为秃尾河流域，以秃尾河流域高家堡水文站作为参证站，控制流域面积2 095.00 km2。根据高家堡站1967～2010年45年径流系列进行分析，高家堡站多年平均径流量为2.60亿m3，采用面积比拟，并参考径流深进行修正，修正系数为1.026，项目区地表水资源量为253.93万m3，不同频率径流量计算成果如下：1%，503.1万m3；2%，467.0万m3；5%，400.5万m3；10%，376.1万m3；25%，303.8万m3; 50%，243.2万m3；75%，191.5万m3；90%，152.4万m3；95%，131.9万m3；97%，119.2万m3。

结合项目区分析地表水资源可利用量，由于当地降雨量较少，蒸发量大，地表并无较大的河流湖泊，地表水基本无法采用。因此，不考虑地表水源作为项目区灌溉的取水水源。

2.4地下水资源量及可利用量此次地下水水资源依据秃尾河、榆溪河两大流域边界，确定项目区周边的边界条件，再进行地下水资源量的分析。项目区主要依靠第四系松散层潜水来满足灌溉需要，因此只对第四系松散层潜水进行计算。采用数值分析法，年降雨量取365.1 mm，入渗系数取0.36，蒸发深度取1.13 m, 潜水蒸发系数取0.08。根据计算分析可知：边界补给量为629.448万m3，降雨等补给量为77.815万m3，地下水储量为707.263万m3。

采用可开采系数法确定允许开采量，按公式计算：

Q可=ρ·Wa

(1)

式(1)中，Q可为可开采量(m3/a)；ρ为可开采系数，参考榆林市相关文件取0.423；Wa为地下水储量(m3/a)。

经计算可得，项目区潜水层多年平均可开采量为299.17万m3/a。根据项目设计，为了保证项目区内农作物的正常灌溉用水，项目区总需水量为165.33万m3/a，因此能够满足项目区灌溉需水要求。

3 水资源供需平衡分析

项目区灌溉水源为开采地下水，可供水量为地下水可开采量，地下水可开采量为299.17万m3。考虑井灌回归补给可开采量后可供水量还可再大一些。

井灌回归补给可开采量依下式计算：

Q井=β·Q灌·ρ

(2)

式(2)中，β为井灌回归系数，取0.25；Q灌为灌溉用水量；ρ为可开采系数。

针对作物灌溉水量，可计算得到作物井灌回归补给可开采量。项目区水量供需平衡分析如下：

△Q=Q可-Q需+Q井

(3)

式(3)中，△Q为供需平衡差(万m3/a)；Q可为可开采量(万m3/a)；Q需为总需水量(万m3/a)；Q井为井灌回归补给可开采量(万m3/a)。

通过项目区供需水量平衡计算，75%保证率项目区地下水可利用量(确保生态用水)完全满足灌溉用水量。同时，项目实施后灌溉可产生农田灌溉回渗补给量，按灌溉回补系数0.25考虑，灌溉回补水量为41.33万m3。即项目区仍剩余可开采地下水资源为175.17万m3，占地下水可开采量的55.26%，完全满足区域生态环境需水量要求，表明现状地下水可开采量足以支撑区域的可持续发展，不会对该地区水量平衡产生明显影响。