汉寿县西湖灌区水量平衡计算

2021-04-12李代军

湖南水利水电 2021年1期

李代军，彭志

（1. 湖南省水利水电科学研究院，湖南长沙 410007； 2. 汉寿县西湖灌区管理局，湖南常德 415915）

1 灌区概况

西湖灌区位于汉寿县北部，沅江和澧水尾闾，洞庭湖区重点垸之一的沅澧大垸西湖垸内，属于典型河网堤垸区，境内地势开阔平坦，河湖港汊密布，一般地面高程在28.0～33.0 m 之间，区域内农田成块连片，沟渠纵横交错。灌溉范围覆盖罐头嘴、洲口、坡头、西港4 镇133 个行政村，受益人口17.37 万人，设计灌溉面积39.27 万亩，其中水田32.52 万亩，旱地6.75 万亩,设计灌溉保证率85%。西湖灌区主要取水水源为西湖内江（含垸内湖泊）、沅江洪道、澧水洪道和目平湖。

2 灌区需水量计算

西湖灌区需水主要由灌溉、工业、生活、农业其他需水量构成。

1）灌溉需水量。西湖灌区位于洞庭湖平原地区，区内土壤多为沉积物，有机质含量丰富，光热和水资源丰富，适宜于各种农作物生长。灌区粮食种植作物主要是水稻，经济作物主要是在中、晚稻收割以后套种油菜，在旱地种植棉花、蔬菜等。在计算灌区种植作物综合灌溉定额时主要考虑水稻（包括早、中、晚稻）、油菜、棉花和蔬菜4 种作物。各作物生育期灌溉定额采用水量平衡原理分析计算，根据灌区种植结构计算历年综合灌溉定额，灌区多年平均综合灌溉定额为350.5 m3/亩。

2）工业需水量。灌区内工业以农产品加工等为主，按工业用水不受丰、枯年的影响或影响很小，工业用水利用万元工业增加值用水量指标来计算，西湖灌区工业用水总量为446 万m3。

3）生活需水量。城镇生活需水指标根据《湖南省地方标准用水定额》（DB43/T 388-2020）确定，小城镇、小城市城镇居民用水定额取145 L/人·d，集中式供水农村居民用水定额取100 L/人·d。农村养殖业用水定额统一取大牲畜为35 L/头·d，小牲畜为15 L/头·d，家禽1.5 L/只·d。西湖灌区生活需水总量780 万m3，由沅泉大水厂集中供给，灌区水量平衡计算不考虑生活需水量。

4）农业其他需水量。农业其他需水量包括林、牧、渔业等需水量，林、牧、渔业及其他需水牵涉面较广。西湖灌区渔业发达，池塘养殖面积合计8.26 万亩，2017年渔业养殖产量4.121 万t，总产值5.5 亿元，占汉寿县渔业总产值的46.0%。经统计灌区内各乡镇2008—2017 年林牧渔业需水量，分析其与灌溉用水量的比例，确定农业其他需水量取灌溉需水量的12%，西湖灌区农业其他多年平均需水量1 274 万m3。

3 水量平衡计算

3.1 计算原则

灌区用水主要为农业灌溉用水、工业、生活及农业其他用水。灌区供水水源主要为西湖内江、沅江、澧水及目平湖。

1）首先满足灌区人畜饮水、城镇生活用水（灌区生活用水由沅泉大水厂供应，沅泉大水厂取水水源为沅水干流，本次计算不考虑），然后满足工业、农业灌溉及其他用水。

2）平衡时先由西湖内江供水，不足部分由外江供水。

3）平衡计算过程采用典型年法逐旬进行计算。

3.2 灌溉水利用系数

根据湖南省水利水电科学研究院对西湖灌区灌溉水利用系数测算成果，灌区现状灌溉水利用系数约为0.52。由于西湖灌区为提水灌溉式灌区，水源分散，输水渠道相较于水源为水库的灌区长度较短，随着干支渠采取衬砌等节水措施，灌溉水利用系数将不断提高，本次计算灌溉水利用系数取0.57，确定过程如下：

1）渠系水利用系数。渠系水利用系数的大小与渠系长度、流量大小、工程质量等有关。根据灌区各级渠道的衬砌方式，结合灌区的实际情况，干渠水利用系数取80%；支渠水利用系数取75%，西湖灌区的渠系水利系数为0.6。

2）田间水利用系数。根据节水灌溉技术规范，结合本区土壤质地、田土规划及作物组成，田间水利用系数取0.95。

3）灌溉水利用系数。在渠系水利用系数的基础上计入田间水利用系数，即得灌区灌溉水利用系数为0.57。

3.3 典型年选择

以水文年降水量（4 月—次年3 月）频率曲线为依据，选择符合或接近设计保证率水文年降水量，并分析年内分配情况确定典型年。汉寿县气象站1973—2016 年降水量系列排频计算成果如表1 所示，汉寿县多年平均年降水量为1402.7mm，频率P=85%年降水量为1116.5mm。

与P=85%年降水量比较接近的年份有2015.4～2016.3（1 126.6 mm）；2007.4～2008.3（1 103.2 mm）；1974.4～1975.3（1 102.1 mm）。降水年内分配如图1 所示，降水量偏枯的年份，少雨期多集中在7—10 月，7—10 月降水对晚稻孕穗扬花、灌浆成熟影响较大，以上年份伏旱期（7—10 月）降水量如表2 所示，2015 年4 月—2016年3 月伏旱期降水量为248.0 mm，具有典型的伏旱特征，对作物生长不利，综合考虑冬春季（12 月—次年3月）的降水量，选取2015 年4 月—2016 年3 月作为计算典型年是合理的。

表1 汉寿县气象站设计时段降水量（当年4 月—次年3 月）设计成果表 mm

图1 典型年降水量年内分配图

表2 典型年7—10 月降水量统计表 mm

3.4 西湖内江供水量计算

1）西湖内江基本情况。西湖内江及其支流岔河蜿蜒曲折贯穿整个西湖垸，河道总长131.5 km，平均宽度在50～200 m 之间。为了使灌区灌排两利，在文蔚易家嘴和酉港偏坡拦河筑坝、建闸，将西湖内江隔分为高水内江和低水内江。

高水内江是农田灌溉的主要水源和天然灌溉渠道。高水内江西起罗家铺闸，东至赵家河闸，加上垸内河汊及支流，全长84.25 km，平均宽50～150 m。高水内江一般不排涝，根据历年经验，在汛期来临之前，调节好高水内江的水量，如果达到防洪限制水位，则通过开启易家嘴节制闸将高水排至低水，再由坡头泵站外排，同时通过赵家河泵站及澧水洪道、目平湖沿岸的泵站协排。高水内江灌溉主要是通过自流灌溉或建在高水内江的泵站抽水，水源为高水内江以及垸内排水渠，水量不足时通过赵家河闸从外江补水。高水内江常年平均水位29 m，相应容积3 949 万m3；防洪警戒水位32 m，相应容积7 473 万m3；最低水位24 m，相应容积604万m3。从防洪警戒水位至最低水位之间的消落深度为8 m，相应的调节容积为6 869 万m3。

低水内江是垸内渍水的主要通道，西起小港堵口，东至坡头泵站，加上垸内河汊及支流，全长47.25 km，平均宽50～200 m。排涝时通过坡头泵站向外河排水，抗旱主要通过关闭坡头泵站的闸门，让低水内江形成封闭水源，然后通过建在低水内江的泵站提水灌溉。低水内江常年平均水位26m，相应容积1 601.1 万m3，汛期（4—9 月）起排水位26.5 m，相应容积1 869.5 万m3，止排水位25.5 m，相应容积1 367.5 万m3。起、止排水位之间的消落深度为1 m，相应的调节容积为502 万m3。西湖内江的容积曲线如图2 所示。

2）产水计算。西湖灌区当地的产水模数通过邻近的五宝山水文站径流资料及汉寿县气象站的降水资料综合计算得到。五宝山水文站位于汉寿县朱家铺镇五宝村，距离西湖灌区约28 km，控制以上流域面积145 km2，于1972 年1 月设立，1997年停测。计算选择五宝山水文站作为灌区代表水文站，五宝山站径流由两部分组成，1973—1997年为实测径流；1998—2016 年径流由五宝山年径流与五宝山年降水相关关系推求，以五宝山月降水查降水径流相关关系得月径流，并以年降水径流相关关系推求的年径流进行控制，再由五宝山站的旬月降水比例推求其旬径流，最后经汉寿气象站年降水进行逐年修正，最终得到灌区的产水模数。

西湖内江受水面积约154 km2，根据西湖灌区产水模数计算多年平均产水量1.40 亿m3。西湖内江蒸发和渗漏损失按旬初容积的5‰考虑。

3）西湖内江供水量计算。西湖内江通过易家嘴节制闸分隔高水内江和低水内江，其中低水内江调节能力较低，调节容积为502 万m3，主要作为涝水入沅水的通道。为简化计算，仅考虑高水内江的调蓄作用，计算中起调水位为24 m，相应容积604 万m3，起调水位24 m 至防洪限制水位32 m 之间的调节容积为6 869 万m3。西湖内江的“库容系数”约为0.49，相当于年调节水库的水平，西湖内江实际年供水量根据年内的来水～用水情况通过调节计算确定。