南疆地区沙雅县渭干河供需水平衡分析

2021-06-29新疆兵团勘测设计院集团有限责任公司赵卫东

区域治理 2021年4期

新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司赵卫东

一、引言

灌区工程建设对当地农业发展具有十分重要的意义[1]。早期灌区粗放式管理水利用系数下降，造成水资源的严重浪费，高效节水工程建设是十分必要的[2-3]。随着当地经济的发展，作物种植结构发生了变化，灌区改造过程中供需水平衡分析是十分重要的。结合渭干河灌区工程，分析灌区供需水特征。

目前渭干河灌区已建成平原反调节水库3座，调节库容共计540.5万m3，渭干河龙口引水枢纽1座，形成渭干河总干渠、各县总干渠及由其配套的干、支、斗、农输配水体系。

二、用水总量控制

（一）地表水

规划年灌区85%频率来水进行平衡，85%频率可引水量6.2亿m3。

（二）地下水

规划年农业地下水开采量执行用水总量控制方案相应指标。地下水可供水量4507 万 m3。

三、需水量计算

（一）种植结构

灌溉面积，据水利普查成果分析沙雅县渭干河灌区涉及6镇、2乡、1农场，总灌溉面积113.63万亩。

（二）灌溉水利用系数

渠系水利用系数：

1.理论计算及分析

沙雅县渭干河灌区渠系包括引水渠系和灌溉输配水渠系。引水渠系包括渭干河总干渠、沙新总干渠、沙雅总干渠；灌区内输配水渠系包括灌区内的干渠、支渠、斗渠、农渠。现状年η总干、η干-农渠采用沙雅县水管单位提供值。

（1）引水渠系

①渭干河总干渠（含沙新总干渠）

渭干河总干渠及沙新总干渠全长2.869km，设计流量200m3/s～121m3/s，主要承担库、沙、新三县农业灌溉用水量，渠道运行多年，原衬砌的砼板破损、冻胀现象严重，该渠道计划2017年进行续建配套改造。

现状年渭干河总干渠水利用系数值采用沙雅县水管单位提供值0.93。

根据土壤渗透系数（取值为3.4）、土壤透水性指数（取值为0.5）、净流量（200-121m3/s），计算规划年水利用系数为0.99。考虑到该渠道断面大、水面宽，同时工程所在地气候干燥、降水稀少，蒸发强烈，综合上述因素在理论计算值基础上考虑3—4%水量损失率，确定规划年水利用系数η0=0.95。

②沙雅总干渠

现状年沙雅总干渠水利用系数值采用沙雅县水管单位提供值0.89。沙雅总干渠起点接沙新总分水闸，全长约49km，沿途经过新和县至沙雅县，设计流量59.1m3/s。根据地勘资料，依据规范确定干渠前2.7km的K和m分别取3.4、0.5，干渠2.7km以后的K和m分别取2.65、0.45。通过计算规划年渠道水利用系数0.964，考虑蒸发损失因素，规划年渠道水利用系数0.93。

（2）灌区内渠系水利用系数

①干渠

灌区内的多数干渠长度在6～11km，流量1～7.5m3/s；选取较重要且具有代表性的红旗镇阿东墩干渠作为典型渠道进行水利用计算。阿东墩干渠长11.8km，选线后长度9.2km，K和m分别取2.65和0.45，不考虑地下水影响。通过计算规划年渠道水利用系数0.98。

在理论值基础上考虑蒸发损失因素，规划年渠道水利用系数0.94与《新疆阿克苏地区渭干河灌区沙雅县骨干工程节水改造可研报告》(2016年12月)中渠道水利用系数相近，因此本规划年干渠水利用系数取0.94。

②支渠

根据水管单位提供资料现状年支渠水利用为0.9。

选取包尔海支渠作为典型支进行水利用系数计算，计算公式及参数同前文，规划年渠道水利用系数0.984，考虑蒸发损失后取值0.95。

③斗渠

根据水管单位提供资料现状年斗渠水利用为0.9。

选取红旗镇古再力村3、4、5小队斗渠作为典型支进行水利用系数计算，计算公式及参数同前文，规划年渠道水利用系数0.993，考虑蒸发损失后取值0.96。

④农渠

灌区内农渠在400—500m之间，选取平均长度450m作为典型农渠水利用系数计算，计算公式及参数同前文，现状年渠道水利用系数0.97，考虑蒸发及其他不可预测损失后取值0.92。

2.以往调查成果值

塔里木一期世行贷款项目共防渗渠道57条，总长983.1km。本项目渠道防渗形式相关渠道防渗效果研究成果。调查了57条渠道，收集了9条渠道实测资料：静水法2条、测流法2条、水文资料统计法5条。由于静水法试验中采用的是砼+塑膜防渗形式与本项目类似，其他方法采用的是卵石+塑膜，因此，仅列静水法试验成果。静水法：1995年9月—10月对依其力克、沙雅总干选择局部段进行恒水位入渗试验。试验推出渠道水利用系数0.98。

3.规划年防渗渠道水利用系数确定

实测砼渠道均采用塑膜+砼防渗，而本次灌区内渠道为砼板防渗形式，结合灌区渠道施工质量、蒸发损失（砼板表面积温、风速）等不可预测因素，初步拟定了各级典型渠道水利用系数，见表1。

表1 规划年灌区内各级渠道水利用系数

高效节水灌溉系统：规划年节水灌溉从斗渠引水，通过防渗后的连接渠进入首部前蓄水池，通过首部田间管网系统进行灌溉；将地面灌溉“农渠”灌溉模式替换高效节水“连接渠+蓄水池+田间管网”的灌溉模式。根据多年灌溉经验，初拟综合水利用系数取0.97。

（三）田间水利用系数

地面灌溉：根据沙雅县水灌溉管理水平实际情况并结合已批复的大型灌区项目可研，拟定田间水利用系数0.84；高效节水灌溉：依据灌区实际情况确定滴灌工程田间水利用系数0.95。

（四）水利用系数

根据灌溉面积、灌溉定额及不同作物灌溉方式对应的灌溉水利用系数，计算出灌区综合净需水量、毛需水量，采用综合净需水量除以综合毛需水量计算出灌区综合灌溉水利用系数，2016年、2020年综合毛灌溉水利用系数分别是0.495和0.684。

四、农业需水量计算及供需平衡分析

（一）农业需水量

1.现状年

依据灌溉面积、作物种植结构、灌溉制度和灌溉水利用系数计算作物的需水量。现状年渭干河灌区灌溉面积113.63万亩，净需水量、毛需水量分别是54488.7万m3、110053.0万m3，综合灌溉定额、综合灌溉水利用系数分别是968m3/亩、0.495。

2.规划2020年

（1）总灌溉面积与现状相同

依据灌溉面积、作物种植结构、灌溉制度和灌溉水利用系数计算作物需水量。若规划年渭干河灌区灌溉面积113.63万亩，净需水量、毛需水量分别是42332.7万m3、70320.2万m3，综合灌溉定额、综合灌溉水利用系数分别是619m3/亩、0.602。

（2）以水定地确定的灌溉面积和作物种植结构

依据以水定地、定发展原则，85%频率平衡时灌区总灌溉面积107.8万亩，需退减的灌溉面积5.84万亩。

灌区净需水量、毛需水量分别是44171.2万m3、64532.0万m3，综合灌溉定额、综合灌溉水利用系数分别是599m3/亩、0.684。

（二）供需平衡分析

1.现状年

现状年灌区灌溉毛需水量110053.0万m3，75%分配地表水量63065.7万m3，灌区开采地下水5244万m3，折算至地表水 8759.7 万 m3。

75%平衡计算：余水2211.8万m3，缺水40439.3万m3；通过两座水库联合调节，调节后余、缺水量分别是1521.8万m3、39849.0 万 m3。

因为来水不能满足灌溉需水要求,且灌区存在资源性缺水和季节性缺水。

2.规划2020年

首先计算规划年拟定在总灌溉113.6万亩基础上加大渠道防渗改造工程和增加高效节水灌溉面积前提下，进行85%保证率平衡计算，分析余缺水量，拟定退减的面积；在退减面积方案下，再计算灌区85%保证率下的需水量，并进行85%保证率平衡计算。

（1）渭干河灌区（总灌溉面积113.6万亩）

灌区灌溉毛需水量70320.2万m3，85%频率来水量62172.1万m3，用水总量控制方案报告中灌区农业开采地下水4507万m3，折算至地表水5950.6万m3。平衡计算，余水4369.4万m3，缺水6566.9万m3。

通过平衡计算，在严格执行配额地表水和地下水前提下，灌区大力发展渠道防渗改造和高效节水灌溉项目基础上，灌区总灌溉面积113.6万亩仍缺水，需退减灌溉面积。

（2）渭干河灌区（退减耕地）

在保证高效节水灌溉面积及作物不变的前提下，依据供需平衡退减灌区内的常规灌溉面积。通过上述原则进行平衡计算，85%保证率退减的灌溉面积5.84万亩，退减面积后灌区供需平衡。

规划2020年灌区灌溉毛需水量64532.0万m3，85%频率来水量62172.1万m3，用水总量控制方案报告中灌区农业开采地下水4507万m3，折算至地表水5950.6万m3。平衡计算，余水4470.3万m3，缺水879.6万m3。通过两座水库联合调节，调节后灌区不缺水，余水量3490.7 万 m3。