农田水资源供需平衡及节水改造效益分析

赵 龙

（赫章县妈姑镇水利站，贵州 赫章 553200）

大量的灌区水利工程建造于20世纪，年久失修的水利工程出现建筑物老化、输水枢纽破损、运行效率低下等问题，对于灌区水利工程改造已有大量专家学者进行了相关的研究及实践。赵艳柏［1］介绍了灌渠的工作原理，并结合实际工程分析了灌渠目前存在的问题，并提出了对应的解决措施；胡娃尼西·艾尼瓦尔［2］结合小型农田水利工程实际工程特点，分析了新疆某地区灌渠的设计；杨建科等［3］将自动化技术应用于灌溉渠道的维护保养中，提出了信息化管理在渠道维护中的重要性；朱晓波［4］分析了灌溉渠道的系统规划；王瑞涛等［5］介绍了灌溉渠道的定义以及灌溉渠道的特性，并依据实际工程案例提出了提高渠道维护与管理水平的方法；唐军［6］针对灌溉渠道工程的管理与养护，提出了目前我国出现的问题，并提出相应的解决对策；李愫［7］针对灌溉渠道中的破坏、损伤的治理，以及常规的养护进行总结概述，并提出相应的解决对策；雍小玲［8］介绍了丘陵区及山区灌溉渠道的规划，并从建设的角度出发，给出了相应的理论指导。

基于前人的研究基础，本研究拟以赫章县灌区为研究对象，分析了该节水改造工程实施的经济价值与社会价值。

1 工程概况

本研究以赫章县地渠道灌区为研究对象，该区域属于干旱大陆性气候区，降雨量较少，一年中降雨主要分布于夏季（尤其以7—9月最为丰沛），年平均降雨量为400mm左右，春、秋、冬季节降雨均较少，且冬季最为干燥、降雪较少，该灌区位于该县干线渠道六冲河上游区域，该灌区的计划灌溉范围为633.33hm2，实际灌溉范围为233.33hm2，待开发灌溉范围为400hm2，灌区改造将惠及2个乡镇的灌溉用水，其改造是该区域一项较为关键的水利工程。

2 问题分析与改造必要性

2.1 问题分析

经过现场勘测，该管区存在的主要问题有：该灌区Ⅱ号水坝坝体混凝土结构破损严重，出现较大面积漏洞，农户采用沙袋堵漏的方法进行堵漏，但蓄水能力仍然降低严重；该渠道为农户自建渠道，采用的施工方法和衬砌结构均不符合规范，水资源运输能力较差，漏水、保水作用差；该渠道工程由于年久失修，衬砌结构及水闸破损严重，且相关配套设置安装不到位。这些问题严重制约了灌溉渠道的水资源利用效率，限制了该区域农业的发展。

2.2 工程改造的必要性

该灌区建于20世纪60年代，灌区的前期投入严重不足，灌区设施及配套设施严重落后，干线渠道总长为32km，为混凝土封面结构，内部未配置钢筋结构，导致水资源渗漏严重，支渠全部为土质结构，渗水严重，设计水流为0.83m3/s，灌溉范围为410.60hm2，但由于年久失修，再加上水流的长时间冲刷及生物的作用导致渠道周边渗流严重，导致该灌区在水资源集中利用时段供水严重不足，进而引起粮食产量下滑，根据勘测资料显示，该灌渠的利用效率仅为设计利用效率的20%作用，不进行维护很难满足农田的灌溉需求，因而对水利渠道进行改造是一项非常有必要的工作。

3 灌区用水供需平衡分析

3.1 供水量分析

该灌区范围内仅存在地表灌溉，不存在地下水流运输及灌溉，因而本研究仅针对地表灌溉进行分析，Ⅰ号水文站主要分布于灌溉输水干线渠道的下游，上游无水文站分布，该区域的水文地质特性如下：

（1）灌溉用水径流主要为降雨下的径流，径流在一年中分布极不均匀，变化范围大。该径流水量主要由降雨控制，在汛期，河流的水量主要通过降雨补给，在干旱期，河流的水量主要通过地下水补给，因而导致在一年中灌溉用水径流分布不均匀、短期径流集中的现象。根据相关统计资料记载，在过去的50年里，年平均径流保持在6000万m3左右，其中在1979年径流最大，为16900万m3，而在2000年径流最小，为1815万m3，最大值为平均值的2.82倍，最小径流为平均值的0.30倍，其中，在各个年份中，7—9月为汛期，12—2月为干旱期，汛期的径流量占据全年的51.2%，干旱期的径流量占据全年的10.5%。

（2）流沙含量高，根据相关资料分析，过去的10年里，水流含沙率为99.3kg/m3，含沙量水平较高，且在汛期水流的含沙量较高主要是由于汛期水流较急，冲刷边坡的泥土、岩石使其卷入径流中，进而导致径流含沙量提高，汛期的水流中的沙量占据全年的90%左右。

该灌溉水渠渠首位置枢纽实测资料缺乏，仅有的勘测资料为部分水文地质资料以及渠首位置处的径流年份分布状况，利用Ⅰ号水文站的面积比拟法，结合相关的经验参数对降雨系数进行修正，得到灌溉水渠渠首位置枢纽位置处的年降雨量为433mm、Ⅰ号水文站位置处的年降雨量为416mm，通过计算得到该灌溉水渠的年径流流量约1219万m3，计算得到的Ⅰ号水文站和该灌溉水渠渠首位置处的统计参数与不同灌溉保证率下的径流值如表1。由于灌溉水渠渠首位置枢纽径流实测资料缺乏，因而采用Ⅰ号水文站位置处的月份径流及径流分配值如表2。

表1 不同频率年径流量计算

表2 该区域玉米灌溉制度确定（灌溉保证率为50%）

由灌区取水统计资料显示，多年来水源地取水量年平均值约为176.24万m3。

3.2 灌区需水量分析

3.2.1 农业需水量分析

该灌区范围内农业灌溉总面积为640hm2，耕种的作物主要为一年一季作物，则该区域作物的复种指数为1.0，且以小麦为主，为了简化模型，设该区域全部种植玉米作物，耕种比例为100%，设该灌区的水资源除去运输等因素损耗的利用系数为0.40，调查相关的资料可知，该区域玉米的灌溉工作相关参数如表2。

通过计算可得，该灌溉水渠在水资源利用系数为0.40的情况下，综合年灌水量净值为1575m3/hm2，综合年灌水量毛值为3937.5m3/hm2，因而，正常年份下，该灌区的需水量为252.0万m3。

3.2.2 其他需水量分析

本灌区范围内无大型的工厂、大型的居民聚居区，因而不考虑生活用水与工业用水，仅考虑自然生态维护水资源用水，自然生态维护水资源用水主要是用于绿化用水、美化环境、河流补水等，根据当地的水资源利用计划书，自然生态维护水资源是用水量约占总用水量的5.0%左右，计算得到自然生态维护水资源使用量为12.60万m3。

综合以上分析，在灌溉保证率为50%的情况下，该灌区范围内总用水需求量为264.6万m3，其中，该灌区农业需水量为252.0万m3，自然生态维护水资源使用量为12.60万m3。

3.3 项目实施后水资源供需平衡关系分析

3.3.1 农业需水量预测

该灌区范围内农业灌溉总面积为640h m2，耕种的作物主要为一年一季作物，则该区域作物的复种指数为1.0，设该区域全部种植玉米作物，耕种比例为100%，设该灌区的水资源利用系数由原来的0.40提升至0.70，且该区域玉米的灌溉方式、灌溉周期、灌溉阶段、灌溉时间、灌水量均保持不变，综合年灌水量毛值预测值为150.0万m3，将项目的灌溉保证率由50%提升至75%，正常年份下，该灌区的需水量为144.0万m3。

3.3.2 其他需水量预测

仍不考虑生活用水与工业用水，仅考虑自然生态维护水资源用水的情况下，根据当地的水资源利用计划书，自然生态维护水资源是用水量约占总用水量的5.0%左右，计算得到自然生态维护水资源使用量为7.20万m3。

综合以上分析，在灌溉保证率为75%的情况下，该灌区范围内总用水需求量为151.20万m3，其中，该灌区农业需水量为144.0万m3，自然生态维护水资源使用量为7.20万m3。

3.3.3 供需平衡分析

该区域的供需水资源状况如表3，由以上分析可得，该区域的总用水需求量为151.20万m3，其中，该灌区农业需水量为144.0万m3，自然生态维护水资源使用量为7.20万m3，可供给的水资源为176.20万m3，供需水资源的余量为25.0万m3。通过节水改造工程的实施，使得水资源得到了充分利用，灌区的水资源供给达到平衡，该工程是对于改善民生产生了积极的推动作用。

表3 水资源供需平衡 单位：万m3

4 结语

本研究以某地渠道灌区为研究对象，通过对该灌溉水渠的问题分析与改造必要性探讨、项目实施前灌区用水供需平衡分析，项目实施后灌区用水供需平衡预测，分析了该节水改造工程实施的经济价值与社会价值，主要得到以下结论：

（1）改造前水源地供水充足，供水量大于灌区需水量，但由于水利渠道及枢纽工程年久失修导致水资源利用系数严重降低，在低灌溉保证率（50%）条件下也不能满足灌区水资源的正常需求。

（2）改造后水资源利用系数明显提高，该区域的总用水需求量为151.20万m3，而可供给的水资源为176.20万m3，供需水资源的余量为25.0万m3，改造工程对于节约水资源、提高粮食产量具有明显的作用。