天镇县兰玉堡灌区续建配套水量供需平衡分析

盛国利

（天镇县水务局，山西 天镇 038200）

1 灌区基本现状

兰玉堡灌区（旧称兰玉堡灌区泵站）位于山西省大同市天镇县，始建于1962年，原设计灌溉面积0.16万hm2，受益范围涉及天镇县卅里铺乡6个行政村（兰玉堡、小辛庄、肖家屯、范家庄、刘家庄、卞家屯），灌区灌溉方式为扬水泵站取地表水灌溉。由于近年来土地改良、耕地面积增加，现状兰玉堡、小辛庄、肖家屯、范家庄四个村的有效灌溉面积为0.115万hm2，本次项目仅对这四个村进行改造。

本次工程拟对兰玉堡灌区现状0.115万hm2基本农田灌溉设施进行更新改造，对永昌站控制的0.045万hm2基本农田灌溉设施进行续建配套，工程实施后可基本实现兰玉堡灌区原设计灌溉规模0.16万hm2，达到灌区建设初期效益。

2 灌区水利工程状况

兰玉堡灌区泵站位于南洋河干流上，有提水泵站三处，分别为兰南站、兰辛站、永昌站，设管理站一处。灌区泵站设计总流量0.83 m3/s，总装机110 kW，但因设备运行多年，水泵部件损耗，供水效率大大降低，加之渠首工程引水困难，现状可供流量仅为0.42 m3/s左右。三个水泵站各配变压器1台，装机容量分别为75 kVA、30 kVA、75 kVA，运行近20年、老化严重，无绝缘包裹铝质高压线未进行过电网改造，有漏电现象发生。

经调查灌区内现有村属机井31眼，单井出水量均为50 m3/h。灌区权属现有机井12眼，均分布在渠道周边，出水量均为50 m3/h，用以补充灌溉水源，但水泵运行多年，水泵经常坏，地下水水位下降，扬程不足，无法满足灌溉要求，需要重新配套水泵。电缆线现状部分电缆不够标准，不满足水价改革计量设备的要求，需要重新配套。现状没有井房，因此井房需要全部新建。灌区现状有效灌溉面积0.115万hm2，灌溉水利用系数0.53。

3 灌区水源地多年平均水资源量

3.1 白登河径流量

采用南洋河干流上的柴沟堡水文站作为参证站，对兰玉堡灌区泵站上游径流量进行分析计算，根据兰玉堡灌区泵站以上流域的径流系数，采用水文比拟法计算兰玉堡灌区泵站以上流域的径流量，计算公式为：

式中：a兰——兰玉堡灌区泵站以上流域径流系数，根据流域产流地类以及径流系数分布图选取；

a柴——柴沟堡以上流域径流系数，根据实际计算所得；

F兰——兰玉堡灌区泵站以上流域集水面积；

F柴——柴沟堡以上流域集水面积。

柴沟堡水文站径流量，根据南洋河上柴沟堡水文站的实测系列资料，对柴沟堡站资料系列进行还原计算，还原计算的内容包括：测站控制断面以上大、中型及重点小型水库蓄变量、附加蒸发量，大中型灌区、小型灌区灌溉耗水量，城市工业及生活用水耗水量、跨流域引水量、河道分洪、决口的水量等。还原计算的水量平衡方程式为：

水文站控制断面天然径流量W天然为测站实测径流量W实测和测站控制断面以上还原水量W还原之和，计算公式为：

根据大纲要求，结合实际情况，还原项目包括以下9项：

式中：W实测、W天然——水文站控制断面实测和天然径流量；

W还原——水文站控制断面以上各项还原水量之和；

W农耗——农业灌溉河川径流净耗水量；

W工耗——工业引用河川径流净耗水量；

W林牧渔——林牧渔业引用河川径流净耗水量；

W人畜——农村人畜吃水河川径流净耗水量；

W城生——城镇生活河川径流净耗水量；

W引水——跨流域（水文站断面以上控制流域）引入、引出河川径流水量，引入为“-”，引出为“+”；

W库蓄——水库蓄水变量，增加时为“+”，减少时为“-”；

W库蒸——水库附加蒸发损失量，等于库区水面蒸发量和陆面蒸发量之差；

W库渗——水库渗漏损失量。

根据以上水量平衡方程，各还原项还原水量之和即为总的还原水量。还原计算按河系自上而下，按水文站控制断面分段进行，然后累积计算。

分项还原水量统计计算，根据以上方法，对柴沟堡水文站系列资料进行还原计算，经计算并进行修正后，柴沟堡水文站1980—2016年天然径流量为7 250万m3，多年平均径流深为25.0mm，最大为1995年15342万m3，最小为2008年3 953万m3，极值比3.88。

3.2 兰玉堡灌区泵站径流量

根据柴沟堡水文站经过还原修正后的径流量系列，利用上述计算公式，计算兰玉堡灌区泵站以上流域1980—2016年径流量系列，经计算兰玉堡灌区泵站上游1980—2016年多年平均径流量5 942万m3，扣除上游阳高县地表水用水量，即为兰玉堡灌区泵站上游来水量，兰玉堡灌区泵站上游来水量50%保证率径流量为3 170万m3，75%保证率径流量为2 700万m3。由于兰玉堡灌区泵站是利用地表水进行灌溉，根据相关资料，并参照水库塘坝等，可利用系数取0.45。经计算，兰玉堡灌区泵站上游来水量50%保证率，可利用水量为1 427万m3，75%保证率径流量为1 215万m3。

根据柴沟堡水文站天然径流月分配量，进行兰玉堡灌区泵站可供水量月分配，详见表1。

3.3 地下水

灌区权属机井12眼，均在渠道附近，单井出水量均为50 m3/h，灌水时，机泵每天工作22 h，用以补充灌溉水源。

经调查，灌区内现有村属机井31眼，单井出水量均为50 m3/h，灌区供水不足时，作为水源利用末级渠系进行灌溉。

4 项目实施后灌区水量供需分析

4.1 项目实施完成后灌区可用水资源量

4.1.1 天阳盆地地下水置换工程供水

根据山西省人民政府印发的《山西省水资源全域化配置方案的通知》晋政发〔2017〕38号，和大同市发展和改革委员会文件，印发《关于大同市天阳盆地地下水置换工程可行性研究报告的批复》同发改政务发〔2017〕215号中，天阳盆地地下水置换工程设计年调水0.5亿m3，近期（近期水平年2020年）调水0.3亿m3，分配给天镇县和阳高县。

大同市天阳盆地地下水置换工程，自册田灌区北干分灌区提水工程末端出水池西营出水池取水，在西营出水池西北侧布置西营加压泵站，设计流量5.0 m3/s，泵站装机2 240 kW，通过西营泵站扬水至西营村西的隧洞进口，之后沿西北方向布置隧洞，经隧洞将水送入砖井村西南白登河上游的一条支沟（后沟），水顺后沟进入白登河上游，线路总长约13.63 km。

至2020水平年，该工程向天镇县贫困地区农业灌溉供水量为1 230万m3，置换井灌区面积0.395万hm2（兰玉堡灌区和孤峰山灌区）；至2030水平年，向天镇县贫困地区供水量为2 100万m3，置换井灌区面积0.673万hm2（兰玉堡灌区和孤峰山灌区）。

2020年后天阳盆地地下水置换工程供水量按250万m3计，可按需补充径流。

4.1.2 地下水

灌区权属机井12眼，均在渠道附近，单井出水量均为50 m3/h，灌水时，机泵每天工作22 h，用以补充灌溉水源。

根据《天镇县县域小水网工程规划》，2020年以后灌区内地下水用水量将逐步被天阳盆地地下水置换工程置换，以减少地下水开采量。仅保留灌区权属机井12眼，作为备用水源。实施后可用水量见表2。

表2 实施后可用水量统计表

4.2 灌区水利工程实施后供水能力

实施后地表水：三站设计总流量1.23 m3/s，其中兰南站0.42 m3/s、兰辛站0.17 m3/s、永昌站0.64 m3/s。

实施后地下水：灌区内机井共12眼，其中兰南站灌溉面积内3眼、兰辛站灌溉面积内4眼、永昌站灌溉面积内5眼，单井出水量均为50 m3/h。

供水能力按水泵流量乘以运行时间计算，日最大运行时间22 h。

工程实施后供水能力统计见表3。

表3 实施后供水能力计算表

4.3 工程实施后需水量

4.3.1 灌溉设计保证率

灌溉设计保证率为75%。

4.3.2 灌溉水利用系数

式中：η灌——灌溉水利用系数；

η干——干渠利用系数，取0.96；

η支——支渠利用系数，取0.92；

η斗——斗渠利用系数，取0.85；

η田——田间水利用系数，取0.9。

通过上式计算：实施后设计灌溉水利用系数0.68，渠系水利用系数0.75。

4.3.3 灌水定额

灌水定额按下式计算：

式中：m——灌水定额；

η——灌溉水利用系数。

经计算，玉米设计净灌水定额为48.51 mm，即485.4 m3/hm2，杂粮设计净水溉定额为38.81 mm，即388.2 m3/hm2。

实施后设计灌溉水利用系数为0.68，实施后设计玉米灌水定额713.85 m3/hm2，杂粮灌水定额570.9 m3/hm2。

经复核，玉米、杂粮净灌溉定额均不超过《山西省用水定额第1部分：农业用水定额》（BD14/T 1049.1—2020）中，天镇县地表水渠道灌溉玉米净灌溉定额1 740 m3/hm2、杂粮净灌溉定额1 605 m3/hm2标准。

4.3.4 灌溉定额

结合当地种植习惯，偏枯年灌溉三次，播前、拔节、灌浆各一次，每次持续15 d，播前保墒灌水定额按玉米750 m3/hm2、杂粮600 m3/hm2计。实施后玉米灌溉定额2 177.7 m3/hm2，种植比例86%；杂粮灌溉定额1 741.8 m3/hm2，种植比例14%，目标综合灌溉定额为2 116.65 m3/hm2。

4.3.5 需水量计算

灌区需水量按照下式计算：

其中：W——灌溉总用水量，m3；

A——灌溉面积，hm2；

M——灌溉定额，m3/hm2。

经计算，枯水期当P=75%时，灌区总种植面积0.16万hm2的统计需水总量为338.6万m3。

5 供需平衡分析

项目实施后供需平衡分析：当P=75%时，可用水资源总量、各灌水周期内可用水资源量，均可满足需水量；供水总能力、各灌水周期内供水能力均可满足需水量，供需剩余水量160.36万m3。