大型灌区续建配套与现代化改造项目供需水量平衡分析研究

寇思飞，周哲睿，翁茂峰，袁 超，董航凯

（1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西 西安 710065；2.陕西省水利发展调查与引汉济渭工程协调中心,陕西 西安 710004；3.陕西省引汉济渭工程建设有限公司,陕西 西安 710024）

1 灌区简介

某大型灌区位于豫西丘陵区,东起弘农涧河川区,西至十二里河,南接小秦岭,北临黄河,东西长45 km,南北宽6 km～15 km,涉及8 个乡镇206 个行政村,是某市的主要粮食、水果产区。

灌区所在地气候属暖温带大陆性半湿润季风气候,光热资源充足,但干旱缺水,农业生产水平不高,以种植小麦、玉米、苹果、葡萄为主。灌区始建于二十世纪五十年代,以某大型水库为主要水源,经多阶段的建设,目前有总干渠1 条,干渠4 条,支渠29 条,灌溉面积35.5 万亩。灌区已运行多年,渠道衬砌老化破损,防渗能力大为降低,沿线渠系建筑物长期带病运行,制约着灌区农业产业化的发展。

2 灌区供需水概述

灌区供水水源主要有常规水源和非常规水源两种类型,常规水源主要有地表水和地下水,其中地表水包括引用某大型水库和灌区范围内若干小型水库的蓄水,地下水采用部分机井抽水；非常规水源主要为城镇生活污水回用。灌区的水资源主要用于农业灌溉,兼顾生活、工业生产和其他用水,用水水量和时段复杂多变,空间分布不均,科学合理配置区域内有限的水资源,对农业产业发展和保障粮食安全具有非常重要的意义。

3 灌溉标准

3.1 设计水平年

根据灌区所在流域、区域社会经济发展以及前期工作开展情况,结合水文条件分析和资料的实际情况,确定现状水平年采用2018年,规划水平年采用2025年。

3.2 灌溉设计保证率

灌溉设计保证率依据水文气象、水土资源、作物组成、灌水方法等因素综合确定。灌区位于某市小秦岭北侧塬区和某河两侧川区,属于我国半湿润、半干旱大陆性季风气候地区,以种植旱作物为主。根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB 50288-2018）中规定,本项目灌溉设计保证率可取70%～80%,随着灌区种植结构的不断调整,果蔬等高附加值作物种植比例的提高,结合现代化灌区建设要求,需要提高灌区灌溉保证率。依据灌区规模和作物经济效益综合分析,采用规范区间的中间值,灌溉设计保证率为75%。

4 灌区供水量分析

4.1 某大型水库可供水量

（1）来水量计算

根据某大型水库1958年～2019年入库流量系列,以水文年（6月～次年5月）统计年入库径流量,采用P-III 型频率曲线进行适线,求得不同频率入库径流量,计算结果见表1,根据水文计算结果,保证率为75%时,某大型水库年来水量为9260 万m3。

表1 某大型水库年入库径流量设计成果表

（2）下游河道生态用水量

根据《河湖生态环境需水计算规范》（SL/Z 712-2021）,北方内陆中小河流生态用水最小不少于径流量的10%,根据弘农涧河流域生态状况,生态用水按照10%计算,得出下游河道生态需水量为1430 万m3。

（3）蒸发渗漏损失量

根据气象资料,多年平均水面蒸发量（E601）为870.1 mm,多年平均面雨量为657.2 mm,多年平均径流深为166.8 mm,多年平均陆面蒸发量为490.4 mm,蒸发皿年折算系数采用0.93,水库年蒸发损失量为318.8 mm,按平均水面面积为3.72 km2折算水量为118.6 万m3。

水库蓄水以来,水库的水通过坝身、坝基、坝端、库底和库岸向下游和四周渗漏。渗漏量的大小与库区和坝址的水文地质条件以及坝体施工质量有关。根据已有相关监测数据分析,某大型水库年渗漏量为276.1 万m3。

（4）可供水量

经计算,保证率为75% 时,某大型水库来水量为9260 万m3,下游河道生态需水量为1430 万m3,蒸发渗漏损失水量为394.7 万m3,可供水量为7435.3 万m3。

4.2 小型水库可供水量

灌区范围内小型水库有8 座,75%保证率下可供水量为877.4 万m3。

4.3 地下水可供水量

现状水平年灌区有机井986 座,供水量为4410.0 万m3。规划水平年一方面考虑到为了保护地下水、涵养地下水源,对灌区范围内一些不合规的自备井进行关停；另一方面考虑某市地下水资源政策的引导,将逐步减少地下水供水量。据此,预测规划水平年地下可供水量为3528.3 万m3。

4.4 非常规水可利用量

灌区的非常规水源主要为城镇生活污水回用,目前在6个乡镇分别建有污水处理厂,污水处理能力分别为：150 m3/d,3000 m3/d,100 m3/d,350 m3/d,200 m3/d,200 m3/d。现状水平年产生的污水都是直排,不能回收利用,在未来回用潜力巨大,是今后解决部分工业用水和生态用水的重要途径。考虑到未来环保及水生态文明要求,势必要投入污水回用设施。按照现状水平年工业用水排放量,结合相邻市县污水回收利用情况,预测灌区规划水平年回收利用量为1337.5 万m3。

5 灌区需水量分析

5.1 农业需水量分析

5.1.1 灌区发展指标预测

（1）作物组成

灌区设计灌溉面积35.5 万亩,通过对灌区现状进行调查,灌区主要种植小麦、玉米、果树、蔬菜等作物,粮食复种指数1.15,作物种植情况见表2。

表2 灌区作物种植情况统计表

（2）轮作制度

根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB 50288-2018）,万亩以上的灌区干渠、支渠按续灌方式设计,斗渠以下按轮灌方式设计。

5.1.2 灌溉制度分析

（1）灌溉方式

灌区现状采用地表水和地下水结合进行灌溉,地表水灌溉采用渠灌,地下水多采用管灌,规划实施后,灌区计划对粮食作物仍采用常规灌溉方式,对于果树和蔬菜采用高效节水灌溉方式,主要采用微灌高效灌溉方式。

参考最新某省地方标准《农业用水定额》（DB41/T 958-2020）,不同灌溉方式灌溉定额根据基本用水定额进行修正,修正系数见表3。

比及《李仲文女》和《冯孝将子》，《谈生》更是一则美丽的人鬼相恋的爱情故事。无疑，《牡丹亭》第53出《硬拷》中，写“杜守收拷柳生”——拷打“假充门婿”的“劫坟贼”柳梦梅，乃是受到“汉睢阳王收拷谈生”故事的启发，而《杜丽娘慕色还魂》话本却无此细节。另外，小说中谈生用以宣泄感情，引发睢阳王女情思的，均是《诗经》中的爱情诗篇。联系到《牡丹亭》中有关杜丽娘读《诗经》而引动情思的构想，可知魏晋志怪小说不但在总体精神上给《牡丹亭》以影响，而且在具体情节上也给汤显祖以启示。

表3 灌溉基本用水定额修正系数

（2）灌溉制度

参考最新某省地方标准《农业用水定额》（DB41/T 958-2020）,灌区位于Ⅱ豫西区,确定不同作物的基本灌溉定额,再根据工程类型、取水方式等对基本定额进行调整,确定的灌溉定额见表4。

表4 灌区不同保证率下作物灌溉定额

通过实地调查,对灌区作物灌溉制度进行设计,采用75%灌溉保证率,小麦每年灌溉4 次,玉米每年灌溉3 次,苹果每年灌4 次,蔬菜采用高效节水灌溉方式,从每年的5月份开始到10月底,每年灌溉14 次。

5.1.3 灌溉水利用系数

通过对灌区进行复核调查和分析,综合确定现状水平年灌溉水利用系数为0.55。

规划水平年的灌溉水利用系数应按以下公式计算：

考虑总干、干渠、支渠各级渠系水利用系数,计算得到渠系水利用系数为0.90×0.91×0.93×0.94=0.72；根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB 50288-2018）田间水利用系数取0.9,综合得到灌区规划水平年灌溉水利用系数为0.65。

5.1.4 灌溉需水量

根据灌区农业生产作物种植结构调整情况和作物的设计灌溉定额,毛灌溉需水量通过以下公式计算：

式中：W毛为毛灌溉需水量,m3；W净为净灌溉需水量,m3；η为灌溉水利用系数；m 为该作物灌溉水的灌溉定额,m3/亩；A 为该作物的灌溉面积,亩。

经计算,灌区在75%灌溉保证率下,现状水平年毛用水量为10040.98 万m3,规划水平年用水量为6648.16 万m3,农业需水量计算结果见表5。

表5 灌区各水平年农业需水量计算表

5.2 生活需水量分析

生活需水包括城镇生活需水、农村生活需水。其中,农村生活需水由农村居民和牲畜需水组成。通过对灌区城镇人口用水量进行调查,以及对灌区人口与畜牧业发展的预测,计算得到现状水平年灌区城镇人口需水量为494.3 万m3,规划水平年为577.6 万m3；现状水平年灌区农村人口需水量为787.3 万m3,规划水平年为807.6 万m3；现状水平年灌区牲畜需水量为250.2 万m3,规划水平年为262.7 万m3。

表6 生活需水量分析结果表

5.3 工业需水量分析

结合相关资料分析,灌区现状万元工业增加值用水量为27 m3/万元,工业需水量为4277.18 万m3。预测规划水平年万元工业增加值需水定额17 m3/万元,工业需水量3661.40 万m3。

5.4 其它需水量分析

某大型水库作为灌区的主要水源,同时也担负着向某电厂供水的任务,近5年某大型水库平均向电厂供水1675.4 万m3,随着电厂利用中水的逐年增加,预计在规划水平年某大型水库每年向电厂供水1000 万m3。

6 供需水量平衡分析

根据供水量计算结果,由于水文计算成果,某大型水库和小型水库的供水量规划水平年与现状水平年不变；由于水资源政策的变化,控制地下水开采,规划水平年的地下水可供水量相比现状水平年减少了20%；根据水生态环境保护的要求,推动非常规水纳入水资源统一配置,逐年提高非常规水利用比例,规划水平年增加非常规水可供水量1337.5 m3。综合比较分析,规划水平年可供水量合计为13178.5 m3,相比现状水平年增加了3.6%。

根据需水量计算结果,通过对灌区人口与畜牧业发展预测,规划水平年的生活需水量相比现状水平年增加了7.6%；由于灌区农业生产作物种植结构调整,作物的设计灌溉定额变化,以及通过工程措施对灌区各级主要渠道的改造,规划水平年的农业需水量相比现状水平年减少了33.8%,节水效果比较明显；由于加大了工业节水的改造力度,更新了用水工艺、技术、装备,规划水平年的农业需水量相比现状水平年减少了14.4%,变化明显；其他的用水量主要由于推进了企业内部用水循环,提高了重复利用率,规划水平年的其他需水量相比现状水平年减少了40.3%,变化较大。综合比较分析,规划水平年需水量合计为12957.5 m3,相比现状水平年减少了26.1%。

综上分析,在灌区灌溉设计保证率为75%时,现状水平年可供水量小于需水量,缺水量为4802.7 万m3；规划水平年主要通过续建配套与现代化改造、深入推进工业节水减排、非常规水源利用等措施,大大减少了灌区整体需水量,供需水量平衡后剩余221.0 万m3。

表7 灌区供需水量平衡计算结果表

续表7

7 结语

在灌区供需水量平衡的分析研究中,应统筹考虑地表水、地下水、非常规水源的有效利用,使农业、工业、生活用水更加经济合理。由于灌区农业需水量占总需水量的一半以上,是解决区域水资源供需矛盾的关键,因此需要大力推进灌区续建配套与现代化改造,不断优化灌溉骨干工程,改造维修老旧灌溉设施,提高渠系水利用系数,更新引输配水工程管理设备,以适应不断变化的农业生产作物种植结构,促进水资源的高效合理利用。