牧馬河灌區(qū)水資源供需簡析

孔小晉

（忻州市忻府區(qū)水資源管理辦公室，山西 忻州 034000）

1 灌區(qū)概況

牧馬河灌區(qū)位于山西省北中部的忻定盆地，受益范圍包括忻府區(qū)、定襄縣兩縣區(qū)13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，74個自然村，總?cè)丝?1.06萬人，灌區(qū)內(nèi)共有耕地31.1萬畝，其中設(shè)計灌溉面積15.3萬畝，有效灌溉面積15.29萬畝。屬忻州市四大自流灌區(qū)之一。

牧馬河上游現(xiàn)有剛剛續(xù)建完畢的西歲興水庫，中游有上世紀(jì)五、六十年代興建的豆羅溢流壩和西曲大壩，這三處引水樞紐控制著團(tuán)結(jié)、聯(lián)合、國慶、紅旗、五一五大輸水干渠渠系。灌區(qū)共有干、支、斗、農(nóng)四級固定渠道643條，總長820 km；閘、橋、涵洞、渡槽等建筑物2 637座。目前，渠道及建筑物已運行50多年，工程老化、破損、毀壞嚴(yán)重，截止目前全灌區(qū)骨干建筑物完好率僅為35%。

西歲興水庫總庫容為2 903萬m3，可提供農(nóng)業(yè)灌溉水量1 103萬m3，工業(yè)供水量504萬m3。豆羅溢流壩樞紐到西曲攔河壩樞紐區(qū)間6.12 km引水灌溉靠天然河道輸水，輸水損失嚴(yán)重，高達(dá)16%。隨著工業(yè)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)及生活用水的不斷增長以及水資源量的逐年減少，農(nóng)業(yè)灌溉用水也在逐年減少。

2 灌區(qū)水量供需分析

2.1 灌區(qū)現(xiàn)狀來水量分析

2.1.1 地表水來水量分析計算

牧馬河流域面積1 498 km2。整個流域內(nèi)分布有11個雨量站和1個豆羅水文觀測站。其中西歲興水庫控制流域面積496 km2。建有三交、北馮、牛尾、下馬圈、上寺、六固（現(xiàn)已撤站）六個雨量站，有自1980年以后的徑流實測資料。水庫控制流域內(nèi)主要由石山區(qū)和土石山區(qū)組成。林區(qū)僅占總面積的4.2%。是牧馬河清水的主要來源地。豆羅水文站位于歲興水庫以下18 km，該站始建于1956年，控制流域面積751 km2，有較完整的水文實測資料。水庫至豆羅區(qū)間主要為變質(zhì)巖構(gòu)造土石山區(qū)丘陵區(qū)，植被較差的此段沖溝較多，最大的支流為葫蘆河，有部分清洪水。水文站下游至灌區(qū)西曲攔河閘壩，區(qū)間流域面積72 km2，有自1971年以來的灌溉放水實測資料。區(qū)間地貌主要為沖積平原區(qū)，較大的支流為班莊河。

雖然牧馬河下游設(shè)有豆羅水文站，但從西歲興水庫以下進(jìn)入深厚河谷沖積層，河道滲漏損失嚴(yán)重，無法直接由水文站實測資料計算水庫徑流量，只能采用相鄰或相似流域?qū)崪y徑流資料，結(jié)合西歲興水庫部分水情觀測資料，通過建立降雨徑流關(guān)系推求西歲興水庫徑流量。

西歲興水庫控制牧馬河流域面積496 km2，其中變質(zhì)巖石山區(qū)290 km2，片麻巖石山區(qū)138 km2，黃土丘陵區(qū)及林地68 km2。故選取了下墊面條件相近的峪口河流域王家會水文站作為參證站，同時為了進(jìn)行對比分析，又選取了云中河流域米家寨水文站以及文峪河流域中西河岔口水文站資料。各參證流域下墊面特征見表1。

表1 參證站下墊面情況表

為了減小下墊面變化對徑流量的影響，本次各站均采用1980年以后徑流系列。通過對各流域降雨量及徑流量以水文年（當(dāng)年6月至翌年5月）進(jìn)行統(tǒng)計和計算后得知：以岔口（有部分森林區(qū)）和米家寨兩水文站為代表的石山區(qū)的徑流系數(shù)明顯比以王家會和西歲興為代表的土石山區(qū)偏大，符合徑流形成的一般規(guī)律。

對已經(jīng)確定的西歲興水庫年徑流系列進(jìn)行頻率分析計算，線型采用 P－Ⅲ型，由適線法適線，計算結(jié)果：西歲興水庫多年平均年徑流量為2 490萬m3，50%及95%的年徑流量分別為1 910萬m3和 538萬m3。

2.1.2 地下水水量分析計算

牧馬河灌區(qū)的地下水資源量計算，是以牧馬河灌區(qū)邊界線控制范圍為全部計算區(qū)，在考慮了地下水的補(bǔ)排條件和含水巖層的水文地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上以《忻州市地下水資源評價》為依據(jù)，共分為潛力區(qū)、超采區(qū)、平衡區(qū)。

地下水補(bǔ)給項包括：降雨入滲補(bǔ)給量（Q降）、側(cè)向補(bǔ)給量（Q側(cè)補(bǔ)）、河道滲漏補(bǔ)給量（Q河）、渠道滲漏補(bǔ)給量（Q渠）、灌溉入滲補(bǔ)給（渠灌）量 Q灌和灌區(qū)內(nèi)井灌回歸量（Q井）。計算結(jié)果見表2。

2.1.3 工程現(xiàn)狀供水能力

牧馬河灌區(qū)水利工程主要有西曲攔河閘壩、豆羅溢流壩和西歲興水庫三處水源工程。西曲大壩位于牧馬河干流西曲村東?？刂乒喔让娣e14.5萬畝，控制流域面積815 km2。主要建筑物有攔河大壩、攔河閘、東西沖砂閘、非常溢洪道和紅旗、國慶、五一三條干渠的進(jìn)水閘，工程建設(shè)于二十世紀(jì)六十年代，主要以引洪灌溉為主，基本無調(diào)蓄能力。豆羅溢流壩位于牧馬河干流豆羅村?？刂乒喔让娣e0.9萬畝，為團(tuán)結(jié)干渠和聯(lián)合干渠的渠首。西歲興水庫位于牧馬河干流歲興村南，控制流域面積496 km2?？値烊? 903萬m3，其中興利庫容1 560萬m3。由于近年來人類活動影響，豆羅以下牧馬河支流已斷流，50%年份汛期部分洪水已回補(bǔ)地下水。因此，西曲攔河閘壩、豆羅溢流壩的主要作用為分配西歲興水庫的來水量。灌區(qū)范圍內(nèi)水井星羅棋布，配套完好，可最大限度的提取地下水資源。

綜上所述，灌區(qū)現(xiàn)狀水利工程年供水能力5 279.55萬m3，其中地表水1 560萬m3，地下水3 719.55萬m3。

2.1.4 灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水分析

牧馬河灌區(qū)用水主要為農(nóng)業(yè)灌溉，其次為工業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、村鎮(zhèn)人畜吃水、灌區(qū)林樹用水。

（1）灌溉制度擬定：根據(jù)灌區(qū)氣候、土壤、群眾生活習(xí)慣以及水資源利用等具體情況，在對近年來灌區(qū)種植比例情況全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了遠(yuǎn)期分析、預(yù)測，經(jīng)研究特擬定種植比例見表3。

表2 灌區(qū)地下水資源量匯總表 / 萬m 3

表3 牧馬河灌區(qū)作物種植比例表 / %

（2）灌溉定額：設(shè)計灌溉定額由播前灌水定額和作物全生長期灌溉定額兩部分組成。作物全生育期灌溉定額的分析，對主要作物采用需水系數(shù)法，扣除作物生育期內(nèi)有效降雨量后進(jìn)行土壤水量平衡而得。作物播前灌水定額根據(jù)土壤持水率及播前有效降雨量確定。

（3）作物規(guī)劃產(chǎn)量及需水系數(shù)：作物規(guī)劃產(chǎn)量根據(jù)灌區(qū)調(diào)查分析確定，需水系數(shù)根據(jù)灌區(qū)試驗資料確定，其值見表4。

表4 牧馬河灌區(qū)作物規(guī)劃產(chǎn)量及需水系數(shù)

（4）有效降雨：根據(jù)灌區(qū)不同作物不同生長期在1951年至1995年共計45年的降雨資料作了系統(tǒng)的頻率分析，同時就各種作物播前和生育期分別按保證率 P＝50%和 75%兩個典型年做了有效降雨量分析計算。其降雨量有效利用系數(shù)取值及主要作物播前和生育期有效降雨見表5、表6。

（5）灌溉定額：灌溉定額經(jīng)計算后結(jié)果見表7。

（6）灌水定額確定：灌水定額通常不得超過土壤最大持水率，考慮上限含水量按最大持水率的90%計，下限含水量取最大持水率的60%，則理論計算灌水定額結(jié)果為42.9 m3/畝。

然而，根據(jù)調(diào)查測算灌區(qū)現(xiàn)行灌水定額遠(yuǎn)大于理論計算數(shù)值，其原因主要有兩點：第一，田面工程尚未完全配套，畦塊較大，且由于水源調(diào)蓄能力極低，供水沒有保證，群眾習(xí)慣仍多數(shù)采用大水漫灌；第二，水源短缺，不能適時適量澆灌，導(dǎo)致灌區(qū)輪灌期較長。所以考慮到灌區(qū)的實際情況，采用播前灌水定額為65 m3/畝，作物生育期40～45 m3/畝。

（7）灌溉制度擬定：灌水定額和灌溉定額均是在理論計算的基礎(chǔ)上，結(jié)合灌區(qū)實際情況而確定，灌水時間及次數(shù)則是根據(jù)灌區(qū)作物生育階段以及當(dāng)?shù)厝罕姷呢S產(chǎn)灌水經(jīng)驗，50%保證率情況下各作物的灌溉定額為：冬小麥240 m3/畝，高粱145 m3/畝，玉米145 m3/畝，經(jīng)濟(jì)作物225 m3/畝，瓜薯類105 m3/畝，復(fù)播160 m3/畝。

（8）灌溉水有效利用系數(shù)：灌溉水有效利用系數(shù)，包括渠系水有效利用系數(shù)和田面水有效利用系數(shù)，具體見表8。

表5 降雨量有效利用系數(shù)表

表6 各種作物有效雨量計算成果表

表7 主要作物灌溉定額（P＝50%）

表8 灌溉水有效利用系數(shù)表

（9）萬畝農(nóng)田需水量：根據(jù)以上制定的灌溉制度，求得保證率為P＝50%時，萬畝農(nóng)田凈需水量201.25萬m3。

2.1.5 灌區(qū)現(xiàn)狀水供需平衡分析

牧馬河灌區(qū)有效灌溉面積15.29萬畝，為河井雙灌區(qū)?，F(xiàn)狀15.29萬畝農(nóng)田需水量為7 326.46萬m3，項目區(qū)總?cè)丝?1萬，年生活用水250萬m3，工業(yè)用水按200萬m3考慮，年需水量7 776.46萬m3，而可引用水量為5 279.55萬m3，缺水2 496.91萬m3。

2.2 結(jié)論

通過對牧馬河灌區(qū)現(xiàn)狀水資源的平衡分析可知：在現(xiàn)有的工程設(shè)施和水源條件下不足以對灌區(qū)內(nèi) 15.29萬畝進(jìn)行實時灌溉。忻府區(qū)作為國家商品糧基地，而牧馬河灌區(qū)內(nèi)的耕地又是該區(qū)的糧食主產(chǎn)區(qū)，灌區(qū)的正常運行對促進(jìn)基地區(qū)工農(nóng)業(yè)發(fā)展有很大作用。隨著忻府區(qū)國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的不斷增長，各行各業(yè)的需水量也越來越大，區(qū)內(nèi)地下水的持續(xù)超采致使降水漏斗區(qū)域不斷擴(kuò)大，地下水儲備出現(xiàn)危機(jī)。只有通過對灌區(qū)現(xiàn)有的灌溉渠道進(jìn)行防滲處理、啟閉設(shè)施配套改造，灌溉水利用系數(shù)就可由目前的0.42提高到0.685，而幾年后農(nóng)田需水量為4 492.20萬m3，項目區(qū)總?cè)丝?1萬，年生活用水300萬m3，工業(yè)用水按400萬m3考慮，年需水量5 192.20萬m3，而可引用水量為5 279.55萬m3，余水87.35萬m3。這樣就會使灌區(qū)走上良性循環(huán)的軌道，更好的發(fā)揮其效益，不僅可使灌區(qū)水資源利用趨于科學(xué)化、合理化，而且節(jié)約的水資源可以改變下游區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，從而使水資源的可持續(xù)利用促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。