灌區(qū)灌溉多水源可利用量計(jì)算探討

□任 影 □張 嘉 □胡琪坤

（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

0 引言

農(nóng)業(yè)占據(jù)我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要地位，灌區(qū)則是承載農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要場(chǎng)所。水資源短缺，水資源時(shí)空分布不均等問(wèn)題阻礙了我國(guó)各地社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，制定、實(shí)施水資源可持續(xù)發(fā)展措施迫在眉捷。灌區(qū)水源水量和水質(zhì)控制著灌區(qū)農(nóng)業(yè)命脈，目前，我國(guó)灌區(qū)缺水、多種水源配置不均衡、水污染等水源問(wèn)題比較突出，亟待解決，為確保灌區(qū)水資源可持續(xù)利用，文章引出灌區(qū)灌溉多水源可利用量計(jì)算的研究。

1 灌區(qū)灌溉多水源可利用量基本理論

1.1 灌區(qū)灌溉水源可利用量的概念和內(nèi)涵

用于灌溉的天然降雨、地表儲(chǔ)蓄水、地下儲(chǔ)蓄水和經(jīng)過(guò)現(xiàn)代技術(shù)處理達(dá)到灌溉標(biāo)準(zhǔn)的其它灌溉水源統(tǒng)稱為灌溉水源。灌溉水源主要分布于河湖、水庫(kù)、地下含水層等，通過(guò)自然降雨和人工蓄、引、提的方式提取，分布地域廣泛，分類情況復(fù)雜，文章將灌區(qū)灌溉水源分類為：有效降雨，地表水源，地下水源，外流域調(diào)水，中水。

灌區(qū)灌溉水源可利用量概念：在可預(yù)見(jiàn)期內(nèi),灌區(qū)能夠同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境兩項(xiàng)功能，通過(guò)合理的經(jīng)濟(jì)措施、可行的技術(shù)措施，灌區(qū)水源采取合理配置后，農(nóng)業(yè)灌溉可以一次性利用的最大水量。

灌區(qū)灌溉水源不斷循環(huán)更新，其可利用量具有時(shí)空、水環(huán)境、技術(shù)、可持續(xù)、動(dòng)態(tài)化、多元化等水資源內(nèi)涵。

1.2 灌溉水源可利用量計(jì)算原則

灌區(qū)灌溉水源可利用量計(jì)算遵循高效、公平和可持續(xù)利用的原則，定性分析灌區(qū)多種水源，不同時(shí)空下的多種功能，以灌區(qū)為系統(tǒng)估算方法定量計(jì)算灌溉用水。

1.2.1 水資源可持續(xù)利用的原則

結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y料，深入調(diào)查研究灌區(qū)氣候、地形地貌、水利設(shè)施和水資源狀況，評(píng)估灌區(qū)水源合理利用的最大開(kāi)發(fā)潛力，結(jié)合水源的多種功能，合理配置農(nóng)業(yè)灌溉用水可利用量，保證灌區(qū)水資源可持續(xù)利用。

1.2.2 因地制宜的原則

不同地區(qū)自然條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r迥異，相應(yīng)制約著不同地區(qū)水生態(tài)、灌溉工程和灌溉技術(shù)等多種灌溉條件。因此，選擇灌溉水源和計(jì)算方法需遵循因地制宜，因時(shí)而異的準(zhǔn)則，最終保證灌溉水源可利用量計(jì)算的準(zhǔn)確性和合理性。

2 灌區(qū)灌溉水源可利用量計(jì)算模型

2.1 有效降雨

實(shí)時(shí)估算法和經(jīng)驗(yàn)公式法是推斷有效降雨量的主要方法，實(shí)際應(yīng)用中，我們通常采用經(jīng)驗(yàn)公式法，如下：

式中：pe—有效降雨量，mm；p—一次降水量，mm；δ—一次降水的有效利用系數(shù)。一般應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)資料確定，在無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，一般技術(shù)資料對(duì)建議采用下列數(shù)值，當(dāng)p<5mm時(shí)，δ=0；當(dāng)P=5～50mm時(shí)，δ=1.00；當(dāng)p>50mm時(shí)，δ=0.80～0.70。

2.2 灌區(qū)地表水灌溉可利用量

結(jié)合區(qū)域水量平衡理論原理，本次研究灌區(qū)灌溉地表水源可利用量的計(jì)算，采用扣損法，計(jì)算模型如下：

式中：Wu—灌區(qū)灌溉地表水源可利用量，m3；Ws—灌區(qū)地表水資源量，m3；Wr—灌區(qū)河道生態(tài)需水量，m3；Wa—灌區(qū)汛期棄水量，m3；Wd—灌區(qū)工業(yè)耗水量，m3；Wi—灌區(qū)生活耗水量，m3；Wn—灌區(qū)不滿足灌溉要求的水量，m3。

2.3 灌區(qū)地下水灌溉可利用量

含水層水文地質(zhì)條件研究程度較高的地區(qū)多年平均實(shí)際開(kāi)采量，水位動(dòng)態(tài)特征觀測(cè)系列資料較為齊全，進(jìn)行地下水評(píng)價(jià)一般可開(kāi)采系數(shù)法，如我國(guó)華北諸省，其計(jì)算公式為：

式中：Wh—灌溉地下水可開(kāi)采量，m3；Wg—地下水資源總量，m3；ρ—可開(kāi)采系數(shù)；η—灌溉地下水可利用系數(shù)。

2.4 外流域調(diào)水灌溉可利用量

選取灌區(qū)附近的水文站，根據(jù)實(shí)測(cè)徑流資料計(jì)算入灌區(qū)農(nóng)灌水量、出灌區(qū)農(nóng)灌水量。由渠系、灌溉設(shè)施及作物種植情況計(jì)算外流域調(diào)水灌區(qū)內(nèi)損失量，輸水損失和灌溉損失。計(jì)算模型如下：

式中：WW—灌溉可利用外流域調(diào)水量，m3；WX—外流域引用灌溉調(diào)水總量，m3；Wz—出灌區(qū)農(nóng)灌水量；Wy—外流域調(diào)水灌區(qū)內(nèi)損失量,m3；Wz1—調(diào)水渠道滲漏；Wy2—調(diào)水灌溉滲漏，m3；Wy3—調(diào)水蒸發(fā)量，m3；Wy4—作物需求水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的水量，m3。

2.5 灌溉中水可利用量

處理灌區(qū)內(nèi)的各種廢水，使之達(dá)到灌溉標(biāo)準(zhǔn)并用于灌溉，即是灌溉中水時(shí)空分布特點(diǎn)，夏秋較多，冬春較少；區(qū)域分布特點(diǎn)，水源豐富，污水處理廠數(shù)量較多、處理污水能力較強(qiáng)的區(qū)域中水量較為可觀。

其計(jì)算模型概化如下：

式中：Wk—灌溉中水回用量，m3；W1—灌區(qū)產(chǎn)污量，m3；μ—處理達(dá)標(biāo)率；β—灌溉中水回用率。

3 典型灌區(qū)模型應(yīng)用

3.1 灌區(qū)概況

人民勝利渠灌區(qū)位于河南省北部，南臨黃河，北毗衛(wèi)河，屬于黃河、沁河沖積平原，灌區(qū)灌溉面積990km2。

灌區(qū)內(nèi)沒(méi)有典型蓄水建筑物，灌溉水源主要是自然降雨、地下水和黃河水。自開(kāi)灌以來(lái)，忠義灌溉試驗(yàn)場(chǎng)就記錄了灌區(qū)詳細(xì)的多年連續(xù)降水資料，多年平均降雨量617mm，但季節(jié)分配不均，不能滿足灌區(qū)作物需水量要求。

灌區(qū)上游條件便利，配套條件好，主要使用引黃水，如西一新鄉(xiāng)市區(qū)、東三灌區(qū)延津縣石婆固、位丘；中游引水配套條件相對(duì)上游粗放，井灌條件較好，引黃水使用量小，地下水開(kāi)采量大，如白馬支渠翟坡鎮(zhèn)、七里營(yíng)鎮(zhèn)；下游距引水口較遠(yuǎn)，引黃設(shè)施不經(jīng)濟(jì)，主要采取井灌，如東一干渠下游大張莊、泰村營(yíng)。根據(jù)灌區(qū)灌溉水源分布情況，將灌區(qū)劃分為渠灌區(qū)，井渠結(jié)合區(qū)，井灌區(qū)，分別計(jì)算各分區(qū)灌溉水源可利用量。

3.2 灌區(qū)各水源灌溉可利用水量

3.2.1 自然降雨

分析灌區(qū)2004-2014年的降水資料，確定出不同水文年分別為：濕潤(rùn)年653.21mm，平均年602.85mm，中旱年564.77 mm，干旱年513.63mm。

結(jié)合灌區(qū)每種作物各個(gè)生長(zhǎng)期降水及其對(duì)應(yīng)降水有效利用系數(shù)，計(jì)算出灌區(qū)各分區(qū)有效降雨量，見(jiàn)表1。

表1 灌區(qū)各分區(qū)有效降雨量表

3.2.2 地下水灌溉可利用量

灌區(qū)地下水補(bǔ)給源主要包括降雨和引黃灌溉滲漏量，淺層水蒸發(fā)是主要排泄途徑，考慮不同分區(qū)農(nóng)灌開(kāi)采系數(shù)，計(jì)算出地下水農(nóng)灌可開(kāi)采量，見(jiàn)表2。

表2 灌區(qū)不同頻率年地下水灌溉可開(kāi)采量表

3.2.3 引黃水灌溉可利用量

黃河水是人民勝利渠灌區(qū)的惟一地上水源，引黃灌溉過(guò)程中，損失主要包括各級(jí)輸水渠道渠底、邊坡滲漏的水量，田間滲漏和損失喪失。結(jié)合資料，灌區(qū)渠系灌溉水利用系數(shù)是0.49，計(jì)算出灌區(qū)引黃灌溉可利用量，見(jiàn)表3。

表3 灌區(qū)灌溉引黃水可利用量表

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨著灌區(qū)觀測(cè)資料、水利設(shè)施和模型研究的不斷發(fā)展，灌溉水源可利用量研究必然會(huì)不斷更新，不斷趨于成熟。但是，灌區(qū)面積的不斷擴(kuò)大，水資源問(wèn)題的不斷加劇，使得灌區(qū)多水源可利用量的理論研究依舊會(huì)更加復(fù)雜、艱巨。建議投入更多力量，較快豐富灌區(qū)灌溉多水源可利用量計(jì)算方面研究，進(jìn)一步提升灌區(qū)節(jié)水灌溉水平，保證灌區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展。

[1]潘紅衛(wèi).灌區(qū)水資源合理配置與高效利用研究[D].華北水利水電學(xué)院，2011.

[2]張戈，井鋒，關(guān)卓.大連市中水回用淺析[J].太原師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，8（3）：99-102.