灌區水資源供需水量平衡分析

2015-12-30 07:56:00劉海娟

水利技術監督 2015年5期

劉海娟

（新疆瑪納斯河流域管理處，新疆石河子 832000）

灌區水資源供需水量平衡分析

劉海娟

（新疆瑪納斯河流域管理處，新疆石河子 832000）

以新疆瑪納斯河流域的東岸大渠過河涵洞段為研究對象，闡述了過河涵洞現狀及存在問題，對東岸大渠過河涵洞段進行了水資源供需水量平衡分析。

水資源；供需平衡；灌區；效率

灌區是新疆地區經濟發展的重要基礎，研究灌區供需水量平衡對農業用水安全和可持續發展具有重要意義。水資源供需水量平衡研究是在區域水資源協調的基礎上，建立合理的數學模型，利用水資源供需平衡方程并選擇合理的求解方法進行計算灌溉水利用系數［1-2］。水資源供需水量平衡模型按照市場經濟和可持續發展戰略的要求，以保證供水量為目的，并維護、改善當地的環境，提高灌溉用水利用率［3-4］。

1 過河涵洞現狀及存在問題

東岸大渠8km過河涵洞從東岸大渠引水，穿過瑪納斯河，投入石河子總干渠。涵洞始建于1959年，設計流量23m3/s，涵洞斷面形式為2孔拱形，涵洞凈高2.5m，凈寬2.7m，結構為漿砌石結構。過河涵洞位于五級電站尾水渠 0+735m處，橫穿東岸大渠、瑪納斯河，涵洞分為兩段，第一段穿過東岸大渠段長約30m；第二段穿過鐵路導流堤，橫穿瑪納斯河段長約630m，兩涵洞之間以127m長明渠相接，涵洞穿越瑪納斯河后，投入石河子總干渠，跨瑪納斯河進口現狀見圖1。

圖1 過河涵洞跨瑪納斯河進口現狀

跨河涵洞經過近 50年的運行，已經出現了工程老化、卵石松動、剝落、渠道淤積等現象，主要存在以下問題。

（1）原設計流量 23m3/s，實際過流 8～9m3/s，不能滿足兵團第八師的供水要求。

（2）管理單位每年需投入100多萬元資金和大量的人力物力進行維護，維修管理極為不便。

（3）跨瑪納斯河段的涵洞頂部已經被沖出，涵洞下游的河床已經被下切成了1～2m的陡坎，且隨著時間的推移，下切的深度在加大，其安全已經受到嚴重的威脅。

2 過河涵洞項目區供需水量分析

2.1 灌溉利用系數計算

灌溉水利用系數為［5］:

式中:ηS為渠系水利用系數；ηf為田間水利用系數。

項目區的計算節點為東岸大渠8+000m的節制分水閘處，在保證率為75%的情況下，引水口年可分配水量1.00億 m3。由于項目區引水口下游有水庫，故項目區的供水不足部分由地下水補充。項目區的人畜用水主要利用地下水，可用于農業灌溉的地下水為1200萬m3。項目區控制灌溉面積30萬畝，至設計水平年不變，種植結構形式也不變，表1給出了項目區作物面積及灌溉方式。

表1 項目區作物面積及灌溉方式

灌溉水利用系數由渠系水利用系數、田間水利用系數等綜合確定。渠系水的利用率根據灌區實際情況確定。現狀年項目區總干、干、支、斗、農各級渠道的渠系水利用系數分別為0.92、0.93、0.92、0.94、0.95。根據田間灌溉水平、灌溉技術、土地平整及管理水平等確定現狀年灌區田間水利用系數為0.91。灌區綜合灌溉水利用系數為0.65。表2給出了項目區各水平年灌溉水利用系數表。

2.2 設計流量計算

為緩解沙灣縣的缺水矛盾，滿足沙灣縣瑪納斯河灌區農業生產和經濟的可持續發展，2006年對頭孚干渠進行了更新改造。目前頭孚干渠從瑪納斯河直接引水，東岸大渠8km過河涵洞所控制的面積由55萬畝減少至 30萬畝。根據灌區 2015的灌水率和渠道控制的灌溉面積、灌溉水利用系數，計算渠道設計流量，渠道設計流量Q為:

表2 項目區各水平年灌溉水利用系數

式中:q為設計灌水率（m3/s.萬畝），本次計算取0.31 m3/s.萬畝；A為渠道控制的灌溉面積（萬畝），取 30萬畝。η為續灌渠道至田間的灌溉水利用系數。

根據以上公式計算出渠道的設計流量為14.3m3/s，加大流量為18m3/s。其中0+000m～0+514m段兼為東岸大渠的退水，其退水流量為40m3/s。為了檢修 9#閘和10#閘之間的渠道，渠道的設計流量為65m3/s。

2.3 灌溉需水量計算

農業灌溉用水量與作物種植結構、灌溉面積、灌溉方式、灌溉定額及灌溉水利用系數等多種因素有關［6］。通過計算，項目區農業年需水量為13089.58萬m3，各農作物每月需水量情況見表3。

表3 項目區各種作物灌溉需水量單位:萬m3

2.4 水資源供需平衡分析

本次供需平衡分析采用P=75%來水過程進行分析計算，以年供需水量為基礎，對供需水進行綜合平衡。以不同的灌溉類型進行分層平衡，農業灌溉（含灌溉生態用水）主要利用水庫水、河水平衡，不足部分開采地下水；灌區內人工生態用水包含在灌區林草業需水量中，自然生態主要利用河道棄水及洪水進行灌溉，不參與供需平衡表分析。項目區年缺水1557.87萬m3，項目水資源供需平衡見表4。