基于灌區設計中水量平衡分析

王　剛

(遼寧省沈陽市水利工程建設質量與安全監督站，沈陽 110013)

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基于灌區設計中水量平衡分析

王剛

(遼寧省沈陽市水利工程建設質量與安全監督站，沈陽 110013)

摘要：文章以遼寧省某中型灌區設計為例，簡要論述水量平衡設計中的分析和計算方法，設計中對可利用水量和需水量進行詳細分析，并得出水量平衡結論。同時灌溉制度的確定和選取應同本地區相適應，來確保水量平衡分析的正確性。

關鍵詞：灌區；水量平衡；灌溉制度；設計；分析

0引言

工程位于遼寧省沈陽市蘇家屯境內，系中型自流灌區。灌區水源主要為河水，該灌區是蘇家屯區主要糧食生產基地之一。

該灌區設計灌溉面積4 000 hm2，灌區種植作物為水稻。灌溉區域內總人口為 12 萬人，其中農業人口為 9.6 萬人，農村勞動力人口 4.2萬人。在灌溉管理上，根據遼寧省水資源調度管理的要求和本地區的特點，灌區采用大流量、高水位集中供水的灌溉方式，科學管水，適時灌溉，堅持以苗定水，杜絕重復泡田，看前堵后，防止跑水現象發生。同時，要求各受益村采取庭院育苗，必須實行旋耕，在用水之前做好田間支斗渠清淤擴寬。

本工程的研究對于中型灌區的水量平衡分析，可以起到一定的借鑒和參考作用。

1工程概況

1.1工程簡介

該灌區骨干工程大多建于20世紀50年代，至今已運行60多年。灌區共有渠首23處，包括柳壕河攔河閘1處，進水閘2處，提水泵站20處。灌區干渠全長33.5 km，支渠全長53.10 km，灌區主要配套水工建筑物65座。

灌區范圍內大部分屬于低洼易澇區，水位較高，主要靠強排。主要防洪、排澇工程有排水溝、排水閘和排水站。灌區內現有排水設施基本良好，現有排水站 7 處，裝機 43 臺，排水能力27.15m3/s，均能正常運行[1]。

灌區灌溉面積4 000 hm2，其中自流灌溉面積1 553 hm2，提水灌溉面積2 447 hm2。

1.2自然條件

灌區所在地多年平均氣溫為8.6℃，其中7月份氣溫最高，為24.7℃，1月份氣溫最低，為-10.9℃。冬季多北風、西北風，春夏多南風，最大風力8級，多年平均風速為3 m/s，最大風速為20.7m/s。區內多年平均日照為2511.7 h，多年平均凍土深度l.20 m左右。

灌區多年平均降水量為720.7mm，年內分配不均，6—9月降雨量占全年的73.05%，其中1月份降雨量最少，7月份降雨量最多。多年平均蒸發量為1659.1mm。

2灌區現狀水量平衡分析

2.1灌區可供水量

灌區可供水源包括地表水和地下水。

2.1.1灌區地表水

1)水庫供水

根據省農業用水指標可知，水田泡插期分水定額為3 300 m3/hm2，灌區設計灌溉面積為4 000 hm2，則泡田期水庫給灌區供水1 320 萬 m3[3]。

2)攔蓄上游退水

本灌區上游還有一座中型灌區，每年灌溉期間只有上游灌區灌溉完成后，水庫供水才能到達本灌區。上游灌區每年灌溉需水量為13 325 萬 m3，水庫供水1.50 億 m3，結余水量1 675 萬 m3，結余水量全部供給本灌區農業灌溉用水。

3)攔河閘蓄水

根據攔河閘庫容曲線可知閘前水位與蓄水量關系，攔河閘設計蓄水位為3.00 m，庫容330 萬 m3；死水位為1.50 m，庫容704E07m3(注：設計蓄水位和死水位高程均為相對高程)，由此可知灌區攔河閘設計蓄水量為260 萬 m3。

2.1.2灌區地下水

根據《遼寧省水資源》(遼寧省水利廳編，2006年1月出版)可知，沈陽市平原區地下水可開采模數為30.30 萬 m3/km2，該灌區設計灌溉面積為4 000 hm2，則灌區地下水可開采總量為1 212.06 萬 m3。

兩項合計灌區可供水量為6 947.06 萬 m3。

2.2灌區現狀需水量

2.2.1灌溉制度的分析與確定

1)灌溉保證率的確定

根據《灌溉與排水工程設計規范》(GB50288—99)的規定并結合遼寧省實際情況，水田灌溉保證率采用75%。

2)灌溉制度及灌溉定額的確定

以現狀灌溉制度為基礎，參照遼寧省水利勘測設計院編制的《遼寧省各種作物灌溉制度分析》中水稻灌溉制度設計中的苗期用水量、泡田期定額，設計灌區苗期用水量和泡田期用水定額，本設計水稻苗期用水量為225 m3/hm2，泡田期定額為1 950 m3/hm2。

根據《行業用水定額》(DB21/T1237—2008)農業林業灌區分區表，遼陽縣屬于Ⅱ區，水稻基準定額值為6 600 m3/hm2，根據此計算水稻毛灌溉定額。

1)斗渠口下的灌溉定額

mijk=m0×K1i×K2j×K3k×K4+M

(1)

式中：mijk為斗渠口以下灌溉定額，包括凈灌溉定額、斗渠口及以下渠系輸水損失和田間損失組成；m0為基準定額(m3/667m2)；K1i為工程類型調節系數；K2j為水源類型調節系數；K3k為灌區規模調節系數；K4為附加用水調節系數；M為新開發的鹽堿地洗鹽用水定額。

2)取水口以下灌溉定額

(2)

式中：m為取水口以下灌溉定額，m3/hm2；ηl為斗渠口以上輸配水效率。

3)灌溉水利用系數

按《灌溉與排水工程設計規范》(GB50288—99)中要求，規劃中型水稻灌區田間水利用系數不宜低于0.95；渠系水利用系數≥0.65。該灌區的土質基本為黏土，部分為砂壤土。

考慮灌區渠道防滲護砌后滲透量減少，又考慮灌區改造后管理水平和渠系建筑物工程配套率提高，且參照國內已有資料確定該灌區的田間水利用系數、渠系水利用系數，則灌區現狀灌溉水利用系數為0.55，改造后灌溉水利用系數為0.62[3]。

根據以上分析計算得出：現狀水稻毛灌溉定額為14860.8 m3/hm2，改造后水稻毛灌溉定額為13 209.6 m3/hm2。

4)用水模數

水田用水最大值發生在泡田期，用水模數公式為：

(3)

式中：t為泡田日數。本灌區只能待上游灌區泡田后，才能給本灌區供水，因此泡田期是用水最緊張的時期，此時灌溉時間短，為了保證泡田、插秧期工作正常進行，灌區多采用大流量灌溉方式，泡田期灌溉時間為6.5 d。

經計算：q=34.65 m3/s/萬hm2。

2.2.2灌溉需水量

灌區現狀灌溉作物水稻面積4 000 hm2，人口12萬人，大牲畜3450頭，小牲畜8.9萬頭。

1)農業灌溉用水量

灌區灌溉水田4 000 hm2，毛灌溉定額為14 860.8 m3/hm2。農業灌溉用水5944.32 萬 m3，水源來自地表水和地下水。

2)城鄉生活用水量

灌區現有人口12萬人，用水定額75L/人·d，年用水量328.50 萬 m3，全部取用地下水。

3)牲畜用水量

灌區現有大牲畜3450頭，用水定額100L/頭·d。小牲畜8.9萬頭，用水定額15L/頭·d，合計年用水量61.32 萬 m3，全部取用地下水。

2.3現狀水資源供需平衡

現狀可供水量為6947.06 萬 m3>需水量6334.14 萬 m3，供水滿足要求。現狀水平年需水量平衡分析見表1。

表1　現狀水平年需水量平衡分析成果表　萬m3

3灌區改造后供需平衡分析

3.1改造后可供水量

工程改造后，灌區可供水量與改造前一致。

3.2改造后需水量

灌區設計灌溉面積4 000 hm2，本次改造后，改善灌溉面積1 167 hm2，恢復自流灌溉面積180 hm2。灌區改造部分灌溉水利用系數由0.55上升至0.62，水田毛灌溉定額由14 860.8 m3/hm2降為13209.6 m3/hm2，預測到2015年，農業灌溉需水量為5 721.96 萬 m3，生活用水和牲畜用水與改造前保持一致，用水量為389.82 萬 m3。

3.3改造后水資源供需平衡分析

灌區改造后可供水量為6947.06 萬 m3>需水量6111.78 萬 m3，滿足灌區用水要求。設計水平年需水量平衡分析見表2。

表2　設計水平年需水量平衡分析成果表　萬m3

由上表可知，灌區改造后節約水量6334.14-6111.78 = 222.36 萬 m3。

4結語

1)灌區水量平衡分析設計中，可利用水源要考慮地表水和地下水，需水量要考慮農業灌溉用水、城鄉生活用水、牲畜用水和其他用水，以保證灌溉區域內水資源平衡。

2)設計中應注意灌溉制度的選取，灌溉制度的確定結合當地實際情況、實驗結論和相關規范，選取的數值應同本地區相適應，來確保水量平衡分析的正確性。

因此，文章在灌區設計中水量平衡分析方面，可以起到一定的借鑒和參考作用。

參考文獻：

[1]中華人民共和國建設部.GB50288—99灌溉與排水工程設計規范[S].北京：中國計劃出版社，1999.

[2]中華人民共和國建設部.DB21/T1237—2008行業用水定額[S].沈陽：遼寧科學技術出版社，2009.

[3]遼寧省水利廳.遼寧省水資源[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，2006.

中圖分類號：S274.1

文獻標識碼：B

[作者簡介]王剛(1982-)，男，遼寧沈陽人，工程師。

[收稿日期]2015-09-28

文章編號：1007-7596(2016)01-0020-03