灌區續建配套與節水改造項目水資源供需平衡分析

張 磊 楊 興 任澤垠

（1南陽市水利建筑勘測設計院；2河南靈捷水利勘測設計研究有限公司）

1 灌區概況

1.1 項目背景

南陽是糧食核心區，鴨河口灌區是糧食安全的水源基礎設施。灌區自1970 年開灌以來，為南陽國民經濟發展發揮了巨大作用。為發展節水型農業，建設節水型社會，1998年國家對大型灌區進行了以節水為中心的技術改造。2010 年《中共中央國務院關于加快水利改革發展的決定》提出“到2020 年，基本完成大型灌區、重點中型灌區續建配套和節水改造任務”。

在水資源合理利用方面，鴨河口灌區現狀灌溉水利用系數普遍偏低，要解決農業灌溉缺水問題，節水和水資源高效利用將是解決水資源供需矛盾的根本措施。提高灌區水資源利用效率不僅可以滿足日益增長的農業灌溉用水要求，而且有助于緩解水資源供需矛盾。

1.2 灌區范圍和建設規模

鴨河口灌區位于東經112°39’～112°54’，北緯32°27’～33°09’。在唐河、白河之間，南北長100 km，東西寬20～30 km，灌區總面積約25×104hm2，設計效益南陽市方城、社旗、唐河、新野、宛城五縣區共計15.88×104hm2耕地。灌區續建配套和節水改造主要以骨干渠道防滲襯砌為中心，重點解決灌區骨干渠道節水改造問題，增加節水面積，提高渠系水利用系數，達到充分利用水資源、提高水的利用率。

2 灌區氣象及徑流

2.1 灌區氣象

灌區屬于北亞熱帶季風型大陸氣候，年均降雨量802.90 mm，雨量年內分配不均，汛期雨量較多而且集中，常以暴雨形式出現，約占全年雨量的60%，其余時期雨量較少而且分散。灌區徑流包含鴨河口水庫入庫徑流，灌區內徑流以及唐河、白河引水口以上的區間徑流。

2.2 鴨河口水庫

鴨河口水庫是一座以防洪、灌溉、工業及城市用水為主，結合發電、水產養殖等綜合利用的大（1）型水利樞紐工程。水庫建成于1959年，總庫容13.39×108m3。鴨河口水庫多年平均天然徑流量110 396×104m3，扣除上游中小型水庫年用水量3 079×104m3，多年平均實測入庫年徑流量為10 7317×104m3。對鴨河口水庫年徑流系列進行頻率計算，多年平均徑流量107 317×104m3，75%入庫徑流量為68 683×104m3。由鴨河口水庫興利調節計算結果可知，現狀年年平均調節利用水量為71 433×104m3，規劃年年平均調節利用水量為74 098×104m3。

2.3 灌區內徑流量

灌區總面積24.28×104hm2，平均徑流深280 mm，則多年平均徑流量為67 984×104m3，75%年份徑流量為38 071×104m3。

2.4 白河、唐河引水口以上徑流量

2.4.1 南陽市白河橋頭引水工程

白河橋頭引水工程渠首以上匯流面積5.381×104hm3，中等旱年區間水量（不計灌溉回歸水）按《河南省水文圖集》用徑流深等值線圖法計算為1 750×104m3，見表1。

表1 白河引水量表

2.4.2 郭灘提灌站

唐河郭灘提灌站控制流域面積6.88×104hm2，多年平均流量54 m3/s，灌水期可用水量3 000×104m3，提水灌溉潛力較大，可灌溉白桐二分干渠尾部的灌溉范圍。

2.4.3 新野工農渠

在新野縣桐樹站的白河干流上，原有工程自原“工農渠”引水至焦店匯入白桐三分干，主要引用南陽市以下7.20×104hm2的區間徑流，年均徑流量7 630×104m3，灌區可用水量為5 100×104m3，可為白桐三分干四支口以下的灌區0.95×104hm2補充供水。

3 灌區水資源供需平衡分析

3.1 灌區規劃情況

灌區原規劃保證率為80%，規劃在2005年灌溉水利用系數為0.50，2015 年灌溉水利用系數0.65；2005 年規劃可灌溉面積14.21×104hm2，2015 年規劃可灌溉面積15.88×104hm2；2005 年80%保證率時凈綜合灌溉定額為4 039.50 m3/hm2，2015年80%保證率時凈綜合灌溉定額為4 309.50 m3/hm2。鑒于南陽市屬于半干旱、半濕潤地區，以旱作為主，灌溉保證率采用75%。

3.2 灌區用水總量控制

3.2.1 可供水量

可供水量包括：鴨河口水庫可用水量、地下水量、區間可用徑流量和灌區回歸水利用。

①鴨河口水庫入庫徑流：鴨河口水庫75%入庫徑流量為68 683×104m3。鴨河口水庫興利調節計算，現狀年年平均調節利用水量為71 433×104m3，規劃年年平均調節利用水量為74 098×104m3。

②地下水：灌區內白河與溧河之間地下水儲量較豐富，唐河干流沿岸地下水儲量也較豐富。補給來源主要是天然降水及河流側向補給，經計算地下水儲量為27 900×104m3。灌區地下水可采量按儲量的80%計，即地下水可用水量為22 320×104m3。

③區間徑流利用量：南陽市白河橋頭引水工程灌水期可用水量1 750×104m3，郭灘提灌站有效提水量1 900×104m3。

④灌區回歸水利用：鴨河口水庫灌溉季節多為日夜供水，灌溉水回歸匯入河溝，或通過下滲補給地下水再滲入河溝，灌區回歸水與作物需水時間同步，成為灌區下游渠道的補充水源。灌區目前已修建29處回歸水利用工程，引水流量37.41 m3/s，供水水量為16 970×104m3。

由以上計算，灌區可利用水量為111 623×104m3。

3.2.2 需水量

需水量包括灌區生活用水、工業用水、城市用水和生態景觀用水。

①灌區人畜生活用水：灌區總人口165.50×104人，其中農業人口143.82×104人。灌區人畜用水量見表2。

表2 灌區人畜規劃用水量表

②工業用水：工業用水包括鄉鎮企業用水和鴨河口火電廠用水。灌區灌溉范圍5 個縣區35 個鄉鎮，2011 年鄉鎮企業總產值123.88億元。根據典型鄉鎮企業用水調查，企業用水量最小。鴨河口火電廠一期裝機規模2×35×104kW，二期裝機規模2×60×104kW，三期裝機規模2×100×104kW，年耗水量3 900×104m3，按時程均勻分配。工業用水量見表3。

表3 灌區工業用水表

③城市用水：城市供水系統包括公共供水和自建設施供水。城市公共供水系統現有水廠5 座，全部取用地下水，水源井89 眼，現供水能力19.40×104m3/d。自備井供水系統共有自備水源井300 多眼，設計供水能力12.50×104m3/d，實際供水能力8.80×104m3/d。南陽市四水廠已經建成。選用鴨河口水庫作為供水水源，設計供水能力25×104m3/d，工程分兩期實施，一期工程15×104m3/d，二期工程10×104m3/d?，F狀能力為每年4 200×104m3。南陽天冠乙醇從灌區取水2 193×104m3?，F狀水平年城市用水合計9 605×104m3。到設計水平年2020年城市用水考慮用南水北調中線引水工程直接供水，不再從鴨河口水庫取水。

④生態景觀用水：南陽市白河濕地公園內已建成了五級橡膠壩工程，年需補水3 200×104m3。灌區河道生態用水，鴨河口水庫多年平均徑流量107 317×104m3，河道內生態用水取多年平均流量的10%，可得每年河道生態用水量為10 732×104m3。因此，生態景觀每年用水量合計為13 932×104m3。

3.2.3 灌區可供水量與需水量

各水平年灌區農業灌溉可用水量與需水量見表4。

表4 各水平年灌區可用水量表 單位：104m3

3.3 灌溉定額及灌區需水量分析

3.3.1 綜合凈灌溉定額和設計典型年

2018年水平年復播指數為185%，其中秋播85%以冬小麥為代表作物，春播30%以棉花為代表作物，夏播以玉米55%、水稻15%為代表作物。根據1963—1998年各種主要作物的灌溉制度和設計水平年的復播指數，計算歷年綜合灌溉定額，計算公式為：

m凈，綜=α1M1+α2M2+α3M3+α4M4（1）

式（1）中，m凈，綜為綜合凈灌溉定額，m3/hm2；M1、M2、M3、M4為第一種、第二種、第三種、第四種作物在某年的灌溉定額，m3/hm2；α1、α2、α3、α4為第一種、第二種、第三種、第四種作物在某年占全區灌溉面積比例。

設計水平年的多年綜合灌溉定額計算成果：對2018 年的m凈，綜進行排頻分析，多年平均綜合凈灌溉定額m凈，綜=3 184.50 m3/hm2。

3.3.2 多年平均綜合凈灌溉定額成果分析

多年平均綜合凈灌溉定額成果分析見表5。

表5 多年平均綜合凈灌溉定額成果對比表

3.3.3 灌區需水量分析

根據以上結果對比分析，選取鴨河口灌區續建配套與節水改造規劃的灌溉定額成果。根據灌區規劃，保證率75%，現狀年份灌溉水利用系數為0.53，灌溉面積為10.67×104hm2；“十二五”規劃期間近期水平年灌溉水利用系數0.58，規劃灌溉面積14.03×104hm2；“十三五”規劃期間近期水平年灌溉水利用系數0.65，規劃灌溉面積15.88×104hm2。

現狀年份灌區需水量為64 091×104m3；近期水平年灌區需水量為77 014×104m3；遠期水平年灌區需水量為77 767×104m3?，F狀年份灌區需水量64 091×104m3小于灌區可用水量77 063×104m3，則灌區灌溉用水能充分保證，現狀年綜合凈灌溉定額為3 184.50m3/hm2。

“十二五”規劃水平年灌區需水量77 014×104m3小于灌區可用水量85 724×104m3，則灌區灌溉用水能充分保證，近期水平年綜合凈灌溉定額為3 184.50 m3/hm2?！笆濉币巹澦侥旯鄥^需水量77 767×104m3小于灌區可用水量81 810×104m3，則灌區灌溉用水能充分保證，遠期水平年綜合凈灌溉定額為3 184.50m3/hm2。

4 項目完成后供需水平衡分析

根據灌區保證率75%，“十二五”規劃期間近期水平年灌溉水利用系數0.58，灌溉總面積為14.03×104hm2；“十三五”規劃期間近期水平年灌溉水利用系數0.65，灌溉總面積為15.88×104hm2，項目完成后，水平年供需水情況見表6。

表6 項目完成后供需水平衡分析表 單位：104m3

表中2015-2018 年城市用水將直接從南水北調中線工程引水，不再考慮從灌區供水；環境用水包括景觀用水和河道生態用水。

南陽市鴨河口灌區在灌溉保證率75%情況下，2011 年、2015年和2018年需水量分別為10 1401×104m3、10 8328×104m3和11 2995×104m3，其中農業灌溉用水占總用水量的63%～71%?？晒┧繛轼喓涌谒畮旃┧?、地下水、可利用的區間徑流、灌區回歸水，分別為114 373×104m3、117 038×104m3和117 038×104m3，其中鴨河口水庫供水量占總供水量的63%，水庫供水量、可利用的區間徑流和灌區回歸水利用量完全有保證。

5 結語

在大型灌區續建配套與節水改造項目水資源供需平衡分析中，由于灌區灌溉面積大，水庫綜合利用供水用途多，應采用多水源進行綜合論證分析，在灌區節水灌溉的前提下，能夠滿足在灌溉保證率情況下灌區需水量。地下水作為灌區補充水源，可提供人畜生活用水、鄉鎮企業用水和少量灌溉用水，全灌區供需水量是平衡的。