漢壽縣西湖灌區水量平衡計算

李代軍，彭 志

（1. 湖南省水利水電科學研究院，湖南 長沙 410007； 2. 漢壽縣西湖灌區管理局，湖南 常德 415915）

1 灌區概況

西湖灌區位于漢壽縣北部，沅江和澧水尾閭，洞庭湖區重點垸之一的沅澧大垸西湖垸內，屬于典型河網堤垸區，境內地勢開闊平坦，河湖港汊密布，一般地面高程在28.0～33.0 m 之間，區域內農田成塊連片，溝渠縱橫交錯。灌溉范圍覆蓋罐頭嘴、洲口、坡頭、西港4 鎮133 個行政村，受益人口17.37 萬人，設計灌溉面積39.27 萬畝，其中水田32.52 萬畝，旱地6.75 萬畝,設計灌溉保證率85%。西湖灌區主要取水水源為西湖內江（含垸內湖泊）、沅江洪道、澧水洪道和目平湖。

2 灌區需水量計算

西湖灌區需水主要由灌溉、工業、生活、農業其他需水量構成。

1）灌溉需水量。西湖灌區位于洞庭湖平原地區，區內土壤多為沉積物，有機質含量豐富，光熱和水資源豐富，適宜于各種農作物生長。灌區糧食種植作物主要是水稻，經濟作物主要是在中、晚稻收割以后套種油菜，在旱地種植棉花、蔬菜等。在計算灌區種植作物綜合灌溉定額時主要考慮水稻（包括早、中、晚稻）、油菜、棉花和蔬菜4 種作物。各作物生育期灌溉定額采用水量平衡原理分析計算，根據灌區種植結構計算歷年綜合灌溉定額，灌區多年平均綜合灌溉定額為350.5 m3/畝。

2）工業需水量。灌區內工業以農產品加工等為主，按工業用水不受豐、枯年的影響或影響很小，工業用水利用萬元工業增加值用水量指標來計算，西湖灌區工業用水總量為446 萬m3。

3）生活需水量。城鎮生活需水指標根據《湖南省地方標準用水定額》（DB43/T 388-2020）確定，小城鎮、小城市城鎮居民用水定額取145 L/人·d，集中式供水農村居民用水定額取100 L/人·d。農村養殖業用水定額統一取大牲畜為35 L/頭·d，小牲畜為15 L/頭·d，家禽1.5 L/只·d。西湖灌區生活需水總量780 萬m3，由沅泉大水廠集中供給，灌區水量平衡計算不考慮生活需水量。

4）農業其他需水量。農業其他需水量包括林、牧、漁業等需水量，林、牧、漁業及其他需水牽涉面較廣。西湖灌區漁業發達，池塘養殖面積合計8.26 萬畝，2017年漁業養殖產量4.121 萬t，總產值5.5 億元，占漢壽縣漁業總產值的46.0%。經統計灌區內各鄉鎮2008—2017 年林牧漁業需水量，分析其與灌溉用水量的比例，確定農業其他需水量取灌溉需水量的12%，西湖灌區農業其他多年平均需水量1 274 萬m3。

3 水量平衡計算

3.1 計算原則

灌區用水主要為農業灌溉用水、工業、生活及農業其他用水。灌區供水水源主要為西湖內江、沅江、澧水及目平湖。

1）首先滿足灌區人畜飲水、城鎮生活用水（灌區生活用水由沅泉大水廠供應，沅泉大水廠取水水源為沅水干流，本次計算不考慮），然后滿足工業、農業灌溉及其他用水。

2）平衡時先由西湖內江供水，不足部分由外江供水。

3）平衡計算過程采用典型年法逐旬進行計算。

3.2 灌溉水利用系數

根據湖南省水利水電科學研究院對西湖灌區灌溉水利用系數測算成果，灌區現狀灌溉水利用系數約為0.52。由于西湖灌區為提水灌溉式灌區，水源分散，輸水渠道相較于水源為水庫的灌區長度較短，隨著干支渠采取襯砌等節水措施，灌溉水利用系數將不斷提高，本次計算灌溉水利用系數取0.57，確定過程如下：

1）渠系水利用系數。渠系水利用系數的大小與渠系長度、流量大小、工程質量等有關。根據灌區各級渠道的襯砌方式，結合灌區的實際情況，干渠水利用系數取80%；支渠水利用系數取75%，西湖灌區的渠系水利系數為0.6。

2）田間水利用系數。根據節水灌溉技術規范，結合本區土壤質地、田土規劃及作物組成，田間水利用系數取0.95。

3）灌溉水利用系數。在渠系水利用系數的基礎上計入田間水利用系數，即得灌區灌溉水利用系數為0.57。

3.3 典型年選擇

以水文年降水量（4 月—次年3 月）頻率曲線為依據，選擇符合或接近設計保證率水文年降水量，并分析年內分配情況確定典型年。漢壽縣氣象站1973—2016 年降水量系列排頻計算成果如表1 所示，漢壽縣多年平均年降水量為1402.7mm，頻率P=85%年降水量為1116.5mm。

與P=85%年降水量比較接近的年份有2015.4～2016.3（1 126.6 mm）；2007.4～2008.3（1 103.2 mm）；1974.4～1975.3（1 102.1 mm）。降水年內分配如圖1 所示，降水量偏枯的年份，少雨期多集中在7—10 月，7—10 月降水對晚稻孕穗揚花、灌漿成熟影響較大，以上年份伏旱期（7—10 月）降水量如表2 所示，2015 年4 月—2016年3 月伏旱期降水量為248.0 mm，具有典型的伏旱特征，對作物生長不利，綜合考慮冬春季（12 月—次年3月）的降水量，選取2015 年4 月—2016 年3 月作為計算典型年是合理的。

表1 漢壽縣氣象站設計時段降水量（當年4 月—次年3 月）設計成果表 mm

圖1 典型年降水量年內分配圖

表2 典型年7—10 月降水量統計表 mm

3.4 西湖內江供水量計算

1）西湖內江基本情況。西湖內江及其支流岔河蜿蜒曲折貫穿整個西湖垸，河道總長131.5 km，平均寬度在50～200 m 之間。為了使灌區灌排兩利，在文蔚易家嘴和酉港偏坡攔河筑壩、建閘，將西湖內江隔分為高水內江和低水內江。

高水內江是農田灌溉的主要水源和天然灌溉渠道。高水內江西起羅家鋪閘，東至趙家河閘，加上垸內河汊及支流，全長84.25 km，平均寬50～150 m。高水內江一般不排澇，根據歷年經驗，在汛期來臨之前，調節好高水內江的水量，如果達到防洪限制水位，則通過開啟易家嘴節制閘將高水排至低水，再由坡頭泵站外排，同時通過趙家河泵站及澧水洪道、目平湖沿岸的泵站協排。高水內江灌溉主要是通過自流灌溉或建在高水內江的泵站抽水，水源為高水內江以及垸內排水渠，水量不足時通過趙家河閘從外江補水。高水內江常年平均水位29 m，相應容積3 949 萬m3；防洪警戒水位32 m，相應容積7 473 萬m3；最低水位24 m，相應容積604萬m3。從防洪警戒水位至最低水位之間的消落深度為8 m，相應的調節容積為6 869 萬m3。

低水內江是垸內漬水的主要通道，西起小港堵口，東至坡頭泵站，加上垸內河汊及支流，全長47.25 km，平均寬50～200 m。排澇時通過坡頭泵站向外河排水，抗旱主要通過關閉坡頭泵站的閘門，讓低水內江形成封閉水源，然后通過建在低水內江的泵站提水灌溉。低水內江常年平均水位26m，相應容積1 601.1 萬m3，汛期（4—9 月）起排水位26.5 m，相應容積1 869.5 萬m3，止排水位25.5 m，相應容積1 367.5 萬m3。起、止排水位之間的消落深度為1 m，相應的調節容積為502 萬m3。西湖內江的容積曲線如圖2 所示。

2）產水計算。西湖灌區當地的產水模數通過鄰近的五寶山水文站徑流資料及漢壽縣氣象站的降水資料綜合計算得到。五寶山水文站位于漢壽縣朱家鋪鎮五寶村，距離西湖灌區約28 km，控制以上流域面積145 km2，于1972 年1 月設立，1997年停測。計算選擇五寶山水文站作為灌區代表水文站，五寶山站徑流由兩部分組成，1973—1997年為實測徑流；1998—2016 年徑流由五寶山年徑流與五寶山年降水相關關系推求，以五寶山月降水查降水徑流相關關系得月徑流，并以年降水徑流相關關系推求的年徑流進行控制，再由五寶山站的旬月降水比例推求其旬徑流，最后經漢壽氣象站年降水進行逐年修正，最終得到灌區的產水模數。

西湖內江受水面積約154 km2，根據西湖灌區產水模數計算多年平均產水量1.40 億m3。西湖內江蒸發和滲漏損失按旬初容積的5‰考慮。

3）西湖內江供水量計算。西湖內江通過易家嘴節制閘分隔高水內江和低水內江，其中低水內江調節能力較低，調節容積為502 萬m3，主要作為澇水入沅水的通道。為簡化計算，僅考慮高水內江的調蓄作用，計算中起調水位為24 m，相應容積604 萬m3，起調水位24 m 至防洪限制水位32 m 之間的調節容積為6 869 萬m3。西湖內江的“庫容系數”約為0.49，相當于年調節水庫的水平，西湖內江實際年供水量根據年內的來水～用水情況通過調節計算確定。

圖2 西湖內江水位～容積曲線圖

3.5 計算成果

西湖灌區在設計保證率P=85%下的需水量為27754萬m3，其中灌溉需水量25 560 萬m3、工業需水量446萬m3、農業其他需水量1 748 萬m3。通過調節計算，西湖內江供水量10 191 萬m3，需從外江引水17 563 萬m3，西湖灌區水量平衡計算成果（P=85%）如表3 所示。

表3 西湖灌區水量計算成果表（P=85%） 萬m3

4 結 語

西湖灌區位于洞庭湖區沅澧大院，沅水、澧水、目平湖三面環繞，加之垸區內呈河網密布的西湖內江水系，灌區可利用的水資源是很豐富的。本文將西湖內江槽蓄量視為可調節的“庫容”，計算了西湖灌區的取用水量情況，可為類似圩垸灌區的水量平衡計算提供參考。