南疆地區(qū)沙雅縣渭干河供需水平衡分析

新疆兵團勘測設(shè)計院(集團)有限責(zé)任公司 趙衛(wèi)東

一、引言

灌區(qū)工程建設(shè)對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義[1]。早期灌區(qū)粗放式管理水利用系數(shù)下降，造成水資源的嚴重浪費，高效節(jié)水工程建設(shè)是十分必要的[2-3]。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，作物種植結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，灌區(qū)改造過程中供需水平衡分析是十分重要的。結(jié)合渭干河灌區(qū)工程，分析灌區(qū)供需水特征。

目前渭干河灌區(qū)已建成平原反調(diào)節(jié)水庫3座，調(diào)節(jié)庫容共計540.5萬m3，渭干河龍口引水樞紐1座，形成渭干河總干渠、各縣總干渠及由其配套的干、支、斗、農(nóng)輸配水體系。

二、用水總量控制

（一）地表水

規(guī)劃年灌區(qū)85%頻率來水進行平衡，85%頻率可引水量6.2億m3。

（二）地下水

規(guī)劃年農(nóng)業(yè)地下水開采量執(zhí)行用水總量控制方案相應(yīng)指標。地下水可供水量4507 萬 m3。

三、需水量計算

（一）種植結(jié)構(gòu)

灌溉面積，據(jù)水利普查成果分析沙雅縣渭干河灌區(qū)涉及6鎮(zhèn)、2鄉(xiāng)、1農(nóng)場，總灌溉面積113.63萬畝。

（二）灌溉水利用系數(shù)

渠系水利用系數(shù)：

1.理論計算及分析

沙雅縣渭干河灌區(qū)渠系包括引水渠系和灌溉輸配水渠系。引水渠系包括渭干河總干渠、沙新總干渠、沙雅總干渠；灌區(qū)內(nèi)輸配水渠系包括灌區(qū)內(nèi)的干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠。現(xiàn)狀年η總干、η干-農(nóng)渠采用沙雅縣水管單位提供值。

（1）引水渠系

①渭干河總干渠（含沙新總干渠）

渭干河總干渠及沙新總干渠全長2.869km，設(shè)計流量200m3/s～121m3/s，主要承擔(dān)庫、沙、新三縣農(nóng)業(yè)灌溉用水量，渠道運行多年，原襯砌的砼板破損、凍脹現(xiàn)象嚴重，該渠道計劃2017年進行續(xù)建配套改造。

現(xiàn)狀年渭干河總干渠水利用系數(shù)值采用沙雅縣水管單位提供值0.93。

根據(jù)土壤滲透系數(shù)（取值為3.4）、土壤透水性指數(shù)（取值為0.5）、凈流量（200-121m3/s），計算規(guī)劃年水利用系數(shù)為0.99。考慮到該渠道斷面大、水面寬，同時工程所在地氣候干燥、降水稀少，蒸發(fā)強烈，綜合上述因素在理論計算值基礎(chǔ)上考慮3—4%水量損失率，確定規(guī)劃年水利用系數(shù)η0=0.95。

②沙雅總干渠

現(xiàn)狀年沙雅總干渠水利用系數(shù)值采用沙雅縣水管單位提供值0.89。沙雅總干渠起點接沙新總分水閘，全長約49km，沿途經(jīng)過新和縣至沙雅縣，設(shè)計流量59.1m3/s。根據(jù)地勘資料，依據(jù)規(guī)范確定干渠前2.7km的K和m分別取3.4、0.5，干渠2.7km以后的K和m分別取2.65、0.45。通過計算規(guī)劃年渠道水利用系數(shù)0.964，考慮蒸發(fā)損失因素，規(guī)劃年渠道水利用系數(shù)0.93。

（2）灌區(qū)內(nèi)渠系水利用系數(shù)

①干渠

灌區(qū)內(nèi)的多數(shù)干渠長度在6～11km，流量1～7.5m3/s；選取較重要且具有代表性的紅旗鎮(zhèn)阿東墩干渠作為典型渠道進行水利用計算。阿東墩干渠長11.8km，選線后長度9.2km，K和m分別取2.65和0.45，不考慮地下水影響。通過計算規(guī)劃年渠道水利用系數(shù)0.98。

在理論值基礎(chǔ)上考慮蒸發(fā)損失因素，規(guī)劃年渠道水利用系數(shù)0.94與《新疆阿克蘇地區(qū)渭干河灌區(qū)沙雅縣骨干工程節(jié)水改造可研報告》(2016年12月)中渠道水利用系數(shù)相近，因此本規(guī)劃年干渠水利用系數(shù)取0.94。

②支渠

根據(jù)水管單位提供資料現(xiàn)狀年支渠水利用為0.9。

選取包爾海支渠作為典型支進行水利用系數(shù)計算，計算公式及參數(shù)同前文，規(guī)劃年渠道水利用系數(shù)0.984，考慮蒸發(fā)損失后取值0.95。

③斗渠

根據(jù)水管單位提供資料現(xiàn)狀年斗渠水利用為0.9。

選取紅旗鎮(zhèn)古再力村3、4、5小隊斗渠作為典型支進行水利用系數(shù)計算，計算公式及參數(shù)同前文，規(guī)劃年渠道水利用系數(shù)0.993，考慮蒸發(fā)損失后取值0.96。

④農(nóng)渠

灌區(qū)內(nèi)農(nóng)渠在400—500m之間，選取平均長度450m作為典型農(nóng)渠水利用系數(shù)計算，計算公式及參數(shù)同前文，現(xiàn)狀年渠道水利用系數(shù)0.97，考慮蒸發(fā)及其他不可預(yù)測損失后取值0.92。

2.以往調(diào)查成果值

塔里木一期世行貸款項目共防滲渠道57條，總長983.1km。本項目渠道防滲形式相關(guān)渠道防滲效果研究成果。調(diào)查了57條渠道，收集了9條渠道實測資料：靜水法2條、測流法2條、水文資料統(tǒng)計法5條。由于靜水法試驗中采用的是砼+塑膜防滲形式與本項目類似，其他方法采用的是卵石+塑膜，因此，僅列靜水法試驗成果。靜水法：1995年9月—10月對依其力克、沙雅總干選擇局部段進行恒水位入滲試驗。試驗推出渠道水利用系數(shù)0.98。

3.規(guī)劃年防滲渠道水利用系數(shù)確定

實測砼渠道均采用塑膜+砼防滲，而本次灌區(qū)內(nèi)渠道為砼板防滲形式，結(jié)合灌區(qū)渠道施工質(zhì)量、蒸發(fā)損失（砼板表面積溫、風(fēng)速）等不可預(yù)測因素，初步擬定了各級典型渠道水利用系數(shù)，見表1。

表1 規(guī)劃年灌區(qū)內(nèi)各級渠道水利用系數(shù)

高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)：規(guī)劃年節(jié)水灌溉從斗渠引水，通過防滲后的連接渠進入首部前蓄水池，通過首部田間管網(wǎng)系統(tǒng)進行灌溉；將地面灌溉“農(nóng)渠”灌溉模式替換高效節(jié)水“連接渠+蓄水池+田間管網(wǎng)”的灌溉模式。根據(jù)多年灌溉經(jīng)驗，初擬綜合水利用系數(shù)取0.97。

（三）田間水利用系數(shù)

地面灌溉：根據(jù)沙雅縣水灌溉管理水平實際情況并結(jié)合已批復(fù)的大型灌區(qū)項目可研，擬定田間水利用系數(shù)0.84；高效節(jié)水灌溉：依據(jù)灌區(qū)實際情況確定滴灌工程田間水利用系數(shù)0.95。

（四）水利用系數(shù)

根據(jù)灌溉面積、灌溉定額及不同作物灌溉方式對應(yīng)的灌溉水利用系數(shù)，計算出灌區(qū)綜合凈需水量、毛需水量，采用綜合凈需水量除以綜合毛需水量計算出灌區(qū)綜合灌溉水利用系數(shù)，2016年、2020年綜合毛灌溉水利用系數(shù)分別是0.495和0.684。

四、農(nóng)業(yè)需水量計算及供需平衡分析

（一）農(nóng)業(yè)需水量

1.現(xiàn)狀年

依據(jù)灌溉面積、作物種植結(jié)構(gòu)、灌溉制度和灌溉水利用系數(shù)計算作物的需水量。現(xiàn)狀年渭干河灌區(qū)灌溉面積113.63萬畝，凈需水量、毛需水量分別是54488.7萬m3、110053.0萬m3，綜合灌溉定額、綜合灌溉水利用系數(shù)分別是968m3/畝、0.495。

2.規(guī)劃2020年

（1）總灌溉面積與現(xiàn)狀相同

依據(jù)灌溉面積、作物種植結(jié)構(gòu)、灌溉制度和灌溉水利用系數(shù)計算作物需水量。若規(guī)劃年渭干河灌區(qū)灌溉面積113.63萬畝，凈需水量、毛需水量分別是42332.7萬m3、70320.2萬m3，綜合灌溉定額、綜合灌溉水利用系數(shù)分別是619m3/畝、0.602。

（2）以水定地確定的灌溉面積和作物種植結(jié)構(gòu)

依據(jù)以水定地、定發(fā)展原則，85%頻率平衡時灌區(qū)總灌溉面積107.8萬畝，需退減的灌溉面積5.84萬畝。

灌區(qū)凈需水量、毛需水量分別是44171.2萬m3、64532.0萬m3，綜合灌溉定額、綜合灌溉水利用系數(shù)分別是599m3/畝、0.684。

（二）供需平衡分析

1.現(xiàn)狀年

現(xiàn)狀年灌區(qū)灌溉毛需水量110053.0萬m3，75%分配地表水量63065.7萬m3，灌區(qū)開采地下水5244萬m3，折算至地表水 8759.7 萬 m3。

75%平衡計算：余水2211.8萬m3，缺水40439.3萬m3；通過兩座水庫聯(lián)合調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后余、缺水量分別是1521.8萬m3、39849.0 萬 m3。

因為來水不能滿足灌溉需水要求,且灌區(qū)存在資源性缺水和季節(jié)性缺水。

2.規(guī)劃2020年

首先計算規(guī)劃年擬定在總灌溉113.6萬畝基礎(chǔ)上加大渠道防滲改造工程和增加高效節(jié)水灌溉面積前提下，進行85%保證率平衡計算，分析余缺水量，擬定退減的面積；在退減面積方案下，再計算灌區(qū)85%保證率下的需水量，并進行85%保證率平衡計算。

（1）渭干河灌區(qū)（總灌溉面積113.6萬畝）

灌區(qū)灌溉毛需水量70320.2萬m3，85%頻率來水量62172.1萬m3，用水總量控制方案報告中灌區(qū)農(nóng)業(yè)開采地下水4507萬m3，折算至地表水5950.6萬m3。平衡計算，余水4369.4萬m3，缺水6566.9萬m3。

通過平衡計算，在嚴格執(zhí)行配額地表水和地下水前提下，灌區(qū)大力發(fā)展渠道防滲改造和高效節(jié)水灌溉項目基礎(chǔ)上，灌區(qū)總灌溉面積113.6萬畝仍缺水，需退減灌溉面積。

（2）渭干河灌區(qū)（退減耕地）

在保證高效節(jié)水灌溉面積及作物不變的前提下，依據(jù)供需平衡退減灌區(qū)內(nèi)的常規(guī)灌溉面積。通過上述原則進行平衡計算，85%保證率退減的灌溉面積5.84萬畝，退減面積后灌區(qū)供需平衡。

規(guī)劃2020年灌區(qū)灌溉毛需水量64532.0萬m3，85%頻率來水量62172.1萬m3，用水總量控制方案報告中灌區(qū)農(nóng)業(yè)開采地下水4507萬m3，折算至地表水5950.6萬m3。平衡計算，余水4470.3萬m3，缺水879.6萬m3。通過兩座水庫聯(lián)合調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后灌區(qū)不缺水，余水量3490.7 萬 m3。

五、結(jié)論

渭干河灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉水利用率低下導(dǎo)致可供水源不滿足用水需求。因此，采取高效節(jié)水工程建設(shè)，通過理論計算和相似工程類比分析，工程建設(shè)后灌區(qū)水利用系數(shù)明顯提升，綜合考慮作物結(jié)構(gòu)及用水需求，規(guī)劃年可供水源滿足農(nóng)業(yè)用水需求。