河南中州渠灌區節水配套改造項目灌區水量供需平衡分析

蔡旭陽，陳犁地

（洛陽市河渠管理處,河南 洛陽 471000）

近年來,隨著水資源的日益短缺,供需水矛盾十分突出,推廣節約用水、發展節水灌溉一直是國家發展的重點,而中州渠灌區目前干渠和干斗渠均為土渠,僅洛陽市區段干渠已護砌,其余未經襯砌硬化,加之年久失修,工程老化,喪失控制能力,跑水、滲漏現象十分嚴重,同時,田間工程又不配套,大水漫灌普遍存在,用水浪費十分嚴重,灌溉水利用系數僅為0.41 左右。為改善上述問題,灌區對中州渠灌區節水配套項目進行改造。本文圍繞中州渠灌區節水配套改造項目灌區水量供需平衡展開分析。

1 概況

中州渠灌區北靠邙山南臨洛河,東西長約20 km、南北寬3 km~5 km,成東西置狹長弓形。中州渠干渠于洛河上陽宮水面工程上游引水,蜿蜒穿經洛陽市區、東北行至邙山南麓入孟津縣境,渠線沿邙山南麓東西行。支、斗渠由干渠向南、北梳形布置。區內地勢一般整齊平坦,盛產糧、棉、蔬菜等作物。中州渠灌區灌溉面積9.0 萬畝,其中自流灌面積5.6 萬畝；提灌面積3.4 萬畝。

灌區屬于暖溫帶半干旱大陸性氣候,季風環流影響明顯,氣溫、降雨等隨季節變化,四季分明。依據1963 年~1998 年資料多年平均降水量641 mm,最多為1035.6 mm（1964年）,最少401 mm（1991 年）。降水年內分配不均,一般春季占19%,夏季占48%,秋季占27%,冬季占6%,而7 月~9 月三月占54%,年際分配變化也較大,最大為最小的2.6 倍。由于降水年內分配不均,年際變化大。

2 灌區現狀水量供需分析

2.1 灌區現狀可供水量

灌區水源主要是洛河干流天然徑流供給,采用下游白馬寺水文站1956 年~1979 年水文周期還原計算的天然徑流量計算。

表1 洛河白馬寺站逐年天然徑流量

據此點繪經驗頻率,采用三點法適線,得P1=5%,Xp1=55 億m3；P2=50%,Xp2=17 億m3；P3=95%,Xp3=10 億m3,則算得Cs=2.5,σ=16.054,X=22.8 億m3,CV= 0.70,故各頻率年徑流量見表2。

表2 洛河白馬寺站各頻率年徑流量表

選P=75%、90%兩典型年分別為1966 年、1978 年,按實測年份月分配比例將各頻率年徑流量分配到各月,如表3。

表3 洛河白馬寺站各月徑流量表

渠首以上洛河流域面積11581 km2,有故縣水庫集中放水和區間徑流兩部分。故縣水庫控制流域面積5370 km2,多年平均徑流量13.12 億m3,多年平均流量41.6 m3/s,總庫容11.75 億m3,興利庫容5.1 億m3,共裝機3 臺2 萬kW發電機組,單機發電流量36.2 m3/s。該庫經調節,除溢洪和單獨發電棄水外,水利用率達63.37%,目前因故縣灌區未開發,水利用率可達70%。渠首下游800 m為洛河上陽宮水面工程,白馬寺站保證率75%的最小月平均流量為13.22 m3/s,橡膠壩壩頂高程140.7 m,蓄水區蓄水量為369 萬m3,保證有足夠的蓄水量可資利用。中州渠渠首壩為三孔,孔口尺寸2 m×2 m,渠底高程138.5 m,設計流量5 m3/s,加大流量6.5 m3/s,可引水總量15768 萬m3/年,加大引水總量20498 萬m3/年。渠首處保證率50%的洛河年徑流量為15.47 億m3,保證率50%的洛河最小月平均流量為21.40 m3/s。

以上水源,除洛河上陽宮水面工程外,過境水、區內徑流和地下水,均不參與灌區水量平衡,渠首處保證率50%的洛河年徑流量為154700 萬m3。

2.2 需水量計算

（1）作物需水量確定

依據《灌溉與排水工程設計規范》,作物需水量可直接取用當地或自然地理條件類似的鄰近地區灌溉試驗站的觀測成果,或從已鑒定過的作物需水量等值線圖中選定[1]。采用河南省等值線圖、計劃產量系數法等方法,并結合臨近灌區資料綜合分析確定。

①等值線圖法

依據《河南省節水灌溉綜合技術研究》一書中查得灌區小麥多年平均需水量為475 mm,折合4750 m3/hm2；夏玉米多年平均需水量為425 mm,折合4250 m3/hm2；棉花多年平均需水量為600 mm,折合6000 m3/hm2。對查出的成果與《中國主要農作物需水量等值線圖研究》一書進行比較,基本一致。

②需水系數法

以計劃產量為參數的需水系數法,關鍵是分析確定合理的計劃產量和需水系數。作物計劃產量根據對洛陽市現有灌區的調查分析確定,被調查的中州灌區及黃河灌區,其調查面積及平均產量：小麥4800 hm2,平均產量7695 kg/ hm2；玉米4067 hm2,平均產量7020 kg/ hm2；棉花867 hm2,平均產量6015 kg/hm2。上述兩灌區均系20世紀50年代未興建,目前具有中等以上管理水平,有一定的代表性。根據調查資料,計劃產量采用小麥7500 kg/hm2,玉米6900 kg/hm2,棉花（籽）6000 kg/hm2。作物需水系數參考《水工設計手冊》選定。

④鄰近新安提黃灌區資料

小浪底新安提黃灌區與中州渠灌區為鄰近灌區,前者已批準于1998 年開工建設,其作物需水量采用值為：小麥5250 m3/hm2,玉米3750 m3/hm2,棉花6000 m3/hm2。

通過綜合分析比較, 根據灌區調查,棉花種植比例相對較少,而旱秋作物紅薯、春玉米、花生、芝麻、蔬菜等相對較多,若采用棉花需水量偏高,無代表性。由此決定灌溉制度分析用“秋雜”來代表早秋作物,不再用棉花代表,其作物需水量參照春玉米（山西）需水量確定為4700 m3/hm2（介于夏玉米3750 m3/hm2與棉花5700 m3/s之間,認為較為合適）。則最終確定作物多年平均需水量采用值：冬小麥4750 m3/hm2,玉米3750 m3/hm2,秋雜4700 m3/hm2。

（2）需水量計算

中州渠灌區灌溉保證率50%的綜合灌溉定額為2508.75 m3/hm2。2020 年末,灌區灌溉面積達9 萬畝。灌溉保證率50%典型年凈灌溉用水量為1505.25 萬m3,灌溉水利用系數0.65,則毛灌溉用水量為2315.77 萬m3。

2.3 灌區水量平衡分析

灌區水量平衡就是對灌區可供水量與用水量進行平衡計算,做到計劃用水、節約用水。通過以上分析,中州渠灌區水量平衡分析見表4。

表4 灌區2020 年水資源平衡分析表

由上表可知,中州渠灌區灌溉保證率50%的毛灌溉用水量為2315.77 萬m3。渠首引水水源為洛河水。渠首處保證率50%的洛河年徑流量為15.47 億m3,由此可見,灌溉用水可供水資源量充沛,完全滿足需求。

3 結語

本項目實施后,有效解決了灌區供需水之間的矛盾：渠系水利用系數由灌溉前的0.56 提高到0.724,灌溉水利用系數提高到0.65,節約了水資源,改善灌溉面積3.18 萬畝,年節水量508.59 萬m3,年增供水能力409.12 萬m3。增強了農業抗御自然災害的能力,為全面發展農、林、牧、副魚業提供可靠條件,對改善灌區人民生活具有重要意義。