農(nóng)田水資源供需平衡及節(jié)水改造效益分析

趙 龍

（赫章縣媽姑鎮(zhèn)水利站，貴州 赫章 553200）

大量的灌區(qū)水利工程建造于20世紀(jì)，年久失修的水利工程出現(xiàn)建筑物老化、輸水樞紐破損、運(yùn)行效率低下等問題，對(duì)于灌區(qū)水利工程改造已有大量專家學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究及實(shí)踐。趙艷柏［1］介紹了灌渠的工作原理，并結(jié)合實(shí)際工程分析了灌渠目前存在的問題，并提出了對(duì)應(yīng)的解決措施；胡娃尼西·艾尼瓦爾［2］結(jié)合小型農(nóng)田水利工程實(shí)際工程特點(diǎn)，分析了新疆某地區(qū)灌渠的設(shè)計(jì)；楊建科等［3］將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于灌溉渠道的維護(hù)保養(yǎng)中，提出了信息化管理在渠道維護(hù)中的重要性；朱曉波［4］分析了灌溉渠道的系統(tǒng)規(guī)劃；王瑞濤等［5］介紹了灌溉渠道的定義以及灌溉渠道的特性，并依據(jù)實(shí)際工程案例提出了提高渠道維護(hù)與管理水平的方法；唐軍［6］針對(duì)灌溉渠道工程的管理與養(yǎng)護(hù)，提出了目前我國(guó)出現(xiàn)的問題，并提出相應(yīng)的解決對(duì)策；李愫［7］針對(duì)灌溉渠道中的破壞、損傷的治理，以及常規(guī)的養(yǎng)護(hù)進(jìn)行總結(jié)概述，并提出相應(yīng)的解決對(duì)策；雍小玲［8］介紹了丘陵區(qū)及山區(qū)灌溉渠道的規(guī)劃，并從建設(shè)的角度出發(fā)，給出了相應(yīng)的理論指導(dǎo)。

基于前人的研究基礎(chǔ)，本研究擬以赫章縣灌區(qū)為研究對(duì)象，分析了該節(jié)水改造工程實(shí)施的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)價(jià)值。

1 工程概況

本研究以赫章縣地渠道灌區(qū)為研究對(duì)象，該區(qū)域?qū)儆诟珊荡箨懶詺夂騾^(qū)，降雨量較少，一年中降雨主要分布于夏季（尤其以7—9月最為豐沛），年平均降雨量為400mm左右，春、秋、冬季節(jié)降雨均較少，且冬季最為干燥、降雪較少，該灌區(qū)位于該縣干線渠道六沖河上游區(qū)域，該灌區(qū)的計(jì)劃灌溉范圍為633.33hm2，實(shí)際灌溉范圍為233.33hm2，待開發(fā)灌溉范圍為400hm2，灌區(qū)改造將惠及2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的灌溉用水，其改造是該區(qū)域一項(xiàng)較為關(guān)鍵的水利工程。

2 問題分析與改造必要性

2.1 問題分析

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，該管區(qū)存在的主要問題有：該灌區(qū)Ⅱ號(hào)水壩壩體混凝土結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重，出現(xiàn)較大面積漏洞，農(nóng)戶采用沙袋堵漏的方法進(jìn)行堵漏，但蓄水能力仍然降低嚴(yán)重；該渠道為農(nóng)戶自建渠道，采用的施工方法和襯砌結(jié)構(gòu)均不符合規(guī)范，水資源運(yùn)輸能力較差，漏水、保水作用差；該渠道工程由于年久失修，襯砌結(jié)構(gòu)及水閘破損嚴(yán)重，且相關(guān)配套設(shè)置安裝不到位。這些問題嚴(yán)重制約了灌溉渠道的水資源利用效率，限制了該區(qū)域農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

2.2 工程改造的必要性

該灌區(qū)建于20世紀(jì)60年代，灌區(qū)的前期投入嚴(yán)重不足，灌區(qū)設(shè)施及配套設(shè)施嚴(yán)重落后，干線渠道總長(zhǎng)為32km，為混凝土封面結(jié)構(gòu)，內(nèi)部未配置鋼筋結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致水資源滲漏嚴(yán)重，支渠全部為土質(zhì)結(jié)構(gòu)，滲水嚴(yán)重，設(shè)計(jì)水流為0.83m3/s，灌溉范圍為410.60hm2，但由于年久失修，再加上水流的長(zhǎng)時(shí)間沖刷及生物的作用導(dǎo)致渠道周邊滲流嚴(yán)重，導(dǎo)致該灌區(qū)在水資源集中利用時(shí)段供水嚴(yán)重不足，進(jìn)而引起糧食產(chǎn)量下滑，根據(jù)勘測(cè)資料顯示，該灌渠的利用效率僅為設(shè)計(jì)利用效率的20%作用，不進(jìn)行維護(hù)很難滿足農(nóng)田的灌溉需求，因而對(duì)水利渠道進(jìn)行改造是一項(xiàng)非常有必要的工作。

3 灌區(qū)用水供需平衡分析

3.1 供水量分析

該灌區(qū)范圍內(nèi)僅存在地表灌溉，不存在地下水流運(yùn)輸及灌溉，因而本研究?jī)H針對(duì)地表灌溉進(jìn)行分析，Ⅰ號(hào)水文站主要分布于灌溉輸水干線渠道的下游，上游無水文站分布，該區(qū)域的水文地質(zhì)特性如下：

（1）灌溉用水徑流主要為降雨下的徑流，徑流在一年中分布極不均勻，變化范圍大。該徑流水量主要由降雨控制，在汛期，河流的水量主要通過降雨補(bǔ)給，在干旱期，河流的水量主要通過地下水補(bǔ)給，因而導(dǎo)致在一年中灌溉用水徑流分布不均勻、短期徑流集中的現(xiàn)象。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料記載，在過去的50年里，年平均徑流保持在6000萬m3左右，其中在1979年徑流最大，為16900萬m3，而在2000年徑流最小，為1815萬m3，最大值為平均值的2.82倍，最小徑流為平均值的0.30倍，其中，在各個(gè)年份中，7—9月為汛期，12—2月為干旱期，汛期的徑流量占據(jù)全年的51.2%，干旱期的徑流量占據(jù)全年的10.5%。

（2）流沙含量高，根據(jù)相關(guān)資料分析，過去的10年里，水流含沙率為99.3kg/m3，含沙量水平較高，且在汛期水流的含沙量較高主要是由于汛期水流較急，沖刷邊坡的泥土、巖石使其卷入徑流中，進(jìn)而導(dǎo)致徑流含沙量提高，汛期的水流中的沙量占據(jù)全年的90%左右。

該灌溉水渠渠首位置樞紐實(shí)測(cè)資料缺乏，僅有的勘測(cè)資料為部分水文地質(zhì)資料以及渠首位置處的徑流年份分布狀況，利用Ⅰ號(hào)水文站的面積比擬法，結(jié)合相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)對(duì)降雨系數(shù)進(jìn)行修正，得到灌溉水渠渠首位置樞紐位置處的年降雨量為433mm、Ⅰ號(hào)水文站位置處的年降雨量為416mm，通過計(jì)算得到該灌溉水渠的年徑流流量約1219萬m3，計(jì)算得到的Ⅰ號(hào)水文站和該灌溉水渠渠首位置處的統(tǒng)計(jì)參數(shù)與不同灌溉保證率下的徑流值如表1。由于灌溉水渠渠首位置樞紐徑流實(shí)測(cè)資料缺乏，因而采用Ⅰ號(hào)水文站位置處的月份徑流及徑流分配值如表2。

表1 不同頻率年徑流量計(jì)算

表2 該區(qū)域玉米灌溉制度確定（灌溉保證率為50%）

由灌區(qū)取水統(tǒng)計(jì)資料顯示，多年來水源地取水量年平均值約為176.24萬m3。

3.2 灌區(qū)需水量分析

3.2.1 農(nóng)業(yè)需水量分析

該灌區(qū)范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉總面積為640hm2，耕種的作物主要為一年一季作物，則該區(qū)域作物的復(fù)種指數(shù)為1.0，且以小麥為主，為了簡(jiǎn)化模型，設(shè)該區(qū)域全部種植玉米作物，耕種比例為100%，設(shè)該灌區(qū)的水資源除去運(yùn)輸?shù)纫蛩負(fù)p耗的利用系數(shù)為0.40，調(diào)查相關(guān)的資料可知，該區(qū)域玉米的灌溉工作相關(guān)參數(shù)如表2。

通過計(jì)算可得，該灌溉水渠在水資源利用系數(shù)為0.40的情況下，綜合年灌水量?jī)糁禐?575m3/hm2，綜合年灌水量毛值為3937.5m3/hm2，因而，正常年份下，該灌區(qū)的需水量為252.0萬m3。

3.2.2 其他需水量分析

本灌區(qū)范圍內(nèi)無大型的工廠、大型的居民聚居區(qū)，因而不考慮生活用水與工業(yè)用水，僅考慮自然生態(tài)維護(hù)水資源用水，自然生態(tài)維護(hù)水資源用水主要是用于綠化用水、美化環(huán)境、河流補(bǔ)水等，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃Y源利用計(jì)劃書，自然生態(tài)維護(hù)水資源是用水量約占總用水量的5.0%左右，計(jì)算得到自然生態(tài)維護(hù)水資源使用量為12.60萬m3。

綜合以上分析，在灌溉保證率為50%的情況下，該灌區(qū)范圍內(nèi)總用水需求量為264.6萬m3，其中，該灌區(qū)農(nóng)業(yè)需水量為252.0萬m3，自然生態(tài)維護(hù)水資源使用量為12.60萬m3。

3.3 項(xiàng)目實(shí)施后水資源供需平衡關(guān)系分析

3.3.1 農(nóng)業(yè)需水量預(yù)測(cè)

該灌區(qū)范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉總面積為640h m2，耕種的作物主要為一年一季作物，則該區(qū)域作物的復(fù)種指數(shù)為1.0，設(shè)該區(qū)域全部種植玉米作物，耕種比例為100%，設(shè)該灌區(qū)的水資源利用系數(shù)由原來的0.40提升至0.70，且該區(qū)域玉米的灌溉方式、灌溉周期、灌溉階段、灌溉時(shí)間、灌水量均保持不變，綜合年灌水量毛值預(yù)測(cè)值為150.0萬m3，將項(xiàng)目的灌溉保證率由50%提升至75%，正常年份下，該灌區(qū)的需水量為144.0萬m3。

3.3.2 其他需水量預(yù)測(cè)

仍不考慮生活用水與工業(yè)用水，僅考慮自然生態(tài)維護(hù)水資源用水的情況下，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃Y源利用計(jì)劃書，自然生態(tài)維護(hù)水資源是用水量約占總用水量的5.0%左右，計(jì)算得到自然生態(tài)維護(hù)水資源使用量為7.20萬m3。

綜合以上分析，在灌溉保證率為75%的情況下，該灌區(qū)范圍內(nèi)總用水需求量為151.20萬m3，其中，該灌區(qū)農(nóng)業(yè)需水量為144.0萬m3，自然生態(tài)維護(hù)水資源使用量為7.20萬m3。

3.3.3 供需平衡分析

該區(qū)域的供需水資源狀況如表3，由以上分析可得，該區(qū)域的總用水需求量為151.20萬m3，其中，該灌區(qū)農(nóng)業(yè)需水量為144.0萬m3，自然生態(tài)維護(hù)水資源使用量為7.20萬m3，可供給的水資源為176.20萬m3，供需水資源的余量為25.0萬m3。通過節(jié)水改造工程的實(shí)施，使得水資源得到了充分利用，灌區(qū)的水資源供給達(dá)到平衡，該工程是對(duì)于改善民生產(chǎn)生了積極的推動(dòng)作用。

表3 水資源供需平衡 單位：萬m3

4 結(jié)語

本研究以某地渠道灌區(qū)為研究對(duì)象，通過對(duì)該灌溉水渠的問題分析與改造必要性探討、項(xiàng)目實(shí)施前灌區(qū)用水供需平衡分析，項(xiàng)目實(shí)施后灌區(qū)用水供需平衡預(yù)測(cè)，分析了該節(jié)水改造工程實(shí)施的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)價(jià)值，主要得到以下結(jié)論：

（1）改造前水源地供水充足，供水量大于灌區(qū)需水量，但由于水利渠道及樞紐工程年久失修導(dǎo)致水資源利用系數(shù)嚴(yán)重降低，在低灌溉保證率（50%）條件下也不能滿足灌區(qū)水資源的正常需求。

（2）改造后水資源利用系數(shù)明顯提高，該區(qū)域的總用水需求量為151.20萬m3，而可供給的水資源為176.20萬m3，供需水資源的余量為25.0萬m3，改造工程對(duì)于節(jié)約水資源、提高糧食產(chǎn)量具有明顯的作用。