農田水資源供需平衡及節水改造效益分析

趙 龍

（赫章縣媽姑鎮水利站，貴州 赫章 553200）

大量的灌區水利工程建造于20世紀，年久失修的水利工程出現建筑物老化、輸水樞紐破損、運行效率低下等問題，對于灌區水利工程改造已有大量專家學者進行了相關的研究及實踐。趙艷柏［1］介紹了灌渠的工作原理，并結合實際工程分析了灌渠目前存在的問題，并提出了對應的解決措施；胡娃尼西·艾尼瓦爾［2］結合小型農田水利工程實際工程特點，分析了新疆某地區灌渠的設計；楊建科等［3］將自動化技術應用于灌溉渠道的維護保養中，提出了信息化管理在渠道維護中的重要性；朱曉波［4］分析了灌溉渠道的系統規劃；王瑞濤等［5］介紹了灌溉渠道的定義以及灌溉渠道的特性，并依據實際工程案例提出了提高渠道維護與管理水平的方法；唐軍［6］針對灌溉渠道工程的管理與養護，提出了目前我國出現的問題，并提出相應的解決對策；李愫［7］針對灌溉渠道中的破壞、損傷的治理，以及常規的養護進行總結概述，并提出相應的解決對策；雍小玲［8］介紹了丘陵區及山區灌溉渠道的規劃，并從建設的角度出發，給出了相應的理論指導。

基于前人的研究基礎，本研究擬以赫章縣灌區為研究對象，分析了該節水改造工程實施的經濟價值與社會價值。

1 工程概況

本研究以赫章縣地渠道灌區為研究對象，該區域屬于干旱大陸性氣候區，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、冬季節降雨均較少，且冬季最為干燥、降雪較少，該灌區位于該縣干線渠道六沖河上游區域，該灌區的計劃灌溉范圍為633.33hm2，實際灌溉范圍為233.33hm2，待開發灌溉范圍為400hm2，灌區改造將惠及2個鄉鎮的灌溉用水，其改造是該區域一項較為關鍵的水利工程。

2 問題分析與改造必要性

2.1 問題分析

經過現場勘測，該管區存在的主要問題有：該灌區Ⅱ號水壩壩體混凝土結構破損嚴重，出現較大面積漏洞，農戶采用沙袋堵漏的方法進行堵漏，但蓄水能力仍然降低嚴重；該渠道為農戶自建渠道，采用的施工方法和襯砌結構均不符合規范，水資源運輸能力較差，漏水、保水作用差；該渠道工程由于年久失修，襯砌結構及水閘破損嚴重，且相關配套設置安裝不到位。這些問題嚴重制約了灌溉渠道的水資源利用效率，限制了該區域農業的發展。

2.2 工程改造的必要性

該灌區建于20世紀60年代，灌區的前期投入嚴重不足，灌區設施及配套設施嚴重落后，干線渠道總長為32km，為混凝土封面結構，內部未配置鋼筋結構，導致水資源滲漏嚴重，支渠全部為土質結構，滲水嚴重，設計水流為0.83m3/s，灌溉范圍為410.60hm2，但由于年久失修，再加上水流的長時間沖刷及生物的作用導致渠道周邊滲流嚴重，導致該灌區在水資源集中利用時段供水嚴重不足，進而引起糧食產量下滑，根據勘測資料顯示，該灌渠的利用效率僅為設計利用效率的20%作用，不進行維護很難滿足農田的灌溉需求，因而對水利渠道進行改造是一項非常有必要的工作。

3 灌區用水供需平衡分析

3.1 供水量分析

該灌區范圍內僅存在地表灌溉，不存在地下水流運輸及灌溉，因而本研究僅針對地表灌溉進行分析，Ⅰ號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，該區域的水文地質特性如下：

（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給，在干旱期，河流的水量主要通過地下水補給，因而導致在一年中灌溉用水徑流分布不均勻、短期徑流集中的現象。根據相關統計資料記載，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，在各個年份中，7—9月為汛期，12—2月為干旱期，汛期的徑流量占據全年的51.2%，干旱期的徑流量占據全年的10.5%。

（2）流沙含量高，根據相關資料分析，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，進而導致徑流含沙量提高，汛期的水流中的沙量占據全年的90%左右。

該灌溉水渠渠首位置樞紐實測資料缺乏，僅有的勘測資料為部分水文地質資料以及渠首位置處的徑流年份分布狀況，利用Ⅰ號水文站的面積比擬法，結合相關的經驗參數對降雨系數進行修正，得到灌溉水渠渠首位置樞紐位置處的年降雨量為433mm、Ⅰ號水文站位置處的年降雨量為416mm，通過計算得到該灌溉水渠的年徑流流量約1219萬m3，計算得到的Ⅰ號水文站和該灌溉水渠渠首位置處的統計參數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測資料缺乏，因而采用Ⅰ號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算

表2 該區域玉米灌溉制度確定（灌溉保證率為50%）

由灌區取水統計資料顯示，多年來水源地取水量年平均值約為176.24萬m3。

3.2 灌區需水量分析

3.2.1 農業需水量分析

該灌區范圍內農業灌溉總面積為640hm2，耕種的作物主要為一年一季作物，則該區域作物的復種指數為1.0，且以小麥為主，為了簡化模型，設該區域全部種植玉米作物，耕種比例為100%，設該灌區的水資源除去運輸等因素損耗的利用系數為0.40，調查相關的資料可知，該區域玉米的灌溉工作相關參數如表2。

通過計算可得，該灌溉水渠在水資源利用系數為0.40的情況下，綜合年灌水量凈值為1575m3/hm2，綜合年灌水量毛值為3937.5m3/hm2，因而，正常年份下，該灌區的需水量為252.0萬m3。

3.2.2 其他需水量分析

本灌區范圍內無大型的工廠、大型的居民聚居區，因而不考慮生活用水與工業用水，僅考慮自然生態維護水資源用水，自然生態維護水資源用水主要是用于綠化用水、美化環境、河流補水等，根據當地的水資源利用計劃書，自然生態維護水資源是用水量約占總用水量的5.0%左右，計算得到自然生態維護水資源使用量為12.60萬m3。

綜合以上分析，在灌溉保證率為50%的情況下，該灌區范圍內總用水需求量為264.6萬m3，其中，該灌區農業需水量為252.0萬m3，自然生態維護水資源使用量為12.60萬m3。

3.3 項目實施后水資源供需平衡關系分析

3.3.1 農業需水量預測

該灌區范圍內農業灌溉總面積為640h m2，耕種的作物主要為一年一季作物，則該區域作物的復種指數為1.0，設該區域全部種植玉米作物，耕種比例為100%，設該灌區的水資源利用系數由原來的0.40提升至0.70，且該區域玉米的灌溉方式、灌溉周期、灌溉階段、灌溉時間、灌水量均保持不變，綜合年灌水量毛值預測值為150.0萬m3，將項目的灌溉保證率由50%提升至75%，正常年份下，該灌區的需水量為144.0萬m3。

3.3.2 其他需水量預測

仍不考慮生活用水與工業用水，僅考慮自然生態維護水資源用水的情況下，根據當地的水資源利用計劃書，自然生態維護水資源是用水量約占總用水量的5.0%左右，計算得到自然生態維護水資源使用量為7.20萬m3。

綜合以上分析，在灌溉保證率為75%的情況下，該灌區范圍內總用水需求量為151.20萬m3，其中，該灌區農業需水量為144.0萬m3，自然生態維護水資源使用量為7.20萬m3。

3.3.3 供需平衡分析

該區域的供需水資源狀況如表3，由以上分析可得，該區域的總用水需求量為151.20萬m3，其中，該灌區農業需水量為144.0萬m3，自然生態維護水資源使用量為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。通過節水改造工程的實施，使得水資源得到了充分利用，灌區的水資源供給達到平衡，該工程是對于改善民生產生了積極的推動作用。

表3 水資源供需平衡 單位：萬m3

4 結語

本研究以某地渠道灌區為研究對象，通過對該灌溉水渠的問題分析與改造必要性探討、項目實施前灌區用水供需平衡分析，項目實施后灌區用水供需平衡預測，分析了該節水改造工程實施的經濟價值與社會價值，主要得到以下結論：

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

（2）改造后水資源利用系數明顯提高，該區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，改造工程對于節約水資源、提高糧食產量具有明顯的作用。