紅旗農場水資源供需平衡分析

熱西提?米吉提

（新疆阿克蘇水文勘測局,新疆 阿克蘇 843000）

兵團《第三師圖木舒克市用水總量控制實施方案》規定,2021年紅旗農場用水總量控制指標為2057.58 萬m3、2025年為1999.92 萬m3、2030年為1927.58 萬m3,為了嚴格水資源管理,需對紅旗農場灌溉需水情況進行分析。

1 概況

地處新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州的紅旗農場,歸新疆生產建設兵團第三師管轄,全場戶籍人口1123 戶4464 人。現有土地2.36 萬畝,灌溉水源主要來源于托克拉水庫。托克拉水庫始建于1958年,庫容0.35 億m3,是一座以灌溉為主兼有防洪的注入式平原水庫,水源為布谷孜河。

2 紅旗農場需水量分析

2.1 需水過程分析

紅旗農場主要作物為棉花、小麥、玉米、林地、苜蓿。棉花作物需水量從苗期、蕾期、開花期、吐絮期依次增大,由5 mm/d 增長至100 mm/d。小麥作物需水從苗期、分葉期、拔孕期、孕穗期、灌漿期、黃熟期依次增大,由5 mm/d 增長至50 mm/d。紅旗農場現狀農業用水采用地表水、地下水相結合的方式,以地表水供水為主,缺口水量需采用農灌機井開采的地下水進行補充。棉花灌溉方式為微灌（滴灌）,林地、苜蓿,小麥、玉米、灌溉方式為常規灌溉,年灌溉天數81 d。

2.2 灌溉水利用系數確定

2021年紅旗農場實際用水量為2076.29 萬m3,其中地表水1925.3 萬m3,地下水151 萬m3。地面灌溉水有效利用系數為0.54,其中,渠系水有效利用系數0.63（干支渠系0.83、斗渠系0.85、農渠0.9）,田間水有效利用系數0.85；節水灌溉水有效利用系數為0.72,其中,干支渠系水有效利用系數0.8,田間水有效利用系數0.9。

2.3 需水量計算

由于紅旗農場現狀無作物需水量及需水過程的監測數據,現根據《新疆維吾爾族自治區地方標準農業灌溉用水定額》（DB65/T 3611-2014）,結合現狀灌溉方式確定灌域主要種植作物需水量及需水過程[1],在75%的保證率情況下,棉花的灌溉用水定額為305 m3/畝（微灌）、棉花冬灌及播前灌用水定額為110 m3/畝（常規灌溉）、小麥的灌溉用水定額為375 m3/畝（微灌）、小麥冬灌及播前灌用水定額為110 m3/畝（常規灌溉）、玉米的灌溉用水定額為350 m3/畝（微灌）、苜蓿的灌溉用水定額為340 m3/畝（微灌）、林地的灌溉用水定額為375 m3/畝（微灌）。

據此計算,紅旗農場農業灌溉凈取用水量為1309.29 萬m3。根據現有成果資料,地面灌溉水有效利用系數為0.54,節水灌溉水有效利用系數為0.72,按照紅旗農場灌溉制度及種植結構,結合灌溉水有效利用系數,計算出紅旗農場毛灌溉需水量為2445.21 萬m3。具體見表1。

2.4 供水工程水量損失分析

紅旗農場現有干、支渠總長度84.042 km,防滲長度54.922 km,防滲率65%,設計流量1 m3/s~3 m3/s。紅旗農場現有灌溉包含常規地面灌溉及渠道、滴灌等。玉米（小麥復播套種）為常規灌溉,種植面積占比33%,節水灌溉技術主要運用于棉花、林地及苜蓿種植,種植面積占比67%。根據《紅旗農場灌溉水有效利用測算成果》：地面灌溉渠系水有效利用系數為0.63,田間水有效利用系數為0.85,地面灌溉水有效利用系數為0.54；節水灌溉渠系水有效利用系數為0.8,田間水有效利用系數為0.9,節水灌溉水有效利用系數為0.72。按照紅旗農場灌溉制度及種植結構,結合渠系水有效利用系數,經計算,本工程維持現狀灌溉面積23600 畝農作物生長,渠系供水損失量為625.13 萬m3。

2.5 水庫水量損失分析

紅旗農場灌溉用水除計算農作物需水量、輸配水損失外,還需考慮水庫的蒸發及漏損量,以此分析核定工程用水量。水庫的水量損失包括水庫庫面蒸發與水庫漏損損失,本次水庫水量損失采用初設批復的成果。

（1）蒸發量。根據托克拉克水庫初設報告成果,水庫蒸發量由Φ20 蒸發皿觀測值進行實測,再經E601、大水體蒸發進行折算[2],得出托克拉克水庫水面年蒸發量為1530.8 mm。蒸發損失量等于蒸發損失深度乘以水面面積進行計算[3],根據《托克拉克水庫工程調度規劃報告》及水庫水位、面積、庫容關系監測成果,托克拉克水庫11 月至次年3 月為冰期,不考慮蒸發損失；蓄水月份主要集中于4 月~10 月。采用2005年~2020年共16年的長系列徑流資料,進行長系列興利調節計算,模擬水庫的運行過程,得到的水庫的興利調節成果。其中,年內農業限制水位線最高為2 月（1400.61 m）,最低為9 月（1398.75 m）。對照水庫水位、面積、庫容關系,確定每月的水庫平均水面面積,按月（4 月~10 月）計算水庫蒸發量,見表2。

表2 托克拉克水庫各月蒸發損失量計算表

根據計算結果,托克拉克年蒸發損失量為301.10 萬m3。

（2）滲漏損失量

根據托克拉克水庫初設報告成果,托克拉克水庫滲漏損失量按正常蓄水量的1%進行計算。水庫正常蓄水位為1402.3 m,相應庫容為2121 萬m3,則年最大滲漏損失量為21.21 萬m3。

綜上,托克拉克水庫年損失水量為322.31 萬m3。

2.6 總用水量

綜上所述,紅旗農場現狀灌溉面積23600 畝,總用水量為2445.21 萬m3,其中,凈需水量為1309.29 萬m3,考慮田間損失量188.48 萬m3,渠系供水損失量625.13 萬m3,水庫損失水量322.31 萬m3。

3 可供水量分析

托克拉克水庫來源于布谷孜河。發源于天山山脈西段南坡的布谷孜河,地處海拔4000 m~4500 m 的高山狹谷之中,河谷自河源起由北向南流經82 km 山地經阿湖水庫,向下游托克拉克水庫、托卡衣水庫及西克爾水庫引水。該河水源主要依靠泉水補給,融雪極少,每年5 月~8 月有降雨洪水徑流補給,集水面積2112 km2,河水流量較穩定,開發利用程度大于30%。托克拉克水庫作為紅旗農場地表水唯一供水水源,其放水涵洞（渠道）設計流量為2 m3/s。

4 水資源供需平衡分析

根據水量平衡計算原則,以引水渠渠首引水閘為計算節點,將項目區內農業用水作為用水對象,以地表水作為供水水源,進行水資源配置及水平衡計算。

4.1 用水量核定

紅旗農場現狀作物生長凈需水量為1309.29 萬m3,總需水量（毛灌溉水量）為2445.21 萬m3,地面灌溉渠系水有效利用系數為0.63,田間水有效系數為0.85,本次論證充分考慮與相關技術標準的相符性,將地面灌溉渠系水有效利用系數調整為0.65,田間水有效系數為0.9,則地面灌溉水利用系數由現狀的0.54 核定為0.59。節水灌溉現狀渠系水利用系數0.8,田間水利用系數0.9,節水灌溉水利用系數0.72,符合《節水灌溉工程技術標準》（GB/T 50363-2018）。

紅旗農場灌區農業灌溉凈需水量仍為1309.29 萬m3,考慮渠系及田間供水損失后毛灌溉需水量核減為2019.82 萬m3,水庫蒸發漏損仍為322.31 萬m3,則紅旗農場總用水量為2342.14 萬m3,減少了103.08 萬m3,核減前后水量變化情況見表3、表4。

表3 灌溉需水量計算表

表4 工程核減前后水量對比表 單位：萬m3

4.2 合理的灌溉用水量

根據兵團《第三師圖木舒克市用水總量控制實施方案》的通知,2021年紅旗農場用水總量控制指標為2057.58 萬m3、2025年 為1999.92 萬m3、2030年 為1927.58 萬m3，用 水 總量控制指標呈逐年減少趨勢。由此可見,紅旗農場核減后的2019.82 萬m3用水量雖滿足現狀年用水總量控制指標,但超出了規劃年用水總量控制指標。因此,需補充規劃年取水量。

根據兵團《第三師圖木舒克市用水總量控制實施方案》的通知,規劃年紅旗農場灌溉面積和種植結構均不變,因此,需從用水效率層面進一步核定紅旗農場用水量。根據《節水灌溉工程技術標準》（GB/T 50363-2018）,渠道防滲輸水灌溉工程,中型灌區灌溉水利用系數不應低于0.6,而目前紅旗農場地面灌溉采用的干渠防滲率為65%,農渠防滲率僅為16%,若通過提高渠道防滲率,將紅旗農場灌溉水利用系數提高到0.65,以此計算,紅旗農場用水量核定為1916.87 萬m3,如此,即可滿足規劃年2025年1999.92 萬m3、2030年1927.58 萬m3用水總量控制指標要求。

綜上所述,紅旗農場現狀年（2021年）核定取水量為2019.82 萬m3,規劃年（2030年）核定用水量為1916.87 萬m3。取水水源方面,紅旗農場目前采用地表水+地下水綜合灌溉方式,根據兵團《第三師圖木舒克市用水總量控制實施方案》的通知,在核定紅旗農場用水量的基礎上扣除紅旗農場地下水用水總量控制指標為155 萬m3,增加托克拉克水庫自身損失水量322.31 萬m3。

因此,最終核定：紅旗農場現狀年（2021年）地表水源（托克拉克水庫）取水量為2187.14 萬m3；規劃年（2030年）地表水源（托克拉克水庫）取水量為2084.19 萬m3。根據本工程灌溉制度,于每年3 月下旬~8 月下旬進行灌溉,年灌溉天數81 d,本工程用水量年內分配情況見表5。

表5 紅旗農場灌溉（托克拉克水庫）取水量年內分配核定表

5 結語

紅旗農場灌溉用水主要來源于布谷孜河匯入的托克拉克水庫,根據《第三師圖木舒克市用水總量控制實施方案》,通過分析計算,紅旗農場2021年取水量為2187.14 萬m3,2030年取水量為2084.19 萬m3。農場在現有灌溉模式下,需加強田間節水措施,提高田間灌溉水利用系數,方能達到水資源供需平衡,為農場節約用水加強灌溉管理提供了技術依據。