母沖水庫供需水平衡分析

周 瀚

(貴州省水利投資(集團)有限責任公司,貴陽 550001)

1 概 述

水庫供需水平衡分析是水庫工程建設規模確定以及水庫效益分析的前置條件,具有十分重要的作用。

母沖水庫受水區涉及水庫下游村組,現狀主要通過村民自建管道在山泉出露處引水或者靠抽取地下水解決。由于泉水水量小,雨后來水渾濁,水質變差,且該區域泉水一般為淺層地下水,豐枯變化大,農村人畜供水保證率低,飲水安全得不到保證。同時,水庫下游沿線田土范圍內灌溉用水主要依靠望天水,部分由當地農民自建土渠從河道內引水灌溉,多沿河谷溝邊修建,易被洪水沖毀。由于土渠滲漏嚴重,單位渠長控制灌溉面積少,灌溉水利用系數較低,水利化程度低,灌溉用水得不到保障,遇干旱年糧食收成基本無保障。

2 供水范圍

母沖水庫工程任務為農村人畜飲水及農田灌溉。根據該地區缺水情況,結合母沖水庫工程建設位置及實地調查結果,確定母沖水庫供水范圍為水庫壩址下游巴鈴鎮的保營、姜家寨、鹽井、背后寨、大普、高家塘、羅官壩、小寨、牛市場、王官坡、向家其、王家莊等村組范圍,涉及供水人口21 077人(現狀)。灌區主要分布在巴鈴鎮的鹽井、背后寨、大普、高家塘、王家莊、羅官壩、小寨、牛市場、王官坡、向家其等村寨的田土范圍,總灌溉面積178.667hm2。

為滿足農村人畜飲水及灌溉用水要求,本工程采用在水庫取水出口后布置供水管道,進行自流供水及灌溉,灌區工程分區工程特性表及人飲片區劃分匯總表見表1和圖1。

表1 母沖水庫灌區灌面分區匯總表

圖1 母沖水庫人飲供水統計表

3 供需水平衡分析

3.1 灌溉需水量預測

3.1.1 灌溉范圍及面積

母沖水庫灌區范圍涉及水庫下游98.667hm2水田灌溉和80hm2旱地灌溉,灌區主要分布在巴鈴鎮的鹽井、背后寨、大普、高家塘、王家莊、羅官壩、小寨、牛市場、王官坡、向家其等村寨田土范圍。

3.1.2 灌溉面積、種植結構

根據初定的灌區范圍,將所涉范圍1/1萬地形圖矢量化處理后,用計算機對各主管線控制灌面按不同的作物類別分別量算統計,計算只考慮自流灌溉范圍,且均為25°以下耕地。

結合灌區調查情況,參考灌區國土資源普查成果,成片田壩折算系數取0.7～0.85,梯田、坡地折算系數取0.55～0.7,以扣除坡度、田坎、道路、荒地等面積以及用作退耕還林、還草的25°以上坡耕地。

量算結果:水田98.667hm2,旱地80hm2,灌區主要分布在鹽井、背后寨、大普、高家塘、王家莊、羅官壩、小寨、牛市場、王官坡、向家其等村寨。

通過對母沖水庫灌區農作物種植情況的調查以及興仁市的發展現狀得知,灌區一般是水田大季種水稻,小季種油菜;旱地大季種玉米,小季種小麥。田和土的復種指數分別為1.8和2.0。

3.1.3 灌溉實驗成果

1)20世紀80年代,水稻灌溉試驗及水稻、參考作物等值線圖的制作由貴州省水利廳1980-1987年組織有關單位進行灌溉制度試驗。根據試驗成果統計,多種灌溉制度多年平均水稻灌溉定額4 050m3/hm2,灌水定額4 68m3/hm2;淺深淺灌溉制度灌溉定額4 200m3/hm2,灌水定額519m3/hm2。

2)20世紀90年代,水稻、旱作物灌溉試驗經過多年的試驗研究認為,“科灌”和“科蓄”增產分別為5.5%和6.05%的灌溉定額(即灌入田間的凈用水量)分別為3 735、3 250.5m3/hm2,灌水定額453～519m3/hm2,節水、增產效果明顯,應在全省大面積推廣。

3.1.4 水稻灌溉制度及灌溉定額

1)灌區水稻灌溉擬推薦“薄、淺、濕、曬”控制灌溉模式。根據分析計算,確定本灌區的灌溉定額過程。

根據技術要求,擬定灌區灌溉制度見表2 。

表2 灌區中稻灌溉制度表

泡田期為5月中下旬,共21天,下滲量以2.0mm/d計;黃熟期和完熟期為9月上中旬,共20天,為濕干和干狀態;灌溉制度設計全期為5月11日至9月20日,共133天。

2)水稻灌溉定額計算按逐旬田間水量平衡法推求。公式如下:

M=M泡+M生=(M1+M2+f泡+0.6E20-R)+(Y-R′±ΔH)

(1)

式中:M為水稻凈灌溉定額,mm;M泡、M生分別為泡田期、生長期凈灌溉定額,mm;M1為土壤飽和水深73.3mm;M2為田間水層深30mm;f為下滲量,泡田期f泡=2.0mm/d,生長期f生=1.0～2.0mm/d;E20為20cm蒸發器蒸發量,mm;R為泡田期有效雨量,mm;X為旬降水量,mm,當X≥100mm時R=100mm,當X<100mm時R=X;Y為田間耗水量,Y=f生+αE20,α為散發系數;R′為生長期有效雨量,mm;Rm為最大有效雨量,mm,Rm=1/2(Y±ΔH),當Rm≥X時R=X,當Rm

母沖水庫中稻灌溉定額成果見表3。

表3 中稻設計灌溉定額頻率分析計算成果表

3.1.5 旱作物灌溉制度及灌溉定額

將各種旱作物歷年灌溉定額從小到大排序,并以P-Ⅲ型曲線適線,進行頻率分析計算,成果見表4。

3.1.6 灌溉需水量

灌溉需水量根據工程的灌溉面積、田土比例及作物組成,采用相應作物相應年份的灌溉定額進行計算。灌區設計灌溉面積為178.667hm2(其中水田98.667hm2,旱地80hm2)。

母沖水庫灌區利用管道輸水灌溉,管道水利用系數取0.95,水稻灌溉田間水利用系數取0.95,旱作物田間水利用系數0.90。因此,水田灌溉水利用系數取0.9025,旱地灌溉水利用系數取0.855。母沖水庫灌區灌溉在P=80%時年毛需水量為88.4×104m3,多年平均需水量為74.1×104m3。見表5。

表4 農作物灌溉定額頻率分析計算成果表

表5 農作物不同保證率灌溉需水量分析計算成果表

3.2 人畜需水量預測

巴鈴鎮的保營、姜家寨、鹽井、背后寨、大普、高家塘、羅官壩、小寨、牛市場、王官坡、向家其、王家莊等村組大部分村民小組現無可靠的供水水源,缺水較嚴重,根據規劃,其農村人畜用水水源為母沖水庫。根據現場調查及當地政府統計人口數據,至2017年末,巴鈴鎮保營等村寨缺水總人口21 077人。根據興仁市各年統計年鑒數據分析,結合當地實際情況,供水范圍內各村組人口自然增長率綜合取值7‰。規劃水平年人口增長率按自然增長率和機械增長率計算,設計水平年2030年供水人口計算公式如下:

P=P0(1+γ)n+P1

(2)

式中:P為設計用水居民人數;P0為供水范圍內常住人口數;γ為設計年限內人口的自然增長率,取7‰;n為工程設計年限;P1為設計年限內人口的機械增長總數,可根據各村鎮的人口規劃以及近年來流動人口和戶籍遷移人口的變化情況,按平均增長法確定。

預測到規劃水平年(2030年)供水范圍內人口將達到23 077人,全部為農村人口;9 231頭大牲畜,13 846頭小牲畜。農村人口用水定額按80L/人·d,大牲畜按50L/頭·d,小牲畜按30L/頭·d,根據相關規范,管網損失及未預見水量按人畜用水量的15%計算,水廠自用水按人畜用水量和管損的5%計算,輸水損失按以上的5%計,則2030年人畜日用水量3 452.54m3,人畜用水年總需水量為126×104m3。日變化系數取1.3,則2030年人畜最高日用水量4 488.3m3,人畜需水量計算結果見表6。

表6 人畜需水量計算表

根據預測分析結果,母沖水庫供水范圍P=80%灌溉需水量88.4×104m3,人畜需水量為126×104m3,至規劃水平年(2030年)總需水量為214.4×104m3。總需水量分析計算成果見表7。

表7 母沖水庫總需水量分析計算成果表

4 供需平衡分析

考慮到受水區范圍內現狀水利設施少,且缺乏供水及灌溉保證,確定受水區范圍內規劃水平年除母沖水庫外,可供水量基本為0×104m3,缺水量為214.4×104m3。受水區一次供需平衡成果見表8。

表8 受水區一次供需平衡成果表

根據供水及灌溉現狀分析,至規劃水平年水庫受水區缺水量為214.4×104m3。母沖水庫壩址天然來水量353×104m3,保證率P=80%下來水量為247.1×104m3,保證率P=95%下來水量為177.1×104m3。通過興利調節計算可知,在滿足受水區需水量下興利庫容為169.2×104m3。因此,母沖水庫建成后,可滿足受水區設計水平年(2030年)供水及灌溉需求。

5 結 論

根據母沖水庫實際情況,對水庫現狀供水情況進行分析,現狀供水無法滿足用水需求。通過對灌區灌溉用水和人畜需水進行分析,母沖水庫供水范圍P=80%灌溉需水量88.4×104m3,人畜需水量為126×104m3,至規劃水平年(2030年)總需水量為214.4×104m3。母沖水庫壩址天然來水量353×104m3,保證率P=80%下來水量為247.1×104m3,保證率P=95%下來水量為177.1×104m3。

通過興利調節計算可知,在滿足受水區需水量下興利庫容為169.2×104m3,可滿足受水區設計水平年(2030年)供水及灌溉需求。