基于灌区设计中水量平衡分析

王　刚

(辽宁省沈阳市水利工程建设质量与安全监督站，沈阳 110013)



基于灌区设计中水量平衡分析

王刚

(辽宁省沈阳市水利工程建设质量与安全监督站，沈阳 110013)

摘要：文章以辽宁省某中型灌区设计为例，简要论述水量平衡设计中的分析和计算方法，设计中对可利用水量和需水量进行详细分析，并得出水量平衡结论。同时灌溉制度的确定和选取应同本地区相适应，来确保水量平衡分析的正确性。

关键词：灌区；水量平衡；灌溉制度；设计；分析

0引言

工程位于辽宁省沈阳市苏家屯境内，系中型自流灌区。灌区水源主要为河水，该灌区是苏家屯区主要粮食生产基地之一。

该灌区设计灌溉面积4 000 hm2，灌区种植作物为水稻。灌溉区域内总人口为 12 万人，其中农业人口为 9.6 万人，农村劳动力人口 4.2万人。在灌溉管理上，根据辽宁省水资源调度管理的要求和本地区的特点，灌区采用大流量、高水位集中供水的灌溉方式，科学管水，适时灌溉，坚持以苗定水，杜绝重复泡田，看前堵后，防止跑水现象发生。同时，要求各受益村采取庭院育苗，必须实行旋耕，在用水之前做好田间支斗渠清淤扩宽。

本工程的研究对于中型灌区的水量平衡分析，可以起到一定的借鉴和参考作用。

1工程概况

1.1工程简介

该灌区骨干工程大多建于20世纪50年代，至今已运行60多年。灌区共有渠首23处，包括柳壕河拦河闸1处，进水闸2处，提水泵站20处。灌区干渠全长33.5 km，支渠全长53.10 km，灌区主要配套水工建筑物65座。

灌区范围内大部分属于低洼易涝区，水位较高，主要靠强排。主要防洪、排涝工程有排水沟、排水闸和排水站。灌区内现有排水设施基本良好，现有排水站 7 处，装机 43 台，排水能力27.15m3/s，均能正常运行[1]。

灌区灌溉面积4 000 hm2，其中自流灌溉面积1 553 hm2，提水灌溉面积2 447 hm2。

1.2自然条件

灌区所在地多年平均气温为8.6℃，其中7月份气温最高，为24.7℃，1月份气温最低，为-10.9℃。冬季多北风、西北风，春夏多南风，最大风力8级，多年平均风速为3 m/s，最大风速为20.7m/s。区内多年平均日照为2511.7 h，多年平均冻土深度l.20 m左右。

灌区多年平均降水量为720.7mm，年内分配不均，6—9月降雨量占全年的73.05%，其中1月份降雨量最少，7月份降雨量最多。多年平均蒸发量为1659.1mm。

2灌区现状水量平衡分析

2.1灌区可供水量

灌区可供水源包括地表水和地下水。

2.1.1灌区地表水

1)水库供水

根据省农业用水指标可知，水田泡插期分水定额为3 300 m3/hm2，灌区设计灌溉面积为4 000 hm2，则泡田期水库给灌区供水1 320 万 m3[3]。

2)拦蓄上游退水

本灌区上游还有一座中型灌区，每年灌溉期间只有上游灌区灌溉完成后，水库供水才能到达本灌区。上游灌区每年灌溉需水量为13 325 万 m3，水库供水1.50 亿 m3，结余水量1 675 万 m3，结余水量全部供给本灌区农业灌溉用水。

3)拦河闸蓄水

根据拦河闸库容曲线可知闸前水位与蓄水量关系，拦河闸设计蓄水位为3.00 m，库容330 万 m3；死水位为1.50 m，库容704E07m3(注：设计蓄水位和死水位高程均为相对高程)，由此可知灌区拦河闸设计蓄水量为260 万 m3。

2.1.2灌区地下水

根据《辽宁省水资源》(辽宁省水利厅编，2006年1月出版)可知，沈阳市平原区地下水可开采模数为30.30 万 m3/km2，该灌区设计灌溉面积为4 000 hm2，则灌区地下水可开采总量为1 212.06 万 m3。

两项合计灌区可供水量为6 947.06 万 m3。

2.2灌区现状需水量

2.2.1灌溉制度的分析与确定

1)灌溉保证率的确定

根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288—99)的规定并结合辽宁省实际情况，水田灌溉保证率采用75%。

2)灌溉制度及灌溉定额的确定

以现状灌溉制度为基础，参照辽宁省水利勘测设计院编制的《辽宁省各种作物灌溉制度分析》中水稻灌溉制度设计中的苗期用水量、泡田期定额，设计灌区苗期用水量和泡田期用水定额，本设计水稻苗期用水量为225 m3/hm2，泡田期定额为1 950 m3/hm2。

根据《行业用水定额》(DB21/T1237—2008)农业林业灌区分区表，辽阳县属于Ⅱ区，水稻基准定额值为6 600 m3/hm2，根据此计算水稻毛灌溉定额。

1)斗渠口下的灌溉定额

mijk=m0×K1i×K2j×K3k×K4+M

(1)

式中：mijk为斗渠口以下灌溉定额，包括净灌溉定额、斗渠口及以下渠系输水损失和田间损失组成；m0为基准定额(m3/667m2)；K1i为工程类型调节系数；K2j为水源类型调节系数；K3k为灌区规模调节系数；K4为附加用水调节系数；M为新开发的盐碱地洗盐用水定额。

2)取水口以下灌溉定额

(2)

式中：m为取水口以下灌溉定额，m3/hm2；ηl为斗渠口以上输配水效率。

3)灌溉水利用系数

按《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288—99)中要求，规划中型水稻灌区田间水利用系数不宜低于0.95；渠系水利用系数≥0.65。该灌区的土质基本为黏土，部分为砂壤土。

考虑灌区渠道防渗护砌后渗透量减少，又考虑灌区改造后管理水平和渠系建筑物工程配套率提高，且参照国内已有资料确定该灌区的田间水利用系数、渠系水利用系数，则灌区现状灌溉水利用系数为0.55，改造后灌溉水利用系数为0.62[3]。

根据以上分析计算得出：现状水稻毛灌溉定额为14860.8 m3/hm2，改造后水稻毛灌溉定额为13 209.6 m3/hm2。

4)用水模数

水田用水最大值发生在泡田期，用水模数公式为：

(3)

式中：t为泡田日数。本灌区只能待上游灌区泡田后，才能给本灌区供水，因此泡田期是用水最紧张的时期，此时灌溉时间短，为了保证泡田、插秧期工作正常进行，灌区多采用大流量灌溉方式，泡田期灌溉时间为6.5 d。

经计算：q=34.65 m3/s/万hm2。

2.2.2灌溉需水量

灌区现状灌溉作物水稻面积4 000 hm2，人口12万人，大牲畜3450头，小牲畜8.9万头。

1)农业灌溉用水量

灌区灌溉水田4 000 hm2，毛灌溉定额为14 860.8 m3/hm2。农业灌溉用水5944.32 万 m3，水源来自地表水和地下水。

2)城乡生活用水量

灌区现有人口12万人，用水定额75L/人·d，年用水量328.50 万 m3，全部取用地下水。

3)牲畜用水量

灌区现有大牲畜3450头，用水定额100L/头·d。小牲畜8.9万头，用水定额15L/头·d，合计年用水量61.32 万 m3，全部取用地下水。

2.3现状水资源供需平衡

现状可供水量为6947.06 万 m3>需水量6334.14 万 m3，供水满足要求。现状水平年需水量平衡分析见表1。

表1　现状水平年需水量平衡分析成果表　万m3

3灌区改造后供需平衡分析

3.1改造后可供水量

工程改造后，灌区可供水量与改造前一致。

3.2改造后需水量

灌区设计灌溉面积4 000 hm2，本次改造后，改善灌溉面积1 167 hm2，恢复自流灌溉面积180 hm2。灌区改造部分灌溉水利用系数由0.55上升至0.62，水田毛灌溉定额由14 860.8 m3/hm2降为13209.6 m3/hm2，预测到2015年，农业灌溉需水量为5 721.96 万 m3，生活用水和牲畜用水与改造前保持一致，用水量为389.82 万 m3。

3.3改造后水资源供需平衡分析

灌区改造后可供水量为6947.06 万 m3>需水量6111.78 万 m3，满足灌区用水要求。设计水平年需水量平衡分析见表2。

表2　设计水平年需水量平衡分析成果表　万m3

由上表可知，灌区改造后节约水量6334.14-6111.78 = 222.36 万 m3。

4结语

1)灌区水量平衡分析设计中，可利用水源要考虑地表水和地下水，需水量要考虑农业灌溉用水、城乡生活用水、牲畜用水和其他用水，以保证灌溉区域内水资源平衡。

2)设计中应注意灌溉制度的选取，灌溉制度的确定结合当地实际情况、实验结论和相关规范，选取的数值应同本地区相适应，来确保水量平衡分析的正确性。

因此，文章在灌区设计中水量平衡分析方面，可以起到一定的借鉴和参考作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国建设部.GB50288—99灌溉与排水工程设计规范[S].北京：中国计划出版社，1999.

[2]中华人民共和国建设部.DB21/T1237—2008行业用水定额[S].沈阳：辽宁科学技术出版社，2009.

[3]辽宁省水利厅.辽宁省水资源[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2006.

中图分类号：S274.1

文献标识码：B

[作者简介]王刚(1982-)，男，辽宁沈阳人，工程师。

[收稿日期]2015-09-28

文章编号：1007-7596(2016)01-0020-03