遼渾太河流域農(nóng)業(yè)灌溉期水平衡測試研究

王殿武，張寶東，李 松

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學，遼寧 沈陽110161；2.遼寧省水文水資源勘測局，遼寧 沈陽110003；3.遼寧省水利廳，遼寧 沈陽110001）

0 引言

水平衡測試是水科學管理的重要內(nèi)容之一。所謂水平衡是指一臺設備、一個車間、一個工廠、一個灌區(qū)、一個流域或一個其他用水體系，在生產(chǎn)中所用全部水量的收支平衡。通過水平衡測試可以摸清其供水及用水現(xiàn)狀，正確評價用水水平，挖掘節(jié)水潛力，明確管水主攻方向，為進一步采取節(jié)水技術措施，制定節(jié)水規(guī)劃提供依據(jù)。并能為水行政主管部門實施用水許可制度和年度用水審驗提供基本保證。因此，開展以農(nóng)業(yè)灌溉期為主的水平衡測試，就是在河流及引、排渠上應用水量平衡原理，分清來水量、用水量、損失水量，水運動過程，提供水量調(diào)度和分配的依據(jù)；分析水質(zhì)狀況、污染物的來源及運移規(guī)律，防止突發(fā)性水污染事故的發(fā)生；在此基礎上開發(fā)水量、水質(zhì)相結(jié)合的水庫放水及河道徑流演變的水文模型，為水資源的高效利用、合理配置和優(yōu)化調(diào)度提供技術保障。

1 水平衡測試站網(wǎng)布設

1.1 水量監(jiān)測站網(wǎng)布設

根據(jù)水平衡測試的特點，對遼、渾、太干支流及干流兩側(cè)引排水口進行了普查與監(jiān)測，共設立監(jiān)測斷面239處。其中，干流斷面設30處，主要支流斷面設50處，干流兩岸引排水口斷面共設159處。設立降水、蒸發(fā)量監(jiān)測站近200處。

遼河流域共布設各類水量監(jiān)測站62處。其中，遼河干流河段布設39處，清河支流河段布設18處，柴河支流河段布設5處。

渾河流域共布設各類水量監(jiān)測站71處。其中，渾河干流河段布設監(jiān)測站10處，支流布設臨時監(jiān)測斷面17處，引水口布設臨時監(jiān)測斷面24處，排水口布設臨時監(jiān)測斷面20處。

太子河流域共布設各類水量監(jiān)測站54處。其中，太子河干流布設監(jiān)測站5處，支流布設監(jiān)測站11處，引水口布設臨時水量監(jiān)測斷面9處，排水口布設臨時水量監(jiān)測斷面3處，降水量監(jiān)測站24處，水面蒸發(fā)觀測站2處。

大遼河共布設各類水量監(jiān)測站15處。其中，在營口境內(nèi)設立7處監(jiān)測斷面，在鞍山境內(nèi)設立8處監(jiān)測斷面。

1.2 水質(zhì)監(jiān)測站網(wǎng)布設

原有常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測站網(wǎng)，是在水文站網(wǎng)的基礎上發(fā)展起來的。監(jiān)測斷面涵蓋的范圍窄，很多支流沒有水質(zhì)監(jiān)測斷面，遠遠滿足不了灌溉期水平衡測試的需要。此次水質(zhì)監(jiān)測共布設73個監(jiān)測斷面，在對水平衡測試范圍的所有入河排污口、支流入河口進行全面監(jiān)測的基礎上，對干流監(jiān)測斷面布設采用三斷面法：對照斷面、控制斷面、削減斷面。

1）對照斷面。為了解流入某一區(qū)域（監(jiān)測段）前的水質(zhì)狀況設立此斷面。在位于該區(qū)域所有污染源排污口上游100～500 m處、河流進入城市或工業(yè)區(qū)以前的地方設立，應避開各種廢水、污水流入或回流處。一個河段區(qū)域一個對照斷面，有主要支流時可酌情增加。

2）控制斷面。監(jiān)測污染源對水質(zhì)的影響。在主要排污口下游較充分混合的斷面下游、排污口下游500～1 000 m處，根據(jù)主要污染物的遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律，河水流量和河道水力學特征確定。因為在排污口下游500 m橫斷面上的1/2寬度處污染物濃度一般出現(xiàn)高峰值。根據(jù)城市的工業(yè)布局和排污口分布情況而定。

3）削減斷面。了解經(jīng)稀釋擴散和自凈后，河流水質(zhì)情況。在最后一個排污口下游1 500 m處設立。左中右濃度差較小的斷面、小河流視具體情況而定。

2 水平衡測試分析評價

2004-2007年，連續(xù)4年系統(tǒng)地對遼渾太3條大型河流、7座大型水庫、100余座引排水工程進行水平衡測試，得到實際監(jiān)測數(shù)據(jù)88萬條，統(tǒng)計和調(diào)查數(shù)據(jù)45萬條，對水質(zhì)水量進行了同步監(jiān)測和分析評價。

2.1 水量平衡分析

1）控制站間不同流量級傳播時間分析?？刂普鹃g不同流量級傳播時間分析成果見表1。

2）控制站間水量組合規(guī)律分析。下游控制站流量由正值項、負值項組成。正值項為上游控制站來水、區(qū)間支流入流、區(qū)間排水（包括工業(yè)及生活廢污水）。區(qū)間引水、區(qū)間損失（滲漏、蒸發(fā)）為負值項。

計算公式：Q下T+τ=Q上T+Q支T1+Q區(qū)排T2-Q區(qū)間引T3-Q區(qū)損T4。

Q下T+τ主要由Q上T向下游斷面演進（特征河長匯流曲線法、馬斯京根匯流曲線法）組成。

主要控制站流量演算過程以遼河遼中～六間房河段為例。

本區(qū)間無支流匯入，也無引水，只有區(qū)間損失過程。將遼中水文站的流量過程用馬斯京根法直接演算到六間房斷面，再減去區(qū)間的損失過程，得到六間房水文站的流量演算過程：按照該河段有關演算系數(shù) Δt=K=3，x=0.3，N=6（查馬斯京根法演算參數(shù)表），根據(jù)此參數(shù)查得馬斯京根法匯流系數(shù)表，確定此段匯流系數(shù)，將遼中水文站流量過程按照該匯流系數(shù)演算至六間房斷面，結(jié)果見圖1。

3）水量平衡分析。以整個水平衡測試期為計算時段，計算時要特別注意上、下游站結(jié)束時間的不一致即傳播時間問題，控制站水量計算時間一定要包括整個放水期的完整過程。采用由河道上游向下游進行逐段計算，以水庫—控制站、控制站—控制站為區(qū)間段。

計算公式：W下=W上+W支匯+W區(qū)排-W區(qū)引-W區(qū)損

在上述各種方法獲得Q（干流斷面、支流斷面、支流入?yún)R口……）——T資料的基礎上，用面積包圍法計算水量。

由此法對遼渾太河干流各控制站間和干流行政區(qū)段水量平衡進行了分析。（數(shù)據(jù)略）

2.2 水量、水質(zhì)結(jié)合平衡分析

水庫開始放水后，由于放水前河道內(nèi)徑流很少，廢污水基本存于橡膠壩及閘門內(nèi)，一旦放水就將這些污水沖下來，導致河流中污染物的突然升高，隨著水量的進一步加大，水質(zhì)逐漸得到改善，COD是水質(zhì)污染的一個重要參數(shù)，沖污水量的確定就是根據(jù)主要參數(shù)COD的變化情況來確定，即COD濃度降至Ⅴ類標準（根據(jù)GB3838-2002標準滿足農(nóng)業(yè)用水要求）時的總來水量。水質(zhì)狀況開始平穩(wěn)的水量按照以下各斷面的COD濃度變化曲線來確定。經(jīng)統(tǒng)計分析，遼渾太河灌溉期水質(zhì)變化從總體上看，呈逐漸改善趨勢，即水質(zhì)由嚴重污染改善到一般污染。

表1 遼渾太河各控制站間不同流量級傳播時間分析成果表

圖1 遼河遼中～六間房流量演算過程

灌溉期供水初期，由于河道內(nèi)積累的大量污水，以及河床底泥中的污染物隨著流量突然加大而集中下泄，致使水質(zhì)惡化，水質(zhì)為劣Ⅴ類，持續(xù)時間6 d左右。灌溉期放水中期，水質(zhì)污染略有改善，但污染仍十分嚴重，水質(zhì)為Ⅴ類，持續(xù)時間9 d左右，基本滿足農(nóng)灌需要。供水后期水質(zhì)可以達到Ⅲ～Ⅳ類標準，持續(xù)時間20 d左右，優(yōu)于農(nóng)灌標準。同時得出達到不同標準水質(zhì)的需水量級（如遼河Ⅴ類需水0.6億）。

3 水平衡測試效益分析

3.1 科學調(diào)度，節(jié)水增灌

遼渾太流域灌溉期水平衡測試研究成果改變了水庫灌溉期放水的調(diào)度操作，使之更加科學化、合理化、規(guī)范化，更適合遼寧地區(qū)的現(xiàn)狀；7大水庫設計農(nóng)灌用水保證率達到85%左右，提高了10%左右，節(jié)水增灌達2.9億m3；增加灌溉3.4萬hm2水田，如按9 000 kg/hm2，2.0元/kg計算，可增效6.12億元/a。

3.2 改善了城市景觀生態(tài)

遼渾太河貫穿遼寧省鐵嶺、沈陽、盤錦、撫順、本溪、遼陽、鞍山、營口等大城市。據(jù)統(tǒng)計，農(nóng)灌期間遼河通過鐵嶺市城區(qū)水量2.86億m3；渾河通過撫順市城區(qū)水量4.79億m3，通過沈陽等市城區(qū)水量4.21億m3；太子河通過本溪市城區(qū)水量0.80億m3，通過遼陽市城區(qū)水量3.43億m3；各城區(qū)橡膠攔河壩截蓄水量約0.36億m3。這些均對城市的環(huán)境綠化、市區(qū)美化、空氣凈化等起到了重要作用。

[1]全國節(jié)水用水辦公室.全國節(jié)水規(guī)劃綱要及其研究[M].南京：河海大學出版社，2003.

[2]遼寧省水利廳.遼寧省水資源[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，2006.

[3]水利部國際合作與科技司.當代水利科技前沿[M].北京：科學出版社，2006.