灌區(qū)水資源供需水量平衡分析

劉海娟

（新疆瑪納斯河流域管理處，新疆 石河子 832000）

灌區(qū)水資源供需水量平衡分析

劉海娟

（新疆瑪納斯河流域管理處，新疆 石河子 832000）

以新疆瑪納斯河流域的東岸大渠過河涵洞段為研究對象，闡述了過河涵洞現(xiàn)狀及存在問題，對東岸大渠過河涵洞段進行了水資源供需水量平衡分析。

水資源；供需平衡；灌區(qū)；效率

灌區(qū)是新疆地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)，研究灌區(qū)供需水量平衡對農(nóng)業(yè)用水安全和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。水資源供需水量平衡研究是在區(qū)域水資源協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，建立合理的數(shù)學(xué)模型，利用水資源供需平衡方程并選擇合理的求解方法進行計算灌溉水利用系數(shù)［1-2］。水資源供需水量平衡模型按照市場經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，以保證供水量為目的，并維護、改善當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，提高灌溉用水利用率［3-4］。

1 過河涵洞現(xiàn)狀及存在問題

東岸大渠8km過河涵洞從東岸大渠引水，穿過瑪納斯河，投入石河子總干渠。涵洞始建于1959年，設(shè)計流量23m3/s，涵洞斷面形式為2孔拱形，涵洞凈高2.5m，凈寬2.7m，結(jié)構(gòu)為漿砌石結(jié)構(gòu)。過河涵洞位于五級電站尾水渠 0+735m處，橫穿東岸大渠、瑪納斯河，涵洞分為兩段，第一段穿過東岸大渠段長約30m；第二段穿過鐵路導(dǎo)流堤，橫穿瑪納斯河段長約630m，兩涵洞之間以127m長明渠相接，涵洞穿越瑪納斯河后，投入石河子總干渠，跨瑪納斯河進口現(xiàn)狀見圖1。

圖1 過河涵洞跨瑪納斯河進口現(xiàn)狀

跨河涵洞經(jīng)過近 50年的運行，已經(jīng)出現(xiàn)了工程老化、卵石松動、剝落、渠道淤積等現(xiàn)象，主要存在以下問題。

（1）原設(shè)計流量 23m3/s，實際過流 8～9m3/s，不能滿足兵團第八師的供水要求。

（2）管理單位每年需投入100多萬元資金和大量的人力物力進行維護，維修管理極為不便。

（3）跨瑪納斯河段的涵洞頂部已經(jīng)被沖出，涵洞下游的河床已經(jīng)被下切成了1～2m的陡坎，且隨著時間的推移，下切的深度在加大，其安全已經(jīng)受到嚴(yán)重的威脅。

2 過河涵洞項目區(qū)供需水量分析

2.1 灌溉利用系數(shù)計算

灌溉水利用系數(shù)為［5］:

式中:ηS為渠系水利用系數(shù)；ηf為田間水利用系數(shù)。

項目區(qū)的計算節(jié)點為東岸大渠8+000m的節(jié)制分水閘處，在保證率為75%的情況下，引水口年可分配水量1.00億 m3。由于項目區(qū)引水口下游有水庫，故項目區(qū)的供水不足部分由地下水補充。項目區(qū)的人畜用水主要利用地下水，可用于農(nóng)業(yè)灌溉的地下水為1200萬m3。項目區(qū)控制灌溉面積30萬畝，至設(shè)計水平年不變，種植結(jié)構(gòu)形式也不變，表1給出了項目區(qū)作物面積及灌溉方式。

表1 項目區(qū)作物面積及灌溉方式

灌溉水利用系數(shù)由渠系水利用系數(shù)、田間水利用系數(shù)等綜合確定。渠系水的利用率根據(jù)灌區(qū)實際情況確定。現(xiàn)狀年項目區(qū)總干、干、支、斗、農(nóng)各級渠道的渠系水利用系數(shù)分別為0.92、0.93、0.92、0.94、0.95。根據(jù)田間灌溉水平、灌溉技術(shù)、土地平整及管理水平等確定現(xiàn)狀年灌區(qū)田間水利用系數(shù)為0.91。灌區(qū)綜合灌溉水利用系數(shù)為0.65。表2給出了項目區(qū)各水平年灌溉水利用系數(shù)表。

2.2 設(shè)計流量計算

為緩解沙灣縣的缺水矛盾，滿足沙灣縣瑪納斯河灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，2006年對頭孚干渠進行了更新改造。目前頭孚干渠從瑪納斯河直接引水，東岸大渠8km過河涵洞所控制的面積由55萬畝減少至 30萬畝。根據(jù)灌區(qū) 2015的灌水率和渠道控制的灌溉面積、灌溉水利用系數(shù)，計算渠道設(shè)計流量，渠道設(shè)計流量Q為:

表2 項目區(qū)各水平年灌溉水利用系數(shù)

式中:q為設(shè)計灌水率（m3/s.萬畝），本次計算取0.31 m3/s.萬畝；A為渠道控制的灌溉面積（萬畝），取 30萬畝。η為續(xù)灌渠道至田間的灌溉水利用系數(shù)。

根據(jù)以上公式計算出渠道的設(shè)計流量為14.3m3/s，加大流量為18m3/s。其中0+000m～0+514m段兼為東岸大渠的退水，其退水流量為40m3/s。為了檢修 9#閘和10#閘之間的渠道，渠道的設(shè)計流量為65m3/s。

2.3 灌溉需水量計算

農(nóng)業(yè)灌溉用水量與作物種植結(jié)構(gòu)、灌溉面積、灌溉方式、灌溉定額及灌溉水利用系數(shù)等多種因素有關(guān)［6］。通過計算，項目區(qū)農(nóng)業(yè)年需水量為13089.58萬m3，各農(nóng)作物每月需水量情況見表3。

表3 項目區(qū)各種作物灌溉需水量 單位:萬m3

2.4 水資源供需平衡分析

本次供需平衡分析采用P=75%來水過程進行分析計算，以年供需水量為基礎(chǔ)，對供需水進行綜合平衡。以不同的灌溉類型進行分層平衡，農(nóng)業(yè)灌溉（含灌溉生態(tài)用水）主要利用水庫水、河水平衡，不足部分開采地下水；灌區(qū)內(nèi)人工生態(tài)用水包含在灌區(qū)林草業(yè)需水量中，自然生態(tài)主要利用河道棄水及洪水進行灌溉，不參與供需平衡表分析。項目區(qū)年缺水1557.87萬m3，項目水資源供需平衡見表4。

表4 農(nóng)業(yè)用水供需平衡分析（P=75%） 單位:萬m3

由于作物種植結(jié)構(gòu)、田間水利用系數(shù)等均未改變，故其節(jié)水量為干渠渠系水利用系數(shù)提高的節(jié)水量。

3 結(jié)論

針對東岸大渠過河涵洞段存在的問題，計算了灌溉利用系數(shù)、設(shè)計流量、灌溉需水量，在此基礎(chǔ)上進行水資源供需平衡分析。研究表明:P=75%來水過程下，以年供需水量為基礎(chǔ)，計算出東岸大渠過河涵洞段年缺水 1557.87萬m3。

分析產(chǎn)生缺水的原因，主要是由于渠道水利用系數(shù)及灌溉水利用系數(shù)均偏低，有必要對灌區(qū)進行改造，減少輸水的滲漏損失，提高渠道水利用系數(shù)，節(jié)約水量，提高作物產(chǎn)量，這對于整個瑪納斯河灌區(qū)來說意義重大。

［1］劉紅英，鄭凌云，拜存有.榆林市水資源供需平衡分析［J］.水資源與水工程學(xué)報，2010（03）:130-133+140.

［2］李彥剛，魏曉妹，蔡明科，等.基于供需水量平衡分析的灌區(qū)機井布局模式［J］.排灌機械工程學(xué)報，2012（05）:614-620.

［3］范文波，李小娟，張鳳華.石河子墾區(qū)農(nóng)業(yè)水資源供需平衡分析［J］.水土保持通報，2008（02）:211-214.

［4］李繼杰.農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計與灌溉技術(shù)的探討［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2015（01）:13-15.

［5］王勇.阿克蘇河灌區(qū)節(jié)水灌溉應(yīng)注意的問題［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2015（01）:26-27+79.

［6］王春素.高效節(jié)水灌溉措施及效益評價［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2014（04）: 50-52.

TV211.1

：A

：1008-1305（2015）05-0064-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2015.05.023

劉海娟（1974年—），女，大專學(xué)歷。