夏縣2014年高效節(jié)水工程水資源平衡分析

李 闖

（運(yùn)城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 運(yùn)城044000）

夏縣位于運(yùn)城市東約20 km，是農(nóng)業(yè)大縣，經(jīng)濟(jì)收入主要靠農(nóng)業(yè)。夏縣國(guó)土面積1 352.6 km2，總耕地面積4.24萬(wàn)hm2，其中糧食種植面積2萬(wàn)hm2，棉花0.36萬(wàn)hm2，水果種植面積0.69萬(wàn)hm2，蔬菜種植面積1.40萬(wàn)hm2。近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入加大，蔬菜和果林等經(jīng)濟(jì)作物種植比例不斷提高，高水肥農(nóng)業(yè)發(fā)展迅猛，農(nóng)業(yè)用水需求大幅增加。

“水利是農(nóng)業(yè)的命脈”，夏縣地表無(wú)水、地下水資源有限，且連續(xù)多年的大量開(kāi)采，地下水已處于嚴(yán)重超采狀態(tài)；根據(jù)《山西省運(yùn)城市第二次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告》結(jié)果，該縣主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)均屬于地下水嚴(yán)重超采區(qū)。水資源嚴(yán)重不足的現(xiàn)實(shí)，已對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展造成了不良的影響，發(fā)展節(jié)水灌溉已成為緩解水資源供需矛盾的有效途徑。

1 項(xiàng)目概述

按節(jié)水灌溉技術(shù)劃分，夏縣2014年高效節(jié)水工程分為兩個(gè)區(qū)：一是末級(jí)渠系配套工程區(qū)，包括禹王鄉(xiāng)的西秦、中秦、東滸、東滸莊；裴介鎮(zhèn)的西滸、營(yíng)里、魯因、高家堰、毛家堰等村；發(fā)展渠道輸水灌溉，節(jié)水灌溉面積0.12萬(wàn)hm2。目前，各村的農(nóng)業(yè)灌溉水源主要以地下水為主，但水資源量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足作物灌溉需要，雖然尊村引黃在夏縣有規(guī)劃供水量，但自1993年八干夏縣分干渠建成至今，農(nóng)水工程遲遲沒(méi)有配套到位，受益面積有名無(wú)實(shí)。二是井灌區(qū)（管灌區(qū)和涌泉灌區(qū)），為胡張鄉(xiāng)的棗園村、西下馮、胡張、王村、東張南、西張南、其毋、張村、郭村、西谷等村，發(fā)展管灌、涌泉灌節(jié)水灌溉，面積0.21萬(wàn)hm2。近年來(lái)這些村的油桃等經(jīng)濟(jì)作物發(fā)展速度很快，現(xiàn)有的灌溉工程普遍存在配套不到位、規(guī)劃不合理等問(wèn)題，急需發(fā)展高效節(jié)水灌溉技術(shù)，盡快完善現(xiàn)有灌溉的配套工程。

2 項(xiàng)目區(qū)存在的主要問(wèn)題

2.1 引黃灌溉配套工程效益不能發(fā)揮

覆蓋夏縣的尊村引黃灌區(qū)，灌溉范圍為裴介鎮(zhèn)的西滸和禹王鄉(xiāng)的東滸、西秦、東滸等村，設(shè)計(jì)灌溉面積0.674萬(wàn)hm2，由八級(jí)干渠末引出的夏縣分干渠供水，但目前，夏縣分干還需要修復(fù)，設(shè)計(jì)的6條支渠中，目前僅修建支渠1條，斗渠4條，可灌溉面積約為0.15 hm2，與設(shè)計(jì)灌溉面積0.674萬(wàn)hm2的差距還很大。因此，需加快末級(jí)渠道的配套設(shè)施建設(shè)，使其早日發(fā)揮工程效益。

2.2 灌溉水利用系數(shù)較低

近年來(lái)，由于氣候干旱，加之經(jīng)濟(jì)作物種植面積的不斷擴(kuò)大，農(nóng)田灌溉用水量不斷加大，致使地下水位出現(xiàn)嚴(yán)重下降，機(jī)井出水不足，導(dǎo)致機(jī)井報(bào)廢增多，有效灌溉面積減少。另外，灌溉管網(wǎng)經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，老化失修，跑冒滴漏現(xiàn)象嚴(yán)重，渠系水利用系數(shù)較低，加之田間工程配套差，灌溉水利用系數(shù)低，浪費(fèi)水現(xiàn)象嚴(yán)重，急需發(fā)展高效農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)，以緩解當(dāng)?shù)厮Y源嚴(yán)重不足的矛盾。

3 項(xiàng)目區(qū)水資源條件

3.1 灌溉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年選擇

項(xiàng)目區(qū)屬于缺水地區(qū)，主要以旱作物為主，根據(jù)水利部農(nóng)田水利司編制的《節(jié)水灌溉技術(shù)選編》要求，考慮到該地區(qū)為全省的糧食主產(chǎn)區(qū)，且隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和經(jīng)濟(jì)作物種植比例的不斷提高，灌溉需水量不斷增大，故管灌設(shè)計(jì)保證率取80%，涌泉灌設(shè)計(jì)保證率取為85%，尊村渠灌區(qū)則維持原設(shè)計(jì)保證率50%，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年選擇2014年。

3.2 項(xiàng)目區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用狀況及可供水量

項(xiàng)目區(qū)屬于青龍河沖積平原區(qū)，項(xiàng)目區(qū)2014年高效節(jié)水工程井灌區(qū)總面積70 km2。根據(jù)《山西省運(yùn)城市第二次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告》，項(xiàng)目區(qū)地下水開(kāi)采模數(shù)為12.88萬(wàn)m3/（a·km2），地下水可開(kāi)采量為900萬(wàn)m3；現(xiàn)狀年機(jī)井150眼，灌溉面積0.21萬(wàn)hm2，需水量為889萬(wàn)m3，供水量大于需水量，供水量滿(mǎn)足項(xiàng)目用水要求。

末級(jí)渠系配套工程為尊村引黃灌區(qū)，發(fā)展灌溉面積0.12萬(wàn)hm2，經(jīng)與尊村引黃管理局落實(shí)，干渠已配套到位，供水有保障。

因末級(jí)渠系配套工程，干渠已配套到位，供水有保障，所以需水量計(jì)算中只計(jì)算井灌區(qū)（管灌區(qū)和涌泉灌區(qū)）的需水量。

4 灌溉制度擬定

4.1 灌溉水利用系數(shù)確定

根據(jù)《節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50363-2006）要求，大型灌區(qū)（尊村引黃屬大型灌區(qū)）渠系水利用系數(shù)取0.55，田間水利用系數(shù)取0.9，灌溉水利用系數(shù)0.5。純井灌區(qū)管道輸水渠系水利用系數(shù)取0.95，田間水利用系數(shù)取0.9，正常運(yùn)行井灌區(qū)管灌灌溉水利用系數(shù)0.85，涌泉灌灌溉水利用系數(shù)0.9。

4.2 農(nóng)作物種植比例

項(xiàng)目區(qū)農(nóng)作物主要以小麥、玉米、棉花、蔬菜、油桃、核桃等為主，隨著農(nóng)村種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，油桃，核桃和經(jīng)濟(jì)作物的種植面積逐年增大。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，灌區(qū)作物種植情況如下：

管灌區(qū)的種植比例為小麥60%，果樹(shù)（油桃為主）40%，復(fù)播60%；涌泉灌區(qū)全部為油桃和核桃等經(jīng)濟(jì)林。

4.3 設(shè)計(jì)典型年選擇

降水頻率計(jì)算公式：

式中：p——降水頻率；

m——每次降水從大到小的排位序號(hào)；

n——序列總數(shù)。

根據(jù)夏縣氣象局提供的年降水量資料（1953—2009年），進(jìn)行頻率計(jì)算，進(jìn)而對(duì)頻率及降水量進(jìn)行皮爾遜Ⅲ型曲線(xiàn)擬合，擬合的理論頻率曲線(xiàn)如下圖。

圖1洪峰流量頻率曲線(xiàn)

通過(guò)皮爾遜Ⅲ型曲線(xiàn)擬合，降雨量的均值為535.37 mm，Cv=0.28，Cs=0.42。P=80%降雨頻率的設(shè)計(jì)值為407.0 mm，經(jīng)比較，與1986年及2008年的降水量比較接近，由于管灌區(qū)種植作物多樣，其生長(zhǎng)期涵蓋了全年各個(gè)時(shí)期，故選擇最不利年份時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮那些生長(zhǎng)期多處于干旱季節(jié)作物的灌溉要求，很顯然，本區(qū)主要為小麥及果樹(shù)作物，經(jīng)對(duì)兩年的降雨年內(nèi)分配進(jìn)行分析，其中2008年的降雨年內(nèi)分布對(duì)作物生長(zhǎng)不利，故最后選擇2008年作為設(shè)計(jì)典型年。各設(shè)計(jì)典型年各月降水量情況結(jié)果詳見(jiàn)表1。

P=85%降雨頻率的設(shè)計(jì)值為381.8 mm。經(jīng)比較，與2008年及1995年降水量比較接近，經(jīng)對(duì)兩年的降雨年內(nèi)分配進(jìn)行分析，其中1995年的降雨年內(nèi)分布對(duì)作物生長(zhǎng)不利，故選擇1995年作為設(shè)計(jì)典型年。按典型年各月所占比例分配各設(shè)計(jì)頻率年的各月降水量，得設(shè)計(jì)頻率年各月降水量分配情況，詳見(jiàn)表2。

表1典型年各月降水量情況表

表2設(shè)計(jì)頻率年各月降水量分配表

4.4 灌溉定額確定

作物的灌溉定額直接決定著作物的產(chǎn)量，根據(jù)《山西省小麥和作物灌溉試驗(yàn)總結(jié)》及項(xiàng)目區(qū)多年來(lái)的灌溉經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目區(qū)各種作物高產(chǎn)及相應(yīng)田間耗水量見(jiàn)表3。

表3各種作物產(chǎn)量及相應(yīng)的田間耗水量

上表均為田間實(shí)行大水漫灌情況下的田間耗水量值。本次設(shè)計(jì)除小麥和玉米外，油桃將采用涌泉灌節(jié)水技術(shù)。實(shí)行涌泉灌節(jié)水技術(shù)后，其田間耗水量較大水漫灌將有較大降低。但目前運(yùn)城市有關(guān)灌區(qū)的灌溉試驗(yàn)站，還沒(méi)有做過(guò)涌泉灌技術(shù)灌溉情況下的實(shí)驗(yàn)，故田間耗水量暫參考其與田間大水漫灌比較后的節(jié)約灌水量近似值來(lái)代表?？紤]到降水為全面灌溉，涌泉灌為局部灌溉，兩者的灌水方式和質(zhì)量都有所不同，故經(jīng)綜合分析，本次油桃樹(shù)的耗水量計(jì)算按3 000 m3/hm2計(jì)。

通過(guò)作物生育期總降水量、降水利用系數(shù)、生育期總耗水量等指標(biāo)計(jì)算不同作物生長(zhǎng)期的灌溉定額，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4灌溉定額計(jì)算成果表

根據(jù)不同灌溉技術(shù)及各種作物的種植比例，經(jīng)計(jì)算得設(shè)計(jì)保證率下不同灌溉技術(shù)的凈灌溉定額和毛灌溉定額。

（1）凈灌溉定額：（2）毛灌溉定額

管灌、涌泉灌相對(duì)應(yīng)的灌溉水利用系數(shù)分別為0.85、0.9。則：

5 水資源平衡分析

根據(jù)本年度規(guī)劃的灌溉面積、作物組成、降雨情況、各種作物的灌溉制度及輸水和田間灌水的水量損失等進(jìn)行計(jì)算。灌溉用水量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

其他用水量包括農(nóng)民噴藥、施肥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的用水，按高效節(jié)水灌溉需水量的5%考慮，為42.3萬(wàn)m3，累計(jì)灌溉用水量，共計(jì)需水量為889萬(wàn)m3。

表5高效節(jié)水灌溉需水量計(jì)算表

2014年高效節(jié)水工程井灌區(qū)控制面積0.21萬(wàn)hm2，共計(jì)年需水量889萬(wàn)m3。根據(jù)《山西省運(yùn)城市第二次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告》，項(xiàng)目區(qū)地下水開(kāi)采模數(shù)為12.88萬(wàn)m3/a·km2，項(xiàng)目區(qū)涉及范圍總面積70 km2，地下水可開(kāi)采量為900萬(wàn)m3。滿(mǎn)足規(guī)劃項(xiàng)目區(qū)的農(nóng)田灌溉用水需要。