漢壽縣西湖灌區(qū)水量平衡計(jì)算

李代軍，彭 志

（1. 湖南省水利水電科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007； 2. 漢壽縣西湖灌區(qū)管理局，湖南 常德 415915）

1 灌區(qū)概況

西湖灌區(qū)位于漢壽縣北部，沅江和澧水尾閭，洞庭湖區(qū)重點(diǎn)垸之一的沅澧大垸西湖垸內(nèi)，屬于典型河網(wǎng)堤垸區(qū)，境內(nèi)地勢(shì)開(kāi)闊平坦，河湖港汊密布，一般地面高程在28.0～33.0 m 之間，區(qū)域內(nèi)農(nóng)田成塊連片，溝渠縱橫交錯(cuò)。灌溉范圍覆蓋罐頭嘴、洲口、坡頭、西港4 鎮(zhèn)133 個(gè)行政村，受益人口17.37 萬(wàn)人，設(shè)計(jì)灌溉面積39.27 萬(wàn)畝，其中水田32.52 萬(wàn)畝，旱地6.75 萬(wàn)畝,設(shè)計(jì)灌溉保證率85%。西湖灌區(qū)主要取水水源為西湖內(nèi)江（含垸內(nèi)湖泊）、沅江洪道、澧水洪道和目平湖。

2 灌區(qū)需水量計(jì)算

西湖灌區(qū)需水主要由灌溉、工業(yè)、生活、農(nóng)業(yè)其他需水量構(gòu)成。

1）灌溉需水量。西湖灌區(qū)位于洞庭湖平原地區(qū)，區(qū)內(nèi)土壤多為沉積物，有機(jī)質(zhì)含量豐富，光熱和水資源豐富，適宜于各種農(nóng)作物生長(zhǎng)。灌區(qū)糧食種植作物主要是水稻，經(jīng)濟(jì)作物主要是在中、晚稻收割以后套種油菜，在旱地種植棉花、蔬菜等。在計(jì)算灌區(qū)種植作物綜合灌溉定額時(shí)主要考慮水稻（包括早、中、晚稻）、油菜、棉花和蔬菜4 種作物。各作物生育期灌溉定額采用水量平衡原理分析計(jì)算，根據(jù)灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)計(jì)算歷年綜合灌溉定額，灌區(qū)多年平均綜合灌溉定額為350.5 m3/畝。

2）工業(yè)需水量。灌區(qū)內(nèi)工業(yè)以農(nóng)產(chǎn)品加工等為主，按工業(yè)用水不受豐、枯年的影響或影響很小，工業(yè)用水利用萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量指標(biāo)來(lái)計(jì)算，西湖灌區(qū)工業(yè)用水總量為446 萬(wàn)m3。

3）生活需水量。城鎮(zhèn)生活需水指標(biāo)根據(jù)《湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)用水定額》（DB43/T 388-2020）確定，小城鎮(zhèn)、小城市城鎮(zhèn)居民用水定額取145 L/人·d，集中式供水農(nóng)村居民用水定額取100 L/人·d。農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)用水定額統(tǒng)一取大牲畜為35 L/頭·d，小牲畜為15 L/頭·d，家禽1.5 L/只·d。西湖灌區(qū)生活需水總量780 萬(wàn)m3，由沅泉大水廠集中供給，灌區(qū)水量平衡計(jì)算不考慮生活需水量。

4）農(nóng)業(yè)其他需水量。農(nóng)業(yè)其他需水量包括林、牧、漁業(yè)等需水量，林、牧、漁業(yè)及其他需水牽涉面較廣。西湖灌區(qū)漁業(yè)發(fā)達(dá)，池塘養(yǎng)殖面積合計(jì)8.26 萬(wàn)畝，2017年漁業(yè)養(yǎng)殖產(chǎn)量4.121 萬(wàn)t，總產(chǎn)值5.5 億元，占漢壽縣漁業(yè)總產(chǎn)值的46.0%。經(jīng)統(tǒng)計(jì)灌區(qū)內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)2008—2017 年林牧漁業(yè)需水量，分析其與灌溉用水量的比例，確定農(nóng)業(yè)其他需水量取灌溉需水量的12%，西湖灌區(qū)農(nóng)業(yè)其他多年平均需水量1 274 萬(wàn)m3。

3 水量平衡計(jì)算

3.1 計(jì)算原則

灌區(qū)用水主要為農(nóng)業(yè)灌溉用水、工業(yè)、生活及農(nóng)業(yè)其他用水。灌區(qū)供水水源主要為西湖內(nèi)江、沅江、澧水及目平湖。

1）首先滿足灌區(qū)人畜飲水、城鎮(zhèn)生活用水（灌區(qū)生活用水由沅泉大水廠供應(yīng)，沅泉大水廠取水水源為沅水干流，本次計(jì)算不考慮），然后滿足工業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉及其他用水。

2）平衡時(shí)先由西湖內(nèi)江供水，不足部分由外江供水。

3）平衡計(jì)算過(guò)程采用典型年法逐旬進(jìn)行計(jì)算。

3.2 灌溉水利用系數(shù)

根據(jù)湖南省水利水電科學(xué)研究院對(duì)西湖灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)測(cè)算成果，灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉水利用系數(shù)約為0.52。由于西湖灌區(qū)為提水灌溉式灌區(qū)，水源分散，輸水渠道相較于水源為水庫(kù)的灌區(qū)長(zhǎng)度較短，隨著干支渠采取襯砌等節(jié)水措施，灌溉水利用系數(shù)將不斷提高，本次計(jì)算灌溉水利用系數(shù)取0.57，確定過(guò)程如下：

1）渠系水利用系數(shù)。渠系水利用系數(shù)的大小與渠系長(zhǎng)度、流量大小、工程質(zhì)量等有關(guān)。根據(jù)灌區(qū)各級(jí)渠道的襯砌方式，結(jié)合灌區(qū)的實(shí)際情況，干渠水利用系數(shù)取80%；支渠水利用系數(shù)取75%，西湖灌區(qū)的渠系水利系數(shù)為0.6。

2）田間水利用系數(shù)。根據(jù)節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范，結(jié)合本區(qū)土壤質(zhì)地、田土規(guī)劃及作物組成，田間水利用系數(shù)取0.95。

3）灌溉水利用系數(shù)。在渠系水利用系數(shù)的基礎(chǔ)上計(jì)入田間水利用系數(shù)，即得灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)為0.57。

3.3 典型年選擇

以水文年降水量（4 月—次年3 月）頻率曲線為依據(jù)，選擇符合或接近設(shè)計(jì)保證率水文年降水量，并分析年內(nèi)分配情況確定典型年。漢壽縣氣象站1973—2016 年降水量系列排頻計(jì)算成果如表1 所示，漢壽縣多年平均年降水量為1402.7mm，頻率P=85%年降水量為1116.5mm。

與P=85%年降水量比較接近的年份有2015.4～2016.3（1 126.6 mm）；2007.4～2008.3（1 103.2 mm）；1974.4～1975.3（1 102.1 mm）。降水年內(nèi)分配如圖1 所示，降水量偏枯的年份，少雨期多集中在7—10 月，7—10 月降水對(duì)晚稻孕穗揚(yáng)花、灌漿成熟影響較大，以上年份伏旱期（7—10 月）降水量如表2 所示，2015 年4 月—2016年3 月伏旱期降水量為248.0 mm，具有典型的伏旱特征，對(duì)作物生長(zhǎng)不利，綜合考慮冬春季（12 月—次年3月）的降水量，選取2015 年4 月—2016 年3 月作為計(jì)算典型年是合理的。

表1 漢壽縣氣象站設(shè)計(jì)時(shí)段降水量（當(dāng)年4 月—次年3 月）設(shè)計(jì)成果表 mm

圖1 典型年降水量年內(nèi)分配圖

表2 典型年7—10 月降水量統(tǒng)計(jì)表 mm

3.4 西湖內(nèi)江供水量計(jì)算

1）西湖內(nèi)江基本情況。西湖內(nèi)江及其支流岔河蜿蜒曲折貫穿整個(gè)西湖垸，河道總長(zhǎng)131.5 km，平均寬度在50～200 m 之間。為了使灌區(qū)灌排兩利，在文蔚易家嘴和酉港偏坡攔河筑壩、建閘，將西湖內(nèi)江隔分為高水內(nèi)江和低水內(nèi)江。

高水內(nèi)江是農(nóng)田灌溉的主要水源和天然灌溉渠道。高水內(nèi)江西起羅家鋪閘，東至趙家河閘，加上垸內(nèi)河汊及支流，全長(zhǎng)84.25 km，平均寬50～150 m。高水內(nèi)江一般不排澇，根據(jù)歷年經(jīng)驗(yàn)，在汛期來(lái)臨之前，調(diào)節(jié)好高水內(nèi)江的水量，如果達(dá)到防洪限制水位，則通過(guò)開(kāi)啟易家嘴節(jié)制閘將高水排至低水，再由坡頭泵站外排，同時(shí)通過(guò)趙家河泵站及澧水洪道、目平湖沿岸的泵站協(xié)排。高水內(nèi)江灌溉主要是通過(guò)自流灌溉或建在高水內(nèi)江的泵站抽水，水源為高水內(nèi)江以及垸內(nèi)排水渠，水量不足時(shí)通過(guò)趙家河閘從外江補(bǔ)水。高水內(nèi)江常年平均水位29 m，相應(yīng)容積3 949 萬(wàn)m3；防洪警戒水位32 m，相應(yīng)容積7 473 萬(wàn)m3；最低水位24 m，相應(yīng)容積604萬(wàn)m3。從防洪警戒水位至最低水位之間的消落深度為8 m，相應(yīng)的調(diào)節(jié)容積為6 869 萬(wàn)m3。

低水內(nèi)江是垸內(nèi)漬水的主要通道，西起小港堵口，東至坡頭泵站，加上垸內(nèi)河汊及支流，全長(zhǎng)47.25 km，平均寬50～200 m。排澇時(shí)通過(guò)坡頭泵站向外河排水，抗旱主要通過(guò)關(guān)閉坡頭泵站的閘門(mén)，讓低水內(nèi)江形成封閉水源，然后通過(guò)建在低水內(nèi)江的泵站提水灌溉。低水內(nèi)江常年平均水位26m，相應(yīng)容積1 601.1 萬(wàn)m3，汛期（4—9 月）起排水位26.5 m，相應(yīng)容積1 869.5 萬(wàn)m3，止排水位25.5 m，相應(yīng)容積1 367.5 萬(wàn)m3。起、止排水位之間的消落深度為1 m，相應(yīng)的調(diào)節(jié)容積為502 萬(wàn)m3。西湖內(nèi)江的容積曲線如圖2 所示。

2）產(chǎn)水計(jì)算。西湖灌區(qū)當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)水模數(shù)通過(guò)鄰近的五寶山水文站徑流資料及漢壽縣氣象站的降水資料綜合計(jì)算得到。五寶山水文站位于漢壽縣朱家鋪鎮(zhèn)五寶村，距離西湖灌區(qū)約28 km，控制以上流域面積145 km2，于1972 年1 月設(shè)立，1997年停測(cè)。計(jì)算選擇五寶山水文站作為灌區(qū)代表水文站，五寶山站徑流由兩部分組成，1973—1997年為實(shí)測(cè)徑流；1998—2016 年徑流由五寶山年徑流與五寶山年降水相關(guān)關(guān)系推求，以五寶山月降水查降水徑流相關(guān)關(guān)系得月徑流，并以年降水徑流相關(guān)關(guān)系推求的年徑流進(jìn)行控制，再由五寶山站的旬月降水比例推求其旬徑流，最后經(jīng)漢壽氣象站年降水進(jìn)行逐年修正，最終得到灌區(qū)的產(chǎn)水模數(shù)。

西湖內(nèi)江受水面積約154 km2，根據(jù)西湖灌區(qū)產(chǎn)水模數(shù)計(jì)算多年平均產(chǎn)水量1.40 億m3。西湖內(nèi)江蒸發(fā)和滲漏損失按旬初容積的5‰考慮。

3）西湖內(nèi)江供水量計(jì)算。西湖內(nèi)江通過(guò)易家嘴節(jié)制閘分隔高水內(nèi)江和低水內(nèi)江，其中低水內(nèi)江調(diào)節(jié)能力較低，調(diào)節(jié)容積為502 萬(wàn)m3，主要作為澇水入沅水的通道。為簡(jiǎn)化計(jì)算，僅考慮高水內(nèi)江的調(diào)蓄作用，計(jì)算中起調(diào)水位為24 m，相應(yīng)容積604 萬(wàn)m3，起調(diào)水位24 m 至防洪限制水位32 m 之間的調(diào)節(jié)容積為6 869 萬(wàn)m3。西湖內(nèi)江的“庫(kù)容系數(shù)”約為0.49，相當(dāng)于年調(diào)節(jié)水庫(kù)的水平，西湖內(nèi)江實(shí)際年供水量根據(jù)年內(nèi)的來(lái)水～用水情況通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)算確定。

圖2 西湖內(nèi)江水位～容積曲線圖

3.5 計(jì)算成果

西湖灌區(qū)在設(shè)計(jì)保證率P=85%下的需水量為27754萬(wàn)m3，其中灌溉需水量25 560 萬(wàn)m3、工業(yè)需水量446萬(wàn)m3、農(nóng)業(yè)其他需水量1 748 萬(wàn)m3。通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)算，西湖內(nèi)江供水量10 191 萬(wàn)m3，需從外江引水17 563 萬(wàn)m3，西湖灌區(qū)水量平衡計(jì)算成果（P=85%）如表3 所示。

表3 西湖灌區(qū)水量計(jì)算成果表（P=85%） 萬(wàn)m3

4 結(jié) 語(yǔ)

西湖灌區(qū)位于洞庭湖區(qū)沅澧大院，沅水、澧水、目平湖三面環(huán)繞，加之垸區(qū)內(nèi)呈河網(wǎng)密布的西湖內(nèi)江水系，灌區(qū)可利用的水資源是很豐富的。本文將西湖內(nèi)江槽蓄量視為可調(diào)節(jié)的“庫(kù)容”，計(jì)算了西湖灌區(qū)的取用水量情況，可為類似圩垸灌區(qū)的水量平衡計(jì)算提供參考。