山區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目水資源供需平衡分析
2023-12-31 00:00:00吳英華
科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2023年17期
摘" 要：高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)是鄉(xiāng)村振興背景下發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、提升糧食產(chǎn)量和促進(jìn)農(nóng)民增收的重要舉措。針對松溪壩區(qū)可供水量受區(qū)域中小型河流來水量影響較大的特點，結(jié)合項目區(qū)水資源概況和農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、灌溉制度及定額，對灌溉可供水量與需水量進(jìn)行詳細(xì)分析，探究區(qū)域水資源能否完全滿足高效節(jié)水灌溉需求。論證結(jié)果表明，松溪壩區(qū)內(nèi)4個灌區(qū)的枯季和汛期可供水量均大于灌溉日最大需水量。研究成果可為項目規(guī)劃建設(shè)提供詳實數(shù)據(jù)支撐，也可為山區(qū)類似項目水資源平衡分析提供參考。
關(guān)鍵詞：高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田；土地整理；灌溉；水資源平衡分析；枯季和汛期
中圖分類號：TV93" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）17-0094-04
Abstract： High-standard farmland construction is an important measure for developing modern agriculture， increasing grain output and increasing farmers' income revitalizing rural areas. In view of the fact that the available water supply in Songxi dam area is greatly affected by the inflow of small and medium-sized rivers in the region， based on the general situation of water resources in the project area， crop planting structure， irrigation system and quota， the irrigation available water supply and water demand are analyzed in detail in this paper， so as to explore whether regional water resources can fully meet the needs of high-efficiency and water-saving irrigation. The results show that the available water supply in the dry season and flood season of the four irrigation areas in Songxi dam area is larger than the daily maximum water demand of irrigation. The research results can not only provide detailed data support for project planning and construction， but also provide reference for water resources balance analysis of similar projects in mountainous areas.
Keywords： high standard farmland; land consolidation; irrigation; water resources balance analysis; dry season and flood season
山區(qū)灌區(qū)耕地起伏變化較大，地塊不規(guī)則，水資源利用及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低，因此為提高農(nóng)田灌溉保證率，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，經(jīng)整治建設(shè)集中連片、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、生態(tài)良好的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，這也是實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要舉措[1-2]。水資源是高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田規(guī)劃建設(shè)的關(guān)鍵因素，只有準(zhǔn)確掌握區(qū)域水資源情況才能科學(xué)合理選擇與工程實際相匹配的工程措施，才能確保高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目具有較高技術(shù)經(jīng)濟(jì)性[3]。本文以德江縣2021年壩區(qū)農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目為例，對松溪壩區(qū)水資源概況及水量平衡進(jìn)行詳細(xì)論證計算，探究區(qū)域水資源能否完全滿足高效節(jié)水灌溉需求，以期為農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃建設(shè)提供詳實數(shù)據(jù)資料，有效促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。
1" 項目區(qū)供水水資源概況
松溪壩區(qū)供水水源為南克寨1#溪水、南克寨2#溪水和松溪河，松溪壩區(qū)為南克寨1#溪水、南克寨2#溪水和松溪河現(xiàn)狀灌溉區(qū)域。
1.1" 南克寨1#溪水
南克寨1#溪水屬長江流域烏江水系，設(shè)計取水措施為已建的南克寨1#取水堰，取水堰現(xiàn)狀完好，從萬分之一地形圖上勾繪出南克寨1#取水堰壩址以上集雨面積為1.38 km2。
1.2" 南克寨2#溪水
南克寨2#溪水屬長江流域烏江水系，設(shè)計取水措施為已建的吳家寨取水堰和南克寨2#取水堰，取水堰現(xiàn)狀完好，吳家寨取水堰位于南克寨2#取水堰上游。從萬分之一地形圖上勾繪出吳家寨取水堰壩址以上集雨面積為6.34 km2，南克寨2#取水堰壩址以上集雨面積為6.86 km2。
1.3" 松溪河
松溪河屬長江流域烏江水系，設(shè)計取水措施為已建的松溪河取水堰，取水堰現(xiàn)狀完好，從萬分之一地形圖上勾繪出松溪河取水堰壩址以上集雨面積為30.82 km2。
2" 項目區(qū)水資源概況
2.1" 天然降水
設(shè)計流域內(nèi)無水文測站，臨近流域有思南水文站、印江水文站、德江氣象站、煎茶溪雨量站、英武溪雨量站。思南水文站及印江水文站控制流域面積較大，而項目所涉及的水源流域面積均不大，不宜作參證站。煎茶溪雨量站和英武溪雨量站缺測資料較多，且為委托雨量站，測驗精度和可靠性較差，難以使用，不宜作參證站。德江氣象站為國家基本氣象站網(wǎng)點，觀測項目有氣溫、降水、風(fēng)、濕度和蒸發(fā)等，觀測方法正確，資料可靠，至今已觀測積累了連續(xù)六十余年氣象資料。德江氣象站距離項目區(qū)較近，與項目區(qū)的降雨及徑流分布一致，因此優(yōu)選德江氣象站作為參證站進(jìn)行分析。
從德江氣象站不同系列的水文年降水統(tǒng)計比較，1959—2021年、1969—2021年、1979—2021年、1989—2021年4個系列降水統(tǒng)計參數(shù)基本一致，系列有連續(xù)的豐、平、枯年份，成果見表1。
根據(jù)德江氣象站1959—2021年共63年的降雨量資料統(tǒng)計分析得：德江氣象站多年降水量均值為1 211.4 mm，CV=0.17，CS=2CV，查《貴州省1956—2000年降水量均值等值線圖》及《貴州省1956—2000年年降水量變差系數(shù)CV等值線圖》，松溪壩區(qū)的多年平均降水量為1 200 mm，年降水量變差系數(shù)為0.18。松溪壩區(qū)不同頻率年降水量計算成果，見表2。
2.2" 地表水
設(shè)計流域內(nèi)屬山區(qū)雨源性河流，徑流均由降水補給，查《貴州省1956—2000年徑流深均值等值線圖》，項目區(qū)多年平均徑流深介于600～700 mm，年內(nèi)分配不均。查《貴州省1956—2000年徑流系數(shù)均值等值線圖》，松溪壩區(qū)多年平均徑流系數(shù)為0.56。根據(jù)松溪壩區(qū)的降水成果，計算得松溪壩區(qū)的多年平均徑流深y3=0.56×1 200=672 mm，年徑流變差系數(shù)Cvy=0.27。松溪壩區(qū)不同頻率的年徑流深的計算成果，見表3。
松溪壩區(qū)P=95%月枯水流量模數(shù)為2.02 L/s·km2，P=80%日枯水流量模數(shù)為1.80 L/s·km2。根據(jù)德江氣象站豐枯比并參考德江縣的徑流分布規(guī)律，在主要灌溉期最小日枯水流量模數(shù)一般為枯水期最小日流量模數(shù)的2～3倍，由于項目區(qū)植被較好，降雨豐富，設(shè)計取2.5倍，松溪壩區(qū)主要灌溉期P=80%的日枯水流量模數(shù)為4.50 L/s·km2。
地表水來水量計算公式為
W=0.1yF， （1）
式中：W為年來水量，萬m3；y為年徑流深，mm；F為集水面積，km2。結(jié)合年平均徑流深及年徑流變差系數(shù)，計算得松溪壩區(qū)供水水源不同頻率的年來水量成果，見表4。
3" 供需水量平衡分析
3.1" 可供水量
松溪壩區(qū)供水水源為南克寨1#溪水、南克寨2#溪水和松溪河。項目區(qū)的P=80%日枯水流量模數(shù)為1.80 L/s·km2，主要灌溉期P=80%的日枯水流量模數(shù)為4.50 L/s·km2。
3.1.1" 南克寨1#溪水
南克寨1#取水堰壩址以上集雨面積為1.38 km2，由此計算出南克寨1#取水堰P=80%日枯水期流量為2.48 L/s，主要灌溉期P=80%日枯水流量為6.21 L/s。南克寨1#取水堰上游沒有其他取水措施，上游無用水量。
3.1.2" 南克寨2#溪水
吳家寨取水堰壩址以上集雨面積為6.34 km2，南克寨2#取水堰壩址以上集雨面積為6.86 km2，由此計算出吳家寨取水堰P=80%日枯水期流量為11.41 L/s，主要灌溉期P=80%日枯水流量為28.53 L/s；南克寨2#取水堰P=80%日枯水期流量為12.35 L/s，主要灌溉期P=80%日枯水流量為30.87 L/s。吳家寨取水堰上游沒有其他取水措施，上游無用水量；南克寨2#取水堰上游為吳家寨取水堰。
3.1.3" 松溪河
松溪河取水堰壩址以上集雨面積為30.82 km2，由此計算出松溪河取水堰P=80%日枯水期流量為55.48 L/s，主要灌溉期P=80%日枯水流量為138.69 L/s。松溪河取水堰上游沒有其他取水措施，上游無用水量。
3.2" 灌溉設(shè)計保證率及灌溉定額
3.2.1" 設(shè)計保證率
項目區(qū)處于半濕潤地區(qū)，灌溉作物以水稻為主，灌溉方式主要為渠道輸水和管道輸水，根據(jù)GB 50288—2018《灌溉與排水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定[4]，灌溉設(shè)計保證率為75%～85%，針對貴州省小型農(nóng)田水利的綜合情況考慮，一般灌溉設(shè)計保證率取80%，噴灌、微灌等高效節(jié)水灌溉模式灌溉保證率按85%～95%取值。松溪壩區(qū)有一般灌溉和高效節(jié)水灌溉，一般灌溉設(shè)計保證率取80%，高效節(jié)水灌溉設(shè)計保證率取90%。
3.2.2" 灌溉水利用系數(shù)
渠系水利用系數(shù)均取0.75，水田田間水利用系數(shù)取0.95，則渠道輸水、自流漫灌灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)=渠系水利用系數(shù)×田間水利用系數(shù)，即η=ηS×ηf=0.75×0.95=0.71。
高效節(jié)水灌區(qū)為水田，根據(jù)GB/T 50363—2018《節(jié)水灌溉工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，管道輸水利用系數(shù)不低于0.95，水田田間水利用系數(shù)不低于0.95，則水田管道灌溉水利用系數(shù)不低于0.90，為安全考慮，水田管道灌溉水利用系數(shù)取0.90。
3.2.3" 灌溉制度和定額
項目區(qū)內(nèi)主要種植水稻及油菜，德江縣屬于Ⅱ區(qū)，水稻P=80%年用水定額為5 050 m3/hm2，水稻P=90%年用水定額為5 350 m3/hm2，油菜P=80%年用水定額為1 400 m3/hm2，油菜P=90%年用水定額為1 500 m3/hm2，水稻、油菜輸水方式有渠道（防滲）輸水和低壓管道輸水，渠道（防滲）輸水修正系數(shù)為0.93，低壓管道輸水修正系數(shù)為0.85；灌區(qū)為露天灌溉，修正系數(shù)為1.00。修正后水稻P=80%年用水定額為5 050×0.93×1.00=4 696.5 m/hm2，即313 m/畝（1畝約等于667 m2，下同）；水稻P=90%年用水定額為5 350×0.85×1.00=4 547.5 m/hm2，即303 m/畝；油菜P=80%年用水定額為1 400×0.93×1.00=1 302 m/hm2，即87 m/畝；油菜P=90%年用水定額為1 500×0.85×1.00=1 275 m/hm2，即85 m/畝。
3.3" 現(xiàn)狀供水及需水分析
松溪壩區(qū)設(shè)計灌溉面積753畝（水稻），復(fù)種油菜602.4畝，灌溉方式為渠道灌溉。壩區(qū)共分為4個灌區(qū)，其中南克寨1#取水堰灌區(qū)設(shè)計灌溉面積58畝，吳家寨取水堰灌區(qū)設(shè)計灌溉面積140畝，南克寨2#取水堰灌區(qū)設(shè)計灌溉面積175畝，松溪河取水堰灌區(qū)設(shè)計灌溉面積380畝。
3.3.1" 南克寨1#取水堰灌區(qū)
灌區(qū)設(shè)計灌溉面積58畝（水稻），復(fù)種油菜46.4畝。計算得灌區(qū)豐水期P=80%日最大需水流量為Q需=58×5.6÷0.71÷86.4=5.29 L/s；枯水期P=80%日最大需水流量為Q需=46.4×1.0÷0.71÷86.4=0.76 L/s。
3.3.2" 吳家寨取水堰灌區(qū)
灌區(qū)設(shè)計灌溉面積140畝（水稻），復(fù)種油菜112畝。計算得灌區(qū)豐水期P=80%日最大需水流量為Q需=140×5.6÷0.71÷86.4=12.78 L/s；枯水期P=80%日最大需水流量為Q需=112×1.0÷0.71÷86.4=1.83 L/s。
3.3.3" 南克寨2#取水堰灌區(qū)
灌區(qū)設(shè)計灌溉面積175畝（水稻），復(fù)種油菜140畝。計算得灌區(qū)豐水期P=80%日最大需水流量為Q需=175×5.6÷0.71÷86.4=15.98 L/s；枯水期P=80%日最大需水流量為Q需=140×1.0÷0.71÷86.4=2.28 L/s。
3.3.4" 松溪河取水堰灌區(qū)
灌區(qū)設(shè)計灌溉面積380畝（水稻），復(fù)種油菜304畝。計算得灌區(qū)豐水期P=80%日最大需水流量為Q需=380×5.6÷0.71÷86.4=34.69 L/s；枯水期P=80%日最大需水流量為Q需=304×1.0÷0.71÷86.4=4.96 L/s。
3.4" 供需平衡分析
由松溪壩區(qū)各水源的地理位置可知，吳家寨取水堰位于南克寨2#取水堰上游，計算南克寨2#取水堰可供水流量時，應(yīng)扣除吳家寨取水堰灌區(qū)的取水流量。結(jié)合各水源的來水流量和需水流量[5]，計算得松溪壩區(qū)水資源供需平衡分析成果，見表5。
從表5供需水量平衡計算成果可知，松溪壩區(qū)的灌溉需水流量均小于水源可供水流量，且富余度較大，各水源均能滿足設(shè)計灌溉需水要求。
4" 結(jié)論
與平原區(qū)治理大江大河相比，山區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田受中小河流來水量影響非常大，需根據(jù)前期河流實際勘察資料，合理選擇參證站進(jìn)行分析，以獲得與項目區(qū)相匹配的供水水源不同頻率的年來水量，確保精準(zhǔn)采用和實施高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田整理措施，實現(xiàn)區(qū)域水資源高效利用。經(jīng)水資源供需平衡分析，松溪壩區(qū)內(nèi)4個灌區(qū)的枯季和汛期可供水量均大于日最大需水量，且還有較大富余，能滿足項目區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田實施的水源要求。項目實施后，農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)將得到進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，灌溉設(shè)計保證率和水利用系數(shù)將得到進(jìn)一步提高，確保水、地的高效利用和農(nóng)田的高效產(chǎn)出。后期還應(yīng)結(jié)合水資源供需平衡分析成果，加強(qiáng)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與改造力度，并積極推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，保證鄉(xiāng)村振興、農(nóng)村農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的高質(zhì)量持續(xù)發(fā)展。
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