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(guò)河涵洞段為研究對(duì)象，闡述了過(guò)河涵洞現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，對(duì)東岸大渠過(guò)河涵洞段進(jìn)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(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，研究灌區(qū)供需水量平衡對(duì)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(jìn)行計(jì)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(chǎng)經(jīng)濟(jì)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(hù)、改善當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，提高灌溉用水利用率［3-4］。

1 過(guò)河涵洞現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

東岸大渠8km過(guò)河涵洞從東岸大渠引水，穿過(guò)瑪納斯河，投入石河子總干渠。涵洞始建于1959年，設(shè)計(jì)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(guò)河涵洞位于五級(jí)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(guò)東岸大渠段長(zhǎng)約30m；第二段穿過(guò)鐵路導(dǎo)流堤，橫穿瑪納斯河段長(zhǎng)約630m，兩涵洞之間以127m長(zhǎng)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(jìn)口現(xiàn)狀見圖1。

圖1 過(guò)河涵洞跨瑪納斯河進(jìn)口現(xiàn)狀

跨河涵洞經(jīng)過(guò)近 50年的運(yùn)行，已經(jīng)出現(xiàn)了工程老化、卵石松動(dòng)、剝落、渠道淤積等現(xiàn)象，主要存在以下問(wèn)題。

（1）原設(shè)計(jì)流量 23m3/s，實(shí)際過(guò)流 8～9m3/s，不能滿足兵團(tuán)第八師的供水要求。

（2）管理單位每年需投入100多萬(wàn)元資金和大量的人力物力進(jìn)行維護(hù)，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(shí)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(guò)河涵洞項(xiàng)目區(qū)供需水量分析

2.1 灌溉利用系數(shù)計(jì)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(xiàng)目區(qū)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)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(xiàng)目區(qū)引水口下游有水庫(kù)，故項(xiàng)目區(qū)的供水不足部分由地下水補(bǔ)充。項(xiàng)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(wàn)m3。項(xiàng)目區(qū)控制灌溉面積30萬(wàn)畝，至設(shè)計(jì)水平年不變，種植結(jié)構(gòu)形式也不變，表1給出了項(xiàng)目區(qū)作物面積及灌溉方式。

表1 項(xiàng)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(shí)際情況確定。現(xiàn)狀年項(xiàng)目區(qū)總干、干、支、斗、農(nóng)各級(jí)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(xiàng)目區(qū)各水平年灌溉水利用系數(shù)表。

2.2 設(shè)計(jì)流量計(jì)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(jì)的可持續(xù)發(fā)展，2006年對(duì)頭孚干渠進(jìn)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(guò)河涵洞所控制的面積由55萬(wàn)畝減少至 30萬(wàn)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(jì)算渠道設(shè)計(jì)流量，渠道設(shè)計(jì)流量Q為:

表2 項(xiàng)目區(qū)各水平年灌溉水利用系數(shù)

式中:q為設(shè)計(jì)灌水率（m3/s.萬(wàn)畝），本次計(jì)算取0.31 m3/s.萬(wàn)畝；A為渠道控制的灌溉面積（萬(wàn)畝），取 30萬(wàn)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(jì)算出渠道的設(shè)計(jì)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(jì)流量為65m3/s。

2.3 灌溉需水量計(jì)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(guò)計(jì)算，項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)年需水量為13089.58萬(wàn)m3，各農(nóng)作物每月需水量情況見表3。

表3 項(xiàng)目區(qū)各種作物灌溉需水量 單位:萬(wàn)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(lái)水過(guò)程進(jìn)行分析計(jì)算，以年供需水量為基礎(chǔ)，對(duì)供需水進(jìn)行綜合平衡。以不同的灌溉類型進(jìn)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(kù)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(jìn)行灌溉，不參與供需平衡表分析。項(xiàng)目區(qū)年缺水1557.87萬(wàn)m3，項(xiàng)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(wàn)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(duì)東岸大渠過(guò)河涵洞段存在的問(wèn)題，計(jì)算了灌溉利用系數(shù)、設(shè)計(jì)流量、灌溉需水量，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行水資源供需平衡分析。研究表明:P=75%來(lái)水過(guò)程下，以年供需水量為基礎(chǔ)，計(jì)算出東岸大渠過(guò)河涵洞段年缺水 1557.87萬(wàn)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(duì)灌區(qū)進(jìn)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(duì)于整個(gè)瑪納斯河灌區(qū)來(lái)說(shuō)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(bào)，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(jī)井布局模式［J］.排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，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(bào)，2008（02）:211-214.

［4］李繼杰.農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)與灌溉技術(shù)的探討［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，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(wèn)題［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015（01）:26-27+79.

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

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：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。