牟漢書(shū)， 周 婕， 李 霞， 熊東紅， 張愛(ài)民， 仇錦先*

(1.江蘇省淮安市水生態(tài)建設(shè)服務(wù)中心， 江蘇 淮安 223005； 2.揚(yáng)州大學(xué)， 江蘇 揚(yáng)州 225009；3.江蘇省淮安市淮漣灌區(qū)管理所， 江蘇 淮安 223001)

1 灌區(qū)概況

淮漣灌區(qū)為江蘇省淮安市大型灌區(qū)之一，建于1958年，位于淮沭以東、北六塘河以南、鹽河以北、西張河以西，灌區(qū)總面積860 km2，包括漣水縣和淮陰區(qū)的17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)324個(gè)行政村，總?cè)丝?9.07萬(wàn)人。灌區(qū)現(xiàn)有耕地面積535 km2，設(shè)計(jì)灌溉面積533 km2。灌區(qū)降水量年際變化較大，年內(nèi)分配不均，旱澇災(zāi)害多發(fā)。灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有總干渠1條(長(zhǎng)度27.6 km，設(shè)計(jì)流量110.0 m3/s)，控制灌溉面積370 km2；沿線依次布設(shè)干渠4條，即一干渠(33.9 km，15.1 m3/s)、二干渠(18.0 km，10.0 m3/s)、四干渠(東西長(zhǎng)13.6 km，34.25 m3/s；南北長(zhǎng)15.7 km，10.2 m3/s)和三干渠(28.08 km，40.5 m3/s)，如圖1所示。每條干渠渠首均設(shè)有渠首閘，其中總干渠首為淮漣閘，由省淮沭新河管理處負(fù)責(zé)管理；一干閘、二干閘、三干閘、四干閘均由淮漣灌區(qū)管理所負(fù)責(zé)管理調(diào)度。

圖1 淮漣灌區(qū)骨干(支級(jí)以上)灌排渠系網(wǎng)絡(luò)

灌區(qū)灌溉引用水源來(lái)自洪澤湖，淮漣渠首閘由省屬單位管理，灌溉流量實(shí)行定量供應(yīng)，4個(gè)渠首閘在引水總量一定的情況下，進(jìn)行水源分配。灌區(qū)灌溉在2011年之前一直采用續(xù)灌，沒(méi)有形成合理有效的灌溉模式，存在“上游盡搶、下游聽(tīng)賞”的現(xiàn)象。淮河流域歷來(lái)旱情嚴(yán)重[1-2]，特別是2011年、2012年連續(xù)干旱，洪澤湖水源極度匱乏，導(dǎo)致灌區(qū)灌溉水量供不應(yīng)求，加劇了淮陰、漣水兩地的用水矛盾。為有效提高灌區(qū)灌溉設(shè)計(jì)保證率，切實(shí)緩解地方用水矛盾糾紛，淮漣灌區(qū)管理所開(kāi)始進(jìn)行水源調(diào)度探索與實(shí)踐，逐漸形成一套較為合理的水源精準(zhǔn)調(diào)度模式。

2 水源精準(zhǔn)調(diào)度模式

基于灌區(qū)現(xiàn)有骨干渠系分布以及灌區(qū)用水情況，分析淮漣灌區(qū)不同水文年型作物灌溉制度，基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，綜合分析每條干渠渠首引水量，通過(guò)干渠渠首閘啟閉控制，在總干渠渠首給定流量相對(duì)固定的前提下，采取基于動(dòng)態(tài)輪灌的實(shí)時(shí)水源調(diào)度方案，對(duì)灌區(qū)水源及各干渠引水量進(jìn)行科學(xué)分配，減少用水矛盾，提高灌溉設(shè)計(jì)保證率，達(dá)到灌區(qū)水源效益最大化，同時(shí)最大限度節(jié)約灌溉水量。

2.1 作物灌溉制度

淮漣灌區(qū)水源調(diào)度以水稻需水為主要依據(jù)。灌區(qū)水稻品種以中稻為主，一般在 5 月中旬育秧，6 月中旬泡田栽插，9 月底10月初收割。泡田期是灌水定額最大的階段，根據(jù)淮陰區(qū)和漣水縣水利試驗(yàn)站《2019年灌溉水利用系數(shù)測(cè)定報(bào)告》，結(jié)合灌區(qū)土壤性質(zhì)及地下水埋深，水稻泡田定額取6.67 m3/hm2(P=85%)，泡田期5 d。稻田采用淺濕調(diào)控灌溉技術(shù)，根據(jù)水稻不同生育期適宜水層、土壤墑情、降水量、田間耗水量等，運(yùn)用水量平衡原理，并結(jié)合當(dāng)?shù)毓嗨?jīng)驗(yàn)，確定不同水文年型水稻灌溉制度。水稻生育期灌溉制度計(jì)算時(shí)的灌水量、排水量及水層深度確定方法如下：

當(dāng)ht-1+Pt-St-ETt

當(dāng)ht-1+Pt-St-ETt>Hp時(shí)，dt=ht-1+Pt-St-ETt-Hp，否則dt=0；

ht=ht-1+Pt+mt-St-ETtdt

(1)

式中：ht-1表示第t時(shí)段初的土壤含水量或田面水層深度，mm；Pt表示第t時(shí)段降雨量，mm；St表示第t時(shí)段滲漏量，mm；ETt表示第t時(shí)段作物需水量，mm；mt表示第t時(shí)段灌水量，mm；dt表示第t時(shí)段排水量，mm；ht表示第t時(shí)段末的土壤含水量或田面水層深度，mm。

限于篇幅，這里給出了淮漣灌區(qū)水稻灌溉制度(P=85%)，如圖2所示，灌溉定額為675 mm(合30 m3/hm2)。

圖2 淮漣灌區(qū)水稻灌溉制度(P=85%)

2.2 灌區(qū)輪灌方案

借鑒國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)灌區(qū)最優(yōu)工作制度開(kāi)展的研究[3-4]，筆者結(jié)合淮漣灌區(qū)水源調(diào)度存在問(wèn)題與多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)灌區(qū)輪灌方案進(jìn)行了不斷探索與總結(jié)。淮漣灌區(qū)水源引水總量，包括總干渠沿線4條干渠渠首引水量、直掛斗渠引水量和沿程損失水量之和。根據(jù)灌區(qū)各支渠控制范圍內(nèi)作物灌溉制度、種植面積和灌溉水利用系數(shù)等，確定每條干渠渠首引水量(公式(2))。同時(shí)，結(jié)合總干渠沿線各干渠空間分布及地方各用水片區(qū)特殊情況，制定灌區(qū)輪灌方案(表1)；根據(jù)渠首上下游水位、開(kāi)閘延續(xù)時(shí)間及閘門(mén)開(kāi)度等，控制渠首最低引水流量。

(2)

式中：Wi表示第i時(shí)段各條干渠渠首引水量之和；Wji表示第i時(shí)段第j條干渠的渠首引水量；Ark表示第k條支渠控制范圍內(nèi)第r種作物的種植面積，萬(wàn)hm2；mri表示第i時(shí)段第r種作物的灌水定額，m3/hm2；ηk表示第k條支渠控制范圍的灌溉水利用系數(shù)。

在具體實(shí)踐操作中，灌區(qū)每條斗渠、支渠或干渠控制的灌溉區(qū)域需水量是不斷變化的。一方面由于受到市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)手段調(diào)控影響，大部分農(nóng)村勞動(dòng)力基本在城里務(wù)工，農(nóng)忙時(shí)回家突擊幾天完成水稻栽插愿望強(qiáng)，導(dǎo)致灌區(qū)灌溉集中用水現(xiàn)象比較明顯；另一方面淮陰區(qū)水稻集中泡田栽插時(shí)間比漣水提前3～5 d，但是漣水的水稻栽插速度往往比淮陰區(qū)快。同時(shí)，灌區(qū)用水面廣，各片區(qū)灌溉情況復(fù)雜，常常導(dǎo)致用水緊張，地方群眾矛盾激化，難以順利執(zhí)行輪灌方案。因此，需要及時(shí)收集灌區(qū)面上用水信息，在上述輪灌方案的基礎(chǔ)上，通過(guò)統(tǒng)籌調(diào)節(jié)各個(gè)渠首閘門(mén)啟閉開(kāi)度，調(diào)度各干渠引用水量，緩解用水矛盾，同時(shí)使灌溉水源得到高效利用。綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等現(xiàn)代科技手段，調(diào)試與制定灌區(qū)動(dòng)態(tài)輪灌方案，具體實(shí)現(xiàn)途徑如圖3所示。

2.3 水源實(shí)時(shí)調(diào)控

水源動(dòng)態(tài)調(diào)控是綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等現(xiàn)代科技手段，基于灌區(qū)動(dòng)態(tài)輪灌的基礎(chǔ)上，根據(jù)灌溉水源供給量、灌區(qū)作物需水量實(shí)時(shí)估算[5]，對(duì)水源調(diào)度方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)時(shí)改變水源調(diào)度方案、防汛防旱預(yù)案“一案多年”、渠首閘門(mén)“大開(kāi)大合”的水源粗放管理方式，推動(dòng)灌區(qū)科學(xué)高效利用水資源，實(shí)現(xiàn)基于現(xiàn)代科技手段綜合運(yùn)用的灌區(qū)水源精準(zhǔn)調(diào)度管理模式[6]。

3 應(yīng)用效果分析

淮安市淮漣灌區(qū)自2011年實(shí)施水源精準(zhǔn)調(diào)度方案以來(lái)，一是節(jié)約了灌區(qū)灌溉用水量，以灌區(qū)水稻用水量為例，忽略其他非主要要素，從2011年應(yīng)用開(kāi)始，灌區(qū)年均節(jié)水0.5億m3以上(表2)，而且水源調(diào)度方案越精準(zhǔn)，灌區(qū)節(jié)水效益越明顯；二是有效緩解了灌區(qū)各片區(qū)用水矛盾，整個(gè)灌區(qū)再未出現(xiàn)因灌溉用水導(dǎo)致群眾上訪極端事件，而且因?yàn)橛盟繙p少了，群眾水費(fèi)支出相應(yīng)減少，社會(huì)效益明顯；三是轉(zhuǎn)變了灌區(qū)管理人員工作思路，提升了管理水平，推進(jìn)管理工作邁上新臺(tái)階。

表1 淮漣灌區(qū)直管涵閘(干渠)循環(huán)輪灌方案

圖3 灌區(qū)動(dòng)態(tài)輪灌方案實(shí)現(xiàn)路徑

表2 淮漣灌區(qū)2010—2020年水稻灌溉用水量統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)淮漣灌區(qū)現(xiàn)狀水源調(diào)度存在問(wèn)題，通過(guò)不斷探索與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，并綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等現(xiàn)代科技手段，研究并提出了“基于動(dòng)態(tài)輪灌的實(shí)時(shí)調(diào)控”大型灌區(qū)水源精準(zhǔn)調(diào)度模式。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐表明，該模式徹底改變了水源調(diào)度粗放管理局面，有效提高了灌區(qū)灌溉設(shè)計(jì)保證率，節(jié)水效益顯著。

大型灌區(qū)水源精準(zhǔn)調(diào)度模式踐行新時(shí)期“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡”的治水理念，為水利工程精細(xì)化管理提供了經(jīng)驗(yàn)做法，可以在水利工程管理多領(lǐng)域靈活運(yùn)用，如區(qū)域防汛防旱、水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度、跨流域調(diào)水等水源空間調(diào)控領(lǐng)域提供了借鑒或工作思路。當(dāng)然，在具體應(yīng)用時(shí)要統(tǒng)籌考慮，因地制宜，區(qū)別對(duì)待，科學(xué)分析與決策，制定適宜的水源調(diào)度方案，才能取得預(yù)期的效果。