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        南疆地區(qū)沙雅縣渭干河供需水平衡分析

        2021-06-29 08:39:24新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限責(zé)任公司趙衛(wèi)東
        區(qū)域治理 2021年4期
        關(guān)鍵詞:規(guī)劃

        新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司 趙衛(wèi)東

        一、引言

        灌區(qū)工程建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義[1]。早期灌區(qū)粗放式管理水利用系數(shù)下降,造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi),高效節(jié)水工程建設(shè)是十分必要的[2-3]。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展,作物種植結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,灌區(qū)改造過(guò)程中供需水平衡分析是十分重要的。結(jié)合渭干河灌區(qū)工程,分析灌區(qū)供需水特征。

        目前渭干河灌區(qū)已建成平原反調(diào)節(jié)水庫(kù)3座,調(diào)節(jié)庫(kù)容共計(jì)540.5萬(wàn)m3,渭干河龍口引水樞紐1座,形成渭干河總干渠、各縣總干渠及由其配套的干、支、斗、農(nóng)輸配水體系。

        二、用水總量控制

        (一)地表水

        規(guī)劃年灌區(qū)85%頻率來(lái)水進(jìn)行平衡,85%頻率可引水量6.2億m3。

        (二)地下水

        規(guī)劃年農(nóng)業(yè)地下水開采量執(zhí)行用水總量控制方案相應(yīng)指標(biāo)。地下水可供水量4507 萬(wàn) m3。

        三、需水量計(jì)算

        (一)種植結(jié)構(gòu)

        灌溉面積,據(jù)水利普查成果分析沙雅縣渭干河灌區(qū)涉及6鎮(zhèn)、2鄉(xiāng)、1農(nóng)場(chǎng),總灌溉面積113.63萬(wàn)畝。

        (二)灌溉水利用系數(shù)

        渠系水利用系數(shù):

        1.理論計(jì)算及分析

        沙雅縣渭干河灌區(qū)渠系包括引水渠系和灌溉輸配水渠系。引水渠系包括渭干河總干渠、沙新總干渠、沙雅總干渠;灌區(qū)內(nèi)輸配水渠系包括灌區(qū)內(nèi)的干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠?,F(xiàn)狀年η總干、η干-農(nóng)渠采用沙雅縣水管單位提供值。

        (1)引水渠系

        ①渭干河總干渠(含沙新總干渠)

        渭干河總干渠及沙新總干渠全長(zhǎng)2.869km,設(shè)計(jì)流量200m3/s~121m3/s,主要承擔(dān)庫(kù)、沙、新三縣農(nóng)業(yè)灌溉用水量,渠道運(yùn)行多年,原襯砌的砼板破損、凍脹現(xiàn)象嚴(yán)重,該渠道計(jì)劃2017年進(jìn)行續(xù)建配套改造。

        現(xiàn)狀年渭干河總干渠水利用系數(shù)值采用沙雅縣水管單位提供值0.93。

        根據(jù)土壤滲透系數(shù)(取值為3.4)、土壤透水性指數(shù)(取值為0.5)、凈流量(200-121m3/s),計(jì)算規(guī)劃年水利用系數(shù)為0.99??紤]到該渠道斷面大、水面寬,同時(shí)工程所在地氣候干燥、降水稀少,蒸發(fā)強(qiáng)烈,綜合上述因素在理論計(jì)算值基礎(chǔ)上考慮3—4%水量損失率,確定規(guī)劃年水利用系數(shù)η0=0.95。

        ②沙雅總干渠

        現(xiàn)狀年沙雅總干渠水利用系數(shù)值采用沙雅縣水管單位提供值0.89。沙雅總干渠起點(diǎn)接沙新總分水閘,全長(zhǎng)約49km,沿途經(jīng)過(guò)新和縣至沙雅縣,設(shè)計(jì)流量59.1m3/s。根據(jù)地勘資料,依據(jù)規(guī)范確定干渠前2.7km的K和m分別取3.4、0.5,干渠2.7km以后的K和m分別取2.65、0.45。通過(guò)計(jì)算規(guī)劃年渠道水利用系數(shù)0.964,考慮蒸發(fā)損失因素,規(guī)劃年渠道水利用系數(shù)0.93。

        (2)灌區(qū)內(nèi)渠系水利用系數(shù)

        ①干渠

        灌區(qū)內(nèi)的多數(shù)干渠長(zhǎng)度在6~11km,流量1~7.5m3/s;選取較重要且具有代表性的紅旗鎮(zhèn)阿東墩干渠作為典型渠道進(jìn)行水利用計(jì)算。阿東墩干渠長(zhǎng)11.8km,選線后長(zhǎng)度9.2km,K和m分別取2.65和0.45,不考慮地下水影響。通過(guò)計(jì)算規(guī)劃年渠道水利用系數(shù)0.98。

        在理論值基礎(chǔ)上考慮蒸發(fā)損失因素,規(guī)劃年渠道水利用系數(shù)0.94與《新疆阿克蘇地區(qū)渭干河灌區(qū)沙雅縣骨干工程節(jié)水改造可研報(bào)告》(2016年12月)中渠道水利用系數(shù)相近,因此本規(guī)劃年干渠水利用系數(shù)取0.94。

        ②支渠

        根據(jù)水管單位提供資料現(xiàn)狀年支渠水利用為0.9。

        選取包爾海支渠作為典型支進(jìn)行水利用系數(shù)計(jì)算,計(jì)算公式及參數(shù)同前文,規(guī)劃年渠道水利用系數(shù)0.984,考慮蒸發(fā)損失后取值0.95。

        ③斗渠

        根據(jù)水管單位提供資料現(xiàn)狀年斗渠水利用為0.9。

        選取紅旗鎮(zhèn)古再力村3、4、5小隊(duì)斗渠作為典型支進(jìn)行水利用系數(shù)計(jì)算,計(jì)算公式及參數(shù)同前文,規(guī)劃年渠道水利用系數(shù)0.993,考慮蒸發(fā)損失后取值0.96。

        ④農(nóng)渠

        灌區(qū)內(nèi)農(nóng)渠在400—500m之間,選取平均長(zhǎng)度450m作為典型農(nóng)渠水利用系數(shù)計(jì)算,計(jì)算公式及參數(shù)同前文,現(xiàn)狀年渠道水利用系數(shù)0.97,考慮蒸發(fā)及其他不可預(yù)測(cè)損失后取值0.92。

        2.以往調(diào)查成果值

        塔里木一期世行貸款項(xiàng)目共防滲渠道57條,總長(zhǎng)983.1km。本項(xiàng)目渠道防滲形式相關(guān)渠道防滲效果研究成果。調(diào)查了57條渠道,收集了9條渠道實(shí)測(cè)資料:靜水法2條、測(cè)流法2條、水文資料統(tǒng)計(jì)法5條。由于靜水法試驗(yàn)中采用的是砼+塑膜防滲形式與本項(xiàng)目類似,其他方法采用的是卵石+塑膜,因此,僅列靜水法試驗(yàn)成果。靜水法:1995年9月—10月對(duì)依其力克、沙雅總干選擇局部段進(jìn)行恒水位入滲試驗(yàn)。試驗(yàn)推出渠道水利用系數(shù)0.98。

        3.規(guī)劃年防滲渠道水利用系數(shù)確定

        實(shí)測(cè)砼渠道均采用塑膜+砼防滲,而本次灌區(qū)內(nèi)渠道為砼板防滲形式,結(jié)合灌區(qū)渠道施工質(zhì)量、蒸發(fā)損失(砼板表面積溫、風(fēng)速)等不可預(yù)測(cè)因素,初步擬定了各級(jí)典型渠道水利用系數(shù),見(jiàn)表1。

        表1 規(guī)劃年灌區(qū)內(nèi)各級(jí)渠道水利用系數(shù)

        高效節(jié)水灌溉系統(tǒng):規(guī)劃年節(jié)水灌溉從斗渠引水,通過(guò)防滲后的連接渠進(jìn)入首部前蓄水池,通過(guò)首部田間管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行灌溉;將地面灌溉“農(nóng)渠”灌溉模式替換高效節(jié)水“連接渠+蓄水池+田間管網(wǎng)”的灌溉模式。根據(jù)多年灌溉經(jīng)驗(yàn),初擬綜合水利用系數(shù)取0.97。

        (三)田間水利用系數(shù)

        地面灌溉:根據(jù)沙雅縣水灌溉管理水平實(shí)際情況并結(jié)合已批復(fù)的大型灌區(qū)項(xiàng)目可研,擬定田間水利用系數(shù)0.84;高效節(jié)水灌溉:依據(jù)灌區(qū)實(shí)際情況確定滴灌工程田間水利用系數(shù)0.95。

        (四)水利用系數(shù)

        根據(jù)灌溉面積、灌溉定額及不同作物灌溉方式對(duì)應(yīng)的灌溉水利用系數(shù),計(jì)算出灌區(qū)綜合凈需水量、毛需水量,采用綜合凈需水量除以綜合毛需水量計(jì)算出灌區(qū)綜合灌溉水利用系數(shù),2016年、2020年綜合毛灌溉水利用系數(shù)分別是0.495和0.684。

        四、農(nóng)業(yè)需水量計(jì)算及供需平衡分析

        (一)農(nóng)業(yè)需水量

        1.現(xiàn)狀年

        依據(jù)灌溉面積、作物種植結(jié)構(gòu)、灌溉制度和灌溉水利用系數(shù)計(jì)算作物的需水量?,F(xiàn)狀年渭干河灌區(qū)灌溉面積113.63萬(wàn)畝,凈需水量、毛需水量分別是54488.7萬(wàn)m3、110053.0萬(wàn)m3,綜合灌溉定額、綜合灌溉水利用系數(shù)分別是968m3/畝、0.495。

        2.規(guī)劃2020年

        (1)總灌溉面積與現(xiàn)狀相同

        依據(jù)灌溉面積、作物種植結(jié)構(gòu)、灌溉制度和灌溉水利用系數(shù)計(jì)算作物需水量。若規(guī)劃年渭干河灌區(qū)灌溉面積113.63萬(wàn)畝,凈需水量、毛需水量分別是42332.7萬(wàn)m3、70320.2萬(wàn)m3,綜合灌溉定額、綜合灌溉水利用系數(shù)分別是619m3/畝、0.602。

        (2)以水定地確定的灌溉面積和作物種植結(jié)構(gòu)

        依據(jù)以水定地、定發(fā)展原則,85%頻率平衡時(shí)灌區(qū)總灌溉面積107.8萬(wàn)畝,需退減的灌溉面積5.84萬(wàn)畝。

        灌區(qū)凈需水量、毛需水量分別是44171.2萬(wàn)m3、64532.0萬(wàn)m3,綜合灌溉定額、綜合灌溉水利用系數(shù)分別是599m3/畝、0.684。

        (二)供需平衡分析

        1.現(xiàn)狀年

        現(xiàn)狀年灌區(qū)灌溉毛需水量110053.0萬(wàn)m3,75%分配地表水量63065.7萬(wàn)m3,灌區(qū)開采地下水5244萬(wàn)m3,折算至地表水 8759.7 萬(wàn) m3。

        75%平衡計(jì)算:余水2211.8萬(wàn)m3,缺水40439.3萬(wàn)m3;通過(guò)兩座水庫(kù)聯(lián)合調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)后余、缺水量分別是1521.8萬(wàn)m3、39849.0 萬(wàn) m3。

        因?yàn)閬?lái)水不能滿足灌溉需水要求,且灌區(qū)存在資源性缺水和季節(jié)性缺水。

        2.規(guī)劃2020年

        首先計(jì)算規(guī)劃年擬定在總灌溉113.6萬(wàn)畝基礎(chǔ)上加大渠道防滲改造工程和增加高效節(jié)水灌溉面積前提下,進(jìn)行85%保證率平衡計(jì)算,分析余缺水量,擬定退減的面積;在退減面積方案下,再計(jì)算灌區(qū)85%保證率下的需水量,并進(jìn)行85%保證率平衡計(jì)算。

        (1)渭干河灌區(qū)(總灌溉面積113.6萬(wàn)畝)

        灌區(qū)灌溉毛需水量70320.2萬(wàn)m3,85%頻率來(lái)水量62172.1萬(wàn)m3,用水總量控制方案報(bào)告中灌區(qū)農(nóng)業(yè)開采地下水4507萬(wàn)m3,折算至地表水5950.6萬(wàn)m3。平衡計(jì)算,余水4369.4萬(wàn)m3,缺水6566.9萬(wàn)m3。

        通過(guò)平衡計(jì)算,在嚴(yán)格執(zhí)行配額地表水和地下水前提下,灌區(qū)大力發(fā)展渠道防滲改造和高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目基礎(chǔ)上,灌區(qū)總灌溉面積113.6萬(wàn)畝仍缺水,需退減灌溉面積。

        (2)渭干河灌區(qū)(退減耕地)

        在保證高效節(jié)水灌溉面積及作物不變的前提下,依據(jù)供需平衡退減灌區(qū)內(nèi)的常規(guī)灌溉面積。通過(guò)上述原則進(jìn)行平衡計(jì)算,85%保證率退減的灌溉面積5.84萬(wàn)畝,退減面積后灌區(qū)供需平衡。

        規(guī)劃2020年灌區(qū)灌溉毛需水量64532.0萬(wàn)m3,85%頻率來(lái)水量62172.1萬(wàn)m3,用水總量控制方案報(bào)告中灌區(qū)農(nóng)業(yè)開采地下水4507萬(wàn)m3,折算至地表水5950.6萬(wàn)m3。平衡計(jì)算,余水4470.3萬(wàn)m3,缺水879.6萬(wàn)m3。通過(guò)兩座水庫(kù)聯(lián)合調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)后灌區(qū)不缺水,余水量3490.7 萬(wàn) m3。

        五、結(jié)論

        渭干河灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉水利用率低下導(dǎo)致可供水源不滿足用水需求。因此,采取高效節(jié)水工程建設(shè),通過(guò)理論計(jì)算和相似工程類比分析,工程建設(shè)后灌區(qū)水利用系數(shù)明顯提升,綜合考慮作物結(jié)構(gòu)及用水需求,規(guī)劃年可供水源滿足農(nóng)業(yè)用水需求。

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