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        水量平衡分析在高標準農(nóng)田建設(shè)項目中的應(yīng)用

        2022-07-14 09:13:22闕江峰朱方和姚桂紅
        湖南水利水電 2022年3期
        關(guān)鍵詞:保證率利用系數(shù)供水量

        闕江峰,朱方和,姚桂紅

        (桃源縣水利局,湖南 常德 415700)

        1 概 述

        水利是農(nóng)業(yè)的命脈,農(nóng)業(yè)要發(fā)展,水利須先行。在國家政策的引領(lǐng)下,為了全面貫徹落實“藏糧于地”、“藏糧于技”的發(fā)展戰(zhàn)略,我國各地農(nóng)村廣泛開展了高標準農(nóng)田建設(shè)等活動,這些工程項目的有效推進對加快補齊農(nóng)村短板,促進農(nóng)民增收,確保糧食供給等方面起到了重要作用。隨著農(nóng)業(yè)工程項目建設(shè)的開展,凸顯出項目區(qū)水資源評價及水量供需平衡分析的重要作用。農(nóng)業(yè)工程項目建設(shè)必須有充足的水資源作為支撐,才能真正發(fā)揮工程效益,才能全面提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力,促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

        2 分析方法

        2.1 項目區(qū)現(xiàn)狀調(diào)查

        在進行農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目規(guī)劃前期,要對擬定項目區(qū)開展全面現(xiàn)狀摸底調(diào)查,掌握項目區(qū)的社會經(jīng)濟狀況、土地資源狀況、水利基礎(chǔ)設(shè)施狀況、項目區(qū)的發(fā)展規(guī)劃和當?shù)鼐用竦钠谕?,并作為項目計算推理的重要依?jù)。資料能夠真實、準確、全面、系統(tǒng)反映項目區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展全貌。下面以桃源縣某高標準農(nóng)田建設(shè)項目為例,對項目區(qū)水量平衡進行分析推求。

        2.2 項目區(qū)需水量分析

        項目區(qū)需水量包括農(nóng)業(yè)灌溉需水量、工業(yè)需水量、生活需水量三個方面。

        2.2.1 農(nóng)業(yè)灌溉需水量計算

        《國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)土地治理項目建設(shè)標準》規(guī)定:在中低產(chǎn)田改造及中型灌區(qū)節(jié)水配套改造建設(shè)項目中,濕潤半濕潤地區(qū)灌溉保證率按旱作區(qū)不低于75%,水稻區(qū)不低于85%確定;《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50288-2018)規(guī)定:灌溉設(shè)計保證率可采用經(jīng)驗頻率法,計算系列年數(shù)不少于30年。以項目降雨量頻率作為灌溉設(shè)計保證率,對項目區(qū)多年灌溉期(4—10月)降雨總量按P=n/(m+1)進行頻率計算。項目在靠近設(shè)計灌溉保證率(P=90%)的年份為1971年,將其確定為設(shè)計水平年。其推求結(jié)論如表1。

        表1 1971年灌溉期降雨量對照表 mm

        通過查湖南省地方標準《用水定額》DB 43/T388-2020,桃源縣屬于湖南省農(nóng)田灌溉分區(qū)第三區(qū),設(shè)計保證率為90%,并根據(jù)具體情況適當修正,水平年灌溉定額取為:雙季稻674.38 m3/畝,旱作物(豆類、棉花)224.79 m3/畝。灌溉定額按月分配見表2。

        表2 項目區(qū)設(shè)計水平年(1971年)灌溉定額分配值表 m3/畝

        根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查:項目區(qū)農(nóng)作物以水稻、棉花、油菜為主,水田主種水稻,旱地主種棉花,油菜一般為冬季水田旱地混種農(nóng)作物,其灌溉期與水稻棉花灌溉期分開。項目區(qū)集雨面積61 245畝,現(xiàn)狀年水田17 244畝,旱地3 480畝;規(guī)劃年水田17 244畝,旱地3 480畝(無“旱改水”、“旱改梯”條件和規(guī)劃)。要求項目實施后,項目區(qū)灌溉水利用系數(shù)由0.5提高到0.6及以上。

        農(nóng)業(yè)灌溉需水量按項目區(qū)中低產(chǎn)田農(nóng)作物種植面積、種類、分布等情況進行計算,其凈需水量按下式計算:

        W凈=miAi

        式中 W凈——灌溉凈需水量;

        mi——第i種作物的灌溉定額;

        Ai——第i種作物的灌溉面積。

        毛灌溉需水量W毛=W凈/η

        式中 η——灌溉水利用系數(shù)。

        根據(jù)以上推理,可以計算出在灌溉保證率90%時,灌溉凈需水量W凈=1 241.13萬m3,項目區(qū)現(xiàn)狀年灌溉毛需水量W毛=2 482.26萬m3,項目區(qū)規(guī)劃水平年灌溉毛需水量W毛=2 068.55萬m3。具體計算見表3。

        表3 項目區(qū)綜合灌溉定額及凈灌溉需水量計算表

        2.2.2 工業(yè)需水量計算

        根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查:項目區(qū)內(nèi)無工業(yè)企業(yè),故無需計算工業(yè)需水量。如果項目區(qū)內(nèi)有規(guī)模工業(yè)企業(yè),其取用水量直接占用項目區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水資源總量,應(yīng)分月平均計入工業(yè)需水量。

        2.2.3 生活需水量計算

        根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查:項目區(qū)內(nèi)居民無需從項目區(qū)內(nèi)取用生活飲用水,故無需計算居民生活需水量。如果項目區(qū)內(nèi)有水廠等供水企業(yè),其取用水量直接占用項目區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水資源總量,應(yīng)分月平均計入生活需水量。同時需進行牲畜需水量計算?,F(xiàn)狀年牲畜數(shù)量按現(xiàn)狀年總?cè)丝诘?/3計,即現(xiàn)狀年牲畜數(shù)量=現(xiàn)狀人口數(shù)量÷3,為3901頭,規(guī)劃年牲畜數(shù)量按每年0.5‰增長率計算,即規(guī)劃年牲畜數(shù)量=現(xiàn)狀人口數(shù)量×年增長率/3,為3 921頭,牲畜生活需水量定額按40 L/d頭計算。

        2.2.4 總需水量計算

        經(jīng)計算,現(xiàn)狀年總需水量計為2 485.58萬m3,規(guī)劃年總凈需水量計為2 071.91萬m3,見表4。

        表4 項目區(qū)總需水量統(tǒng)計匯總表 萬m3

        2.3 項目區(qū)來水量分析

        2.3.1 現(xiàn)有水利設(shè)施基本情況

        根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查:項目區(qū)屬于沅水支流流域區(qū),水資源較為豐富,項目區(qū)內(nèi)有小(Ⅰ)型水庫1座,小(Ⅱ)型水庫2座,總庫容143.70萬m3。大小山塘1 032處,蓄水量約523.24萬m3,總庫容約666.94萬m3。灌排泵站18座,月提水總量148.80萬m3。

        2.3.2 水資源總量估算

        項目區(qū)集雨面積61245畝,1971年年降雨量1464.70 mm,設(shè)計水平年項目區(qū)自產(chǎn)總產(chǎn)水量W=1464.70×61245×666×0.65÷1 000÷10 000=3 883.35萬m3。

        2.3.3 可供水量估算

        可供水量計算:

        ①山塘復(fù)蓄次數(shù)取2.0,山塘的可供水量W=523.24×20=1 046.48萬m3。

        ②小型水庫復(fù)蓄次數(shù)取1.5,小型水庫的可供水量W=143.70×1.5=215.55萬m3。

        ③坡面截流可供水量按其集雨面積,設(shè)計水平年灌溉期內(nèi)的降雨量,多年平均徑流系數(shù),按下式計算坡面截流可供水量:

        W毛=α×W×F÷10(萬m3)

        式中 α——月徑流系數(shù);

        W——月降雨量(mm);

        F——集雨面積(km2)。

        一般月徑流系數(shù)α取值采用經(jīng)驗值,具體參見表5。

        表5 不同月降雨量對應(yīng)徑流系數(shù)表

        經(jīng)計算:坡面截流可供水量W=2 444.09萬m3,見表6。

        表6 項目區(qū)可利用水量及其年內(nèi)分配計算表(P=90%)

        經(jīng)計算:項目區(qū)設(shè)計水平年總可利用水量為3 706.12萬m3,其中:

        灌溉期(4—10月)可利用水量為1 560.24萬m3。

        2.4 項目區(qū)水量平衡分析

        水量平衡分析時,按照先自流灌溉,后提水灌溉;先用活水,后用死水;先用河壩水,后用塘庫水;先用低水,后用高水的原則供水。

        1)項目區(qū)現(xiàn)狀年水量供需平衡計算

        為進一步論證本項目區(qū)是否具有持續(xù)發(fā)展水資源條件,現(xiàn)以相應(yīng)于灌溉保證率P=90%的典型年1971年進行項目區(qū)需水量與可供水量平衡分析。

        根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查:項目區(qū)現(xiàn)狀年耕地面積20 724畝:其中水田17 244畝,旱地3 480畝。項目區(qū)現(xiàn)狀年灌溉水利用系數(shù)為0.5,設(shè)計水平年灌溉水利用系數(shù)為0.6,見表7。

        表7 項目區(qū)農(nóng)作物灌溉水量平衡計算匯總表(現(xiàn)狀年)

        通過項目區(qū)現(xiàn)狀年水量供需平衡計算分析可知:項目區(qū)現(xiàn)狀年缺水=需水量-可利用水量=2 485.58-1 560.24=925.34(萬m3),利用泵站累計提水595.20萬m3,還存在缺水=925.34-595.20=330.14(萬m3),不能滿足項目區(qū)灌溉要求。

        2)設(shè)計水平年水量供需平衡分析

        設(shè)計水平年通過項目建設(shè)實施,項目區(qū)灌溉水利用系數(shù)由0.5提高到0.6,渠系水利用系數(shù)提高,減小水量損失,項目區(qū)設(shè)計水平年缺水=需水量-可利用水量=2 071.91-1 560.24=511.67(萬m3),利用泵站累計可提水595.20萬m3,滿足項目區(qū)灌溉要求,見表8。

        表8 項目區(qū)農(nóng)作物灌溉水量平衡計算匯總表(設(shè)計年)

        由此可知:項目區(qū)是一個水資源相對短缺的區(qū)域,通過加強水庫山塘整治、泵站灌系改造、高效節(jié)水項目實施等,能夠恢復(fù)和提高項目區(qū)蓄提水能力,可以更好地滿足灌溉需水要求。否則,每年的7—10月間,會出現(xiàn)不同程度的缺水,影響和制約項目區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展。

        2.5 項目比選

        通過對擬定項目區(qū)水量平衡分析,在開展農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目時,要堅持“以水定區(qū)、以水定項、以水定量”的原則,做到農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目與項目區(qū)水資源狀況掛鉤,因地制宜、因“水”施策,同時結(jié)合開展農(nóng)業(yè)措施、林業(yè)措施、科技措施等項目,切不可要求形式上的“齊步走、一刀切”。只有這樣,才能真正發(fā)揮工程效益,全面提升農(nóng)業(yè)抵御自然災(zāi)害的能力。

        3 結(jié) 語

        進入新時代,做好“三農(nóng)”工作對于保障國家戰(zhàn)略安全、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。水利工作是推動農(nóng)業(yè)全面升級、農(nóng)村全面進步、農(nóng)民全面增收的重要支撐,因此,要做到智慧管“水”、人才興“水”、科技強“水”、文化活“水”,為努力做好做優(yōu)一桌“湖南飯”貢獻水利力量。

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