張曉慧

(杭州水利水電勘測設(shè)計院有限公司蘭州分公司，甘肅 蘭州 730000)

1 概述

1.1 背景

原州區(qū)作為固原市委市政府所在地，土地資源豐富而且開發(fā)條件好，但水資源匱乏，固海擴(kuò)灌工程將黃河水高揚(yáng)遠(yuǎn)送進(jìn)入原州區(qū)，分配黃河水資源初始水權(quán)4800萬m3，直開口用水量4100萬m3。但由于原州區(qū)地處工程供水的最末端，供水得不到應(yīng)有的保證，近5a平均取水量1140萬m3，直開口用水量940萬m3，分別只有分配指標(biāo)的23.8%和22.3%，使得已經(jīng)開發(fā)的揚(yáng)黃灌溉面積，包括為生態(tài)移民建設(shè)的高效節(jié)水補(bǔ)灌工程的用水得不到保證，還有1.33萬hm2以上的旱地?zé)o水可灌而靠天吃飯。為了充分利用寶貴的黃河水資源、發(fā)揮扶貧揚(yáng)黃工程效益，2019年固原市提出建設(shè)固原市黃河水調(diào)蓄工程，新建何家溝水庫，從十二干渠中段取水，灌溉低峰期蓄水、高峰期向灌區(qū)供水，旨在解決原州區(qū)轄區(qū)內(nèi)黃鐸堡鎮(zhèn)、三營鎮(zhèn)、頭營鎮(zhèn)、彭堡鎮(zhèn)、中河鄉(xiāng)等5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田灌溉期固海擴(kuò)灌系統(tǒng)供水量與灌溉需水量時段不匹配問題，目前正在建設(shè)中。2020年固原市又提出了《固原市原州區(qū)現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)建設(shè)項目可行性研究報告》(以下簡稱大可研)，主要任務(wù)是在固原市黃河水調(diào)蓄工程的基礎(chǔ)上配套后續(xù)田間工程，以期近早發(fā)揮工程效益，為黃河流域高質(zhì)量發(fā)展提供動力。

為更好地開展原州區(qū)現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)建設(shè)，徹底解決“重建設(shè)、輕管理”的現(xiàn)象，以落實最嚴(yán)格水資源管理制度、實施農(nóng)業(yè)綜合水價改革機(jī)制為核心，以“管道化的水網(wǎng)+智能化的信息網(wǎng)+全生命周期的服務(wù)網(wǎng)”為主要內(nèi)容，堅持“整體規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計、分步推進(jìn)、示范引領(lǐng)，先建機(jī)制、后建工程，政企聯(lián)動、群眾參與”的建設(shè)思路，在“大可研”總體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，先行先試采用“EPC+O”模式著力打造原州區(qū)2020—2022年現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)建設(shè)項目，配套提升改造田間工程，建設(shè)現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)示范區(qū)，通過項目的建設(shè)探索出一條以灌溉托管服務(wù)為載體的建設(shè)新模式，為原州區(qū)農(nóng)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展提供新思路。

1.2 灌區(qū)基本情況

揚(yáng)黃灌區(qū)位于寧夏固原市原州區(qū)，原設(shè)計控制面積9620hm2，現(xiàn)狀控制面積8733.33hm2，水源為固海擴(kuò)灌東線工程(該工程屬扶貧揚(yáng)黃灌溉一期工程，于2002年10月建成通水)揚(yáng)黃水，自高干渠(樁號13+072)右岸取水，設(shè)計流量12.67m3·s-1，共布置梯級主泵站12座，干渠總長169.6km，累計凈揚(yáng)程427.2m，總裝機(jī)容量9.81萬kW。與原州區(qū)2020—2022年現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)建設(shè)項目相關(guān)的是固擴(kuò)十二干渠、南城拐子支泵站、支干渠及二級揚(yáng)水干管。

原州區(qū)2020—2022年現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)建設(shè)項目位于固原市原州區(qū)，受水區(qū)為黃鐸堡鎮(zhèn)、頭營鎮(zhèn)共計15個行政村，主要在“大可研”總體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，選擇有代表性的區(qū)域進(jìn)行田間配套，打造現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)，作為示范項目帶動原州區(qū)現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)建設(shè)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，共配套高效節(jié)水灌溉面積3179hm2。

1.3 灌溉面積選擇

原州區(qū)2020—2022年現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)建設(shè)項目區(qū)現(xiàn)狀年灌區(qū)均無灌溉。灌區(qū)水源為揚(yáng)黃渠道渠水，按照灌溉水源命名為揚(yáng)黃灌區(qū)，設(shè)計灌溉面積3179hm2，包括南塬片區(qū)304hm2、白河片區(qū)835hm2、鐵穆片區(qū)2040hm2。項目區(qū)灌溉面積見表1。

南塬片區(qū)水源為固擴(kuò)十二干渠，水源有保障，與國際農(nóng)業(yè)發(fā)展基金貸款優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范項目毗鄰，該項目建成頭營鎮(zhèn)楊郎瓜菜基地580hm2，建成以來，運(yùn)行良好，經(jīng)濟(jì)效益好，根據(jù)原州區(qū)政府規(guī)劃，將擴(kuò)展瓜菜基地規(guī)模，當(dāng)?shù)厝罕姺e極性高，但處于渠道末端供水不保證且渠道淤積阻塞，致使無法灌溉；白河片區(qū)水源為南城拐子二級揚(yáng)水干管，以種植單種玉米、馬鈴薯為主，已形成產(chǎn)業(yè)鏈條，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展起到一定推動作用；鐵穆片區(qū)為新發(fā)展灌區(qū)，土壤肥沃、連片，但海拔相對較高，供水困難，現(xiàn)狀無水利工程基礎(chǔ)設(shè)施，根據(jù)“大可研”，水源為在建的何家溝水庫，該水庫用于解決新發(fā)展灌區(qū)2040hm2及其替換的庫井灌區(qū)2933hm2的農(nóng)田灌溉，水源有保障，骨干輸配水管網(wǎng)于2021年年底完成，骨干工程完善。

表1 項目區(qū)灌溉面積統(tǒng)計表

2 水資源配置原則

堅持“以水定發(fā)展、以水定規(guī)模、以水定結(jié)構(gòu)”，把水資源作為最大剛性約束，抑制不合理用水需求，大力發(fā)展節(jié)水產(chǎn)業(yè)和技術(shù)，大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水[2]，推動灌溉模式由粗放向精細(xì)化、集約化轉(zhuǎn)變；按照節(jié)水優(yōu)先、節(jié)水高效、黃河流域高質(zhì)量發(fā)展、改革創(chuàng)新和水利現(xiàn)代化建設(shè)的要求，堅持高效、節(jié)能、環(huán)保的原則；堅持充分利用當(dāng)?shù)厮?、合理配置外調(diào)水的原則，合理配置新、老灌區(qū)水資源，近期與遠(yuǎn)期結(jié)合；項目區(qū)水資源可靠，田間工程與已規(guī)劃或在建骨干工程相銜接；項目區(qū)無2011年之后建設(shè)的項目，工程投資合理，運(yùn)行成本低。

3 需水量計算

3.1 規(guī)劃水平年

工程基準(zhǔn)年采用2020年，結(jié)合《固原市水資源綜合規(guī)劃》及相關(guān)農(nóng)業(yè)和土地規(guī)劃，規(guī)劃水平年確定為2025年。

3.2 灌溉保證率

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50288-2018)，噴灌、微灌設(shè)計保證率不小于85%，結(jié)合灌區(qū)實際，確定噴灌、微灌灌溉保證率為85%。

3.3 高效節(jié)水發(fā)展規(guī)劃

灌區(qū)目前灌溉高峰期供用水矛盾十分突出，為了貫徹節(jié)水優(yōu)先、以水定地的原則，保障灌區(qū)均衡受益，必須大力推行高效節(jié)水灌溉。

按照自治區(qū)黨委、政府印發(fā)的《關(guān)于深化水利改革保障安全的意見》(寧黨辦[2015]3號)提到的到2020年揚(yáng)水灌區(qū)高效節(jié)水灌溉面積率達(dá)到70%的目標(biāo)要求，結(jié)合項目區(qū)及周邊現(xiàn)狀高效節(jié)灌實施情況、整個灌區(qū)規(guī)劃，確定項目區(qū)至規(guī)劃水平年2025年發(fā)展高效節(jié)灌面積為3179hm2，占比100%。

3.4 農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)

近年來，隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，灌區(qū)特色經(jīng)濟(jì)作物發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，蔬菜種植等經(jīng)濟(jì)作物初具規(guī)模。根據(jù)固海管理處和原州區(qū)提供的資料，現(xiàn)狀年灌區(qū)作物種植以單種玉米和馬鈴薯為主，結(jié)合原州區(qū)優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路，規(guī)劃水平年以玉米、馬鈴薯、瓜菜、設(shè)施農(nóng)業(yè)和中草藥為主。項目區(qū)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及規(guī)劃見表2。

表2 項目區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及規(guī)劃

3.5 灌溉制度確定

3.5.1 現(xiàn)狀實際灌溉用水量

項目區(qū)現(xiàn)狀無灌溉，根據(jù)調(diào)查周邊灌溉區(qū)域，2016—2020年由于高效節(jié)灌的陸續(xù)實施毛灌溉用水量呈逐年下降趨勢，2016年為5250m3·hm-2，2017年為4950m3·hm-2，2018年為4800m3·hm-2，2019年為4500m3·hm-2，2020年為4050m3·hm-2，近5a平均為4710m3·hm-2。

3.5.2 設(shè)計灌水定額

在受水各片區(qū)周邊實際灌水定額的基礎(chǔ)上，參照《寧夏回族自治區(qū)有關(guān)行業(yè)用水定額(修訂)的通知(送審稿)》(2020年9月)、《寧夏回族自治區(qū)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—寧夏玉米(枸杞、馬鈴薯、葡萄)滴灌生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》(2015年試行)，結(jié)合近幾年項目區(qū)周邊已實施的高效節(jié)灌，綜合分析擬定項目區(qū)灌溉定額。灌溉定額標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)查值見表3。

表3 灌溉定額標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)查值

3.5.3 規(guī)劃水平年灌溉制度

灌溉天數(shù)采用近5a農(nóng)業(yè)灌溉天數(shù)的平均值，灌溉制度根據(jù)作物組成、凈灌水定額和生育期需水規(guī)律，結(jié)合周邊地區(qū)群眾多年來的灌溉習(xí)慣和實際調(diào)查的作物灌水情況確定灌溉定額，具體見表4、表5，灌水率見設(shè)計灌水率圖。

揚(yáng)黃灌區(qū)渠道系統(tǒng)規(guī)劃水平年綜合凈灌溉定額為2768.25m3·hm-2，設(shè)計灌水率為2.649m3·s-1·萬hm2；何家溝水庫系統(tǒng)規(guī)劃水平年綜合凈灌溉定額為2835.75m3·hm-2，設(shè)計灌水率為2.970m3·s-1·萬hm2。

3.6 灌溉水利用系數(shù)

項目區(qū)只有揚(yáng)黃灌區(qū)渠道控制的南塬、白河片區(qū)已配套灌溉設(shè)施，但由于供水不保證且渠道淤積阻塞，十二干渠及支干管末端無水可灌，揚(yáng)黃灌區(qū)何家溝水庫系統(tǒng)為新發(fā)展灌區(qū)，現(xiàn)狀為旱地。

圖1 揚(yáng)黃灌區(qū)渠道設(shè)計灌水率圖(P=85%)

表4 揚(yáng)黃灌區(qū)渠道設(shè)計灌溉制度表(P=85%)

表5 揚(yáng)黃灌區(qū)何家溝水庫設(shè)計灌溉制度表(P=85%)

圖2 揚(yáng)黃灌區(qū)何家溝水庫系統(tǒng)設(shè)計灌水率圖(P=85%)

參考現(xiàn)狀年實測數(shù)據(jù)及相關(guān)報告，綜合確定灌區(qū)設(shè)計灌溉水利用系數(shù)，高效節(jié)水灌溉區(qū)域=干渠+管道輸水+滴灌或噴灌，田間灌溉方式以滴灌為主，噴灌次之，田間水利用系數(shù)較畦灌高，考慮到田間調(diào)蓄水池蒸發(fā)滲漏損失等，綜合灌溉水利用系數(shù)揚(yáng)黃灌區(qū)渠道系統(tǒng)為0.67，何家溝水庫系統(tǒng)為0.69。規(guī)劃水平年灌溉水利用系數(shù)見表6。

3.7 需水量計算

規(guī)劃水平年灌溉面積3179hm2，規(guī)劃為高效節(jié)灌。P=85%時，灌溉需水量1146.32萬m3，具體見表7。

4 可供水量

揚(yáng)黃灌區(qū)水源為十二干渠，根據(jù)相關(guān)文件，十二干渠原州區(qū)干渠直開口年可供水量4100萬m3，根據(jù)“大可研”設(shè)計配水方案，固擴(kuò)渠道可供水量2823.43萬m3，何家溝水庫可供水量1276.57萬m3。具體水量分配見表8。

表6 規(guī)劃水平年灌溉水利用系數(shù)表

表7 規(guī)劃水平年灌溉需水量表

表8 揚(yáng)黃灌區(qū)可供水量分配表

4.1 南塬片區(qū)

南塬片區(qū)水源為十二干渠。根據(jù)“大可研”配水方案，十二干渠灌區(qū)可供水量670.50萬m3，控制灌溉面積1833hm2，本次項目區(qū)涉及南塬片區(qū)304hm2。其余1529hm2，根據(jù)毛灌溉定額3628.05m3·hm-2，計算得毛用水量為553.88萬m3，則南塬片區(qū)可供水量為116.62萬m3。

4.2 白河片區(qū)

白河片區(qū)水源為南城拐子二級揚(yáng)水干管。根據(jù)大可研配水方案，南城拐子二級揚(yáng)水干管灌區(qū)可供水量636.37萬m3，控制灌溉面積1740hm2，本次項目區(qū)涉及白河片區(qū)835hm2。其余905hm2，根據(jù)毛灌溉定額3628.05m3·hm-2，計算得毛用水量為328.94萬m3，則白河片區(qū)可供水量為307.43萬m3。

4.3 鐵穆片區(qū)

鐵穆片區(qū)水源為何家溝水庫。何家溝水庫可供水量1276.57萬m3，根據(jù)“大可研”配水方案，控制灌溉面積3507hm2，本次項目區(qū)涉及鐵穆片區(qū)2040hm2。其中鐵穆片區(qū)可供水量為742.65萬m3。揚(yáng)黃灌區(qū)可供水量見表9。

表9 揚(yáng)黃灌區(qū)可供水量

5 供需平衡分析

表10 規(guī)劃水平年供需平衡分析表

與周邊灌區(qū)現(xiàn)狀對比，規(guī)劃水平年通過滴、噴灌等節(jié)水措施，降低了項目區(qū)灌溉定額，節(jié)約了水量為擴(kuò)展灌區(qū)規(guī)模提供了條件。由表10可知，規(guī)劃水平年可供水量大于需水量，各片區(qū)水量平衡，P=85%，余水20.38萬m3，工程規(guī)模合理。