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        七一灌區(qū)水量供需平衡分析及節(jié)水對策

        2022-07-18 02:23:46宗希宇
        水科學(xué)與工程技術(shù) 2022年3期
        關(guān)鍵詞:渠系灌溉水利用系數(shù)

        宗希宇,楊 磊

        (1.河北省水利水電勘測設(shè)計研究院集團(tuán)有限公司,石家莊 050000;2.河北省水利工程局集團(tuán)有限公司,石家莊050000)

        1 概況

        七一灌區(qū)建于1974年,1976年通水正式投入運(yùn)行,位于河北省張家口市涿鹿縣桑干河南,河北省西北部永定河上游,北京市西北部。灌區(qū)西起與宣化區(qū)接壤的石湖溝,東至五堡鎮(zhèn)的代家溝,南至石門溝口,北至桑南一干渠。

        七一干渠取水水源為桑干河河道,渠首自桑干河引水,末端尾水排入代家溝河。灌區(qū)現(xiàn)狀需水量主要為農(nóng)業(yè)用水。灌區(qū)控制面積4573hm2,有效灌溉面積3933hm2,實灌面積3527hm2,其中自流灌溉面積2557hm2,揚(yáng)水灌溉面積970hm2。

        受建設(shè)年代的技術(shù)水平、財力、物力等因素影響,工程標(biāo)準(zhǔn)低,質(zhì)量差,灌區(qū)各級渠道及渠系建筑物配套不完善,灌溉水利用系數(shù)低,水資源浪費(fèi)嚴(yán)重;田間工程配套不完善,灌水技術(shù)落后,用水戶未樹立正確的節(jié)水意識;灌區(qū)計量設(shè)施不健全,用水難以控制;灌區(qū)缺乏現(xiàn)代化管理手段,管理水平有待提升等問題。

        為全面貫徹執(zhí)行“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的“十六字”治水思路,完成永定河綜合治理、生態(tài)修復(fù)農(nóng)業(yè)節(jié)水任務(wù)和目標(biāo),增加永定河生態(tài)用水,解決灌區(qū)目前存在的主要問題,加快農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展,增加農(nóng)民收入,實施張家口市涿鹿縣七一灌區(qū)節(jié)水綜合改造工程是十分必要的。

        2 節(jié)水目標(biāo)

        本項目以2019年水利部辦公廳印發(fā)的《永定河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水工程實施推進(jìn)方案》(以下簡稱《推進(jìn)方案》)中節(jié)水量要求為節(jié)水目標(biāo)。根據(jù)《推進(jìn)方案》中的河北省張家口市灌區(qū)節(jié)水綜合改造工程建設(shè)任務(wù),桑干河灌區(qū)地表水灌溉面積7333hm2,75%水平年計劃節(jié)水量1371萬m3,平均節(jié)水1869.45m3/hm2;本項目實施節(jié)水灌溉面積352.7hm2,按照平均節(jié)水1869.45m3/hm2,75%水平年需新增節(jié)水能力660萬m3。

        3 供需平衡分析

        3.1 水平年及設(shè)計保證率

        3.1.1 水平年

        現(xiàn)狀水平年為2018年,七一灌區(qū)節(jié)水綜合改造工程自2020年開始建設(shè)實施,工期3年,2022年工程全部建設(shè)完成。

        3.1.2 設(shè)計灌溉保證率

        七一灌區(qū)是以旱作為主引洪淤灌的中型灌區(qū)。根據(jù)GB50288—2018《灌溉與排水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》,對于干旱地區(qū)以旱作為主設(shè)計保證率可取為50%~75%;引洪淤灌系統(tǒng)的灌溉設(shè)計保證率取30%~50%,考慮到本項目的工程布局,不同作物生育期需水狀況及群眾灌水習(xí)慣,以及歷年灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造工程采用的設(shè)計保證率,確定七一灌區(qū)灌溉設(shè)計保證率P=50%。

        3.2 可供水量分析

        3.2.1 地表水可供水量

        依據(jù)2015年1月5日河北省水利廳頒發(fā)的取水許可證(取水(冀)字【2015】第00030001號文)規(guī)定:涿鹿縣七一大渠灌區(qū)管理委員會每年從桑干河取水1900萬m3,取水地點(diǎn)位于桑干河西窯溝,取水用途為農(nóng)業(yè)灌溉。

        3.2.2 地下水可供水量

        灌區(qū)范圍內(nèi)地下水包括桑干河地下潛流。根據(jù)《涿鹿縣桑干河灌區(qū)骨干工程續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃》,其中桑干河片區(qū)地下水可開采量為1355萬m3,均為生活用水。項目區(qū)地下水主要來源于河道的垂直補(bǔ)給和兩側(cè)山麓的側(cè)向補(bǔ)給,地下水位比較穩(wěn)定,根據(jù)觀測資料分析,偏枯年份地下水無明顯變化,渠道襯砌對地下水基本無影響。

        根據(jù)上述分析,涿鹿縣七一灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉可利用水總量為1900萬m3,均為地表水。

        3.3 需水量分析

        3.3.1 農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和作物組成

        七一灌區(qū)以市場為需求,近年逐步形成了以大田玉米為主要種植作物、以果樹為輔的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu),現(xiàn)狀灌區(qū)實際灌溉面積3527hm2,其中玉米2625hm2,果樹902hm2,種植比例分別為74%及26%。作物為一年一熟種植模式,復(fù)種指數(shù)1.0。項目實施后,作物的灌溉面積及作物的種植比例均不發(fā)生變化。

        3.3.2 灌溉定額計算

        依據(jù)河北省地方標(biāo)準(zhǔn)DB13/T1161—2016《用水定額》,并參照河北省水利廳、河北省農(nóng)業(yè)廳、河北省林業(yè)局關(guān)于頒布試行《河北省主要農(nóng)作物灌溉定額》的通知(冀水農(nóng)【2008】17號),綜合分析確定主要作物凈灌溉定額。

        50%、75%水平年作物綜合灌溉定額計算如表1。

        表1 作物綜合灌溉用水定額計算 單位:m3/hm2

        3.3.3 灌溉水利用系數(shù)分析

        現(xiàn)狀條件下,根據(jù)七一干渠多年的實測資料及2020年秋季生態(tài)補(bǔ)水試驗段的資料,可知干渠灌溉水利用系數(shù)0.79,支渠灌溉水利用系數(shù)0.87,斗渠灌溉水利用系數(shù)0.86,農(nóng)渠灌溉水利用系數(shù)0.91,田間灌溉水利用系數(shù)0.80,綜合可得灌溉水利用系數(shù)為0.43。

        3.3.4 現(xiàn)狀需水量計算

        農(nóng)田灌溉需水量指農(nóng)田灌溉毛需水量,采用灌溉定額與灌溉水利用系數(shù)方法進(jìn)行分析。經(jīng)計算P=50%條件下,需水量1217萬m3;P=75%條件下,需水量1387萬m3。

        3.3.5 現(xiàn)狀供需平衡分析

        根據(jù)水資源可利用量、灌溉需水量分析成果,對現(xiàn)狀的水資源供需平衡進(jìn)行分析如下:

        七一灌區(qū)片區(qū)P=50%條件下,年可引用水量1900萬m3,現(xiàn)狀需水量1697萬m3,供需對比余203萬m3;P=75%條件下,現(xiàn)狀需水量1943萬m3,供需對比缺43萬m3;不滿足《永定河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水工程實施推進(jìn)方案》75%水平年節(jié)水量660萬m3的要求。

        4 節(jié)水措施

        4.1 工程節(jié)水措施

        (1)骨干渠系(干渠、支渠)改造。本次設(shè)計對七一灌區(qū)范圍內(nèi)的干渠、支渠襯砌損壞段及土渠段進(jìn)行防滲襯砌,減少滲漏,提高渠系水利用系數(shù),節(jié)約用水。

        (2)田間渠系(斗渠、農(nóng)渠、毛渠)改造工程。本次設(shè)計對七一灌區(qū)范圍內(nèi)的斗渠土渠段進(jìn)行防滲襯砌,對于灌溉示范區(qū)內(nèi)的主要農(nóng)渠、毛渠進(jìn)行混凝土防滲襯砌,示范區(qū)果樹設(shè)計為溝灌高效節(jié)水灌溉型式,提高渠系水利用系數(shù)。

        (3)土地平整。通過對整個灌區(qū)實灌面積3527.33hm2范圍內(nèi)實施土地平整,可顯著減少深層滲漏,提高灌水均勻度和田間水利用率,減少灌水量,達(dá)到節(jié)水的目的。

        (4)渠系建筑物改造(隧洞、水閘、渡槽、農(nóng)橋等)。對干渠16座隧洞進(jìn)行加固,減少滲漏、增大其過流能力和輸水安全。對灌區(qū)79座水閘進(jìn)行改造,滿足控制及測流要求。對干渠阻水嚴(yán)重的渡槽、農(nóng)橋等建筑物進(jìn)行改造。

        4.2 管理節(jié)水措施

        管理節(jié)水措施主要是通過建立流域上、下游水量交易、橫向補(bǔ)償平臺;制定用水計劃、合理分配水權(quán);精準(zhǔn)測控、節(jié)水獎補(bǔ);充分挖掘田間節(jié)水潛力;建立一定獎補(bǔ)制度,激發(fā)管理人員節(jié)水積極性;成立專業(yè)維修隊伍等措施實現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)。

        4.3 項目實施后供需平衡分析

        工程實施后,灌區(qū)的種植比例、灌溉定額均不發(fā)生變化。通過對干、支、斗、農(nóng)渠渠道的防滲襯砌、土地平整及渠系建筑物的整修,工程完成后干渠灌溉水利用系數(shù)0.87,支渠灌溉水利用系數(shù)0.9,斗渠灌溉水利用系數(shù)0.9,農(nóng)渠灌溉水利用系數(shù)0.95,田間灌溉水利用系數(shù)0.9,綜合可得灌溉水利用系數(shù)為0.6。

        根據(jù)水資源可利用量、灌溉需水量分析成果,對項目完成后的水資源供需平衡進(jìn)行分析如下:

        七一灌區(qū)片區(qū)P=50%條件下,年可引用水量為1900萬m3,需水量1217萬m3,可供水量能夠滿足用水需求,供需對比余683萬m3。

        七一灌區(qū)片區(qū)P=75%條件下,年可引用水量1900萬m3,需水量1387萬m3,可供水量能夠滿足用水需求,供需對比余513萬m3。

        4.4 節(jié)水評價分析

        4.4.1 工程措施節(jié)水量分析

        七一灌區(qū)現(xiàn)狀渠系水利用系數(shù)0.54,田間水利用系數(shù)0.80,灌溉水利用系數(shù)0.43,通過對干、支、斗、農(nóng)渠渠道的防滲襯砌、土地平整及渠系建筑物的整修,工程完成后渠系水利用系數(shù)提高0.67,田間水利用系數(shù)0.90,灌溉水利用系數(shù)提高至0.60,減少了沿途的水量損失,50%水平年節(jié)水量485萬m3,75%水平年節(jié)水量555萬m3。

        4.4.2 管理措施節(jié)水能力分析

        通過建立流域上、下游水量交易、橫向補(bǔ)償平臺;制定用水計劃、合理分配水權(quán);精準(zhǔn)測控、節(jié)水獎補(bǔ);充分挖掘田間節(jié)水潛力;建立一定獎補(bǔ)制度,激發(fā)管理人員節(jié)水積極性;成立專業(yè)維修隊伍等措施實現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)。管理措施節(jié)水能力200萬m3。

        4.4.3 節(jié)水評價分析

        綜合分析,工程措施實施完成,管理措施不斷完善的情況下,50%水平年工程措施節(jié)水量485萬m3,管理措施節(jié)水量200萬m3,總計節(jié)水量685萬m3;75%水平年工程措施節(jié)水量555萬m3,管理措施節(jié)水量200萬m3,總計節(jié)水量755萬m3,滿足《永定河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水工程實施推進(jìn)方案》,75%水平年節(jié)水量660萬m3的要求。

        5 結(jié)語

        七一灌區(qū)通過采取一定的工程措施與管理措施,節(jié)約了農(nóng)業(yè)灌溉用水量,達(dá)到了《推薦方案》規(guī)定的節(jié)水指標(biāo)660萬m3,同時增大了桑干河下游的生態(tài)流量,改善了生態(tài)環(huán)境,推進(jìn)了生態(tài)文明建設(shè),但本次對作物需水量的研究,僅采用了傳統(tǒng)定額方法,仍存在一定欠缺,后續(xù)會將彭曼法引入到灌區(qū)需水量的計算,進(jìn)行對比分析。

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