吳國燕

(浙江水利水電工程審價中心,浙江 杭州 310020)

1 問題的提出

水量平衡是指區(qū)域內(nèi)的可供水量和需水量在時間、空間、數(shù)量和質(zhì)量上的平衡[1]。一般可用下列平衡公式表示:

式中:W可供為區(qū)域內(nèi)可供水量;W需為區(qū)域內(nèi)需水量。

區(qū)域可供水量是由若干個單項工程的可供水量組成,根據(jù)各單項工程的關(guān)系,把區(qū)域分成若干個計算單元[2]。每個計算單元里,相互聯(lián)系的各類水利工程組成一個供水系統(tǒng),并按一定的原則和運(yùn)行方式聯(lián)合調(diào)算。主要包括大中型水庫可供水量、小型水庫可供水量、塘壩可供水量和提水工程可供水量共4種。不同水源的可供水量計算方法也各不相同。

區(qū)域需水量包括區(qū)域內(nèi)的各種需水總和,包括灌溉需水量、農(nóng)村生活需水量、城市生活生產(chǎn)需水量和生態(tài)環(huán)境需水量等。灌溉需水量只是區(qū)域需水量的一個組成部分。

2 灌區(qū)水量供需平衡計算原則

(1)具有骨干調(diào)節(jié)水源工程的大中型灌區(qū),應(yīng)采用長系列時歷法,逐時段進(jìn)行灌區(qū)水量供需平衡演算,以檢驗不同設(shè)計水平年灌區(qū)供水保證程度[3]。

(2)根據(jù)灌區(qū)水源結(jié)構(gòu)特點(diǎn),制定灌區(qū)水量平衡計算原則。一般而言,灌區(qū)不同水源供水優(yōu)先次序是:先用調(diào)節(jié)性能較差的水,再用調(diào)節(jié)性能較好的水;先用基礎(chǔ)水利設(shè)施水,再用骨干水源水;骨干水源與基礎(chǔ)水利設(shè)施實(shí)行聯(lián)合調(diào)度。

(3)根據(jù)分區(qū)內(nèi)水源結(jié)構(gòu)及骨干水源調(diào)節(jié)性能,確定水量平衡計算時段及計算方法。一般而言,平衡區(qū)內(nèi)有大中型年(季)調(diào)節(jié)水庫,且能夠獲得長系列分時段的來、用水資料,應(yīng)采用月 (旬)為時段的長系列時歷年法,逐時段進(jìn)行平衡計算,以確定平衡區(qū)供水保證程度;如資料條件有限,也可采用典型年法,按歷年綜合灌溉用水量排頻,選擇豐、平、枯3個典型年作平衡計算[3]。

(4)在分區(qū)水量平衡計算成果的基礎(chǔ)上,應(yīng)根據(jù)全灌區(qū)主要水源的特點(diǎn),綜合分區(qū)水量平衡的成果,作全灌區(qū)水量平衡分析。灌區(qū)規(guī)模不大,主要灌溉水源簡單,基礎(chǔ)水利設(shè)施分布比較均衡的灌區(qū),可不分區(qū),只作整體水量平衡分析。

3 水量供需平衡計算框圖

灌區(qū)水量供需平衡計算過程框圖如圖1所示:

圖1 灌區(qū)水量供需平衡計算過程框圖

4 實(shí)例分析

東芝灌區(qū)位于蘭溪市西北部,總面積235 km2,耕地面積9 626.57 hm2,設(shè)計灌溉面積7 466.67 hm2,有效灌溉面積5 506.94 hm2,為設(shè)計灌溉面積的73.8%。灌區(qū)總?cè)丝?2.17萬,生產(chǎn)總值36.70億元。灌區(qū)干支渠總長118.037 km,渠系水利用系數(shù)僅為0.52,灌溉保證率只有70%。

東芝灌區(qū)內(nèi)有赤溪、甘溪2條主要河流。赤溪流域面積162.2 km2,河長28.6 km,其上游建有金山頭、火爐山2座中型水庫。甘溪流域面積190.5km2,河長32.2 km,其上游建有1座中型水庫(芝堰水庫)和1座小(1)型水庫。

東芝灌區(qū)水資源總量21 620.3萬m3。目前,區(qū)內(nèi)已建中型水庫3座,小(1)型水庫1座,小 (2)型 水庫13座,山塘4 056口,堰壩67條,水資源利用量P=85%時為8 538萬m3。其中,中型水庫6 827萬m3,小型塘庫1 711萬m3。

水量供需平衡分析的原則是:以現(xiàn)有骨干渠道布局為基礎(chǔ),實(shí)際受益范圍為依據(jù),利用堰壩小型塘庫來水,芝堰、東風(fēng)、上旺作為龍頭水庫的方法進(jìn)行水量平衡計算分析。

4.1 供水能力分析

4.1.1 水庫供水能力分析

項目區(qū)的主要水源為芝堰水庫和東風(fēng)片的金山頭、火爐山、上旺水庫。

根據(jù)上包站1956—2007年52 a的年降水量資料,通過對年降水量和灌溉期降水量進(jìn)行頻率分析,選擇灌溉保證率為70%和85%時的典型年分別為1990年和1974年,推求出典型年各水庫的入庫徑流匯總表(見表1)。

表1 典型年各水庫的入庫徑流匯總表萬m3

4.1.2 小型塘庫供水能力分析

灌區(qū)內(nèi)小(2)型水庫總庫容為266萬m3,小山塘總?cè)莘e為1 653萬m3,合計小型塘庫總庫容1 919萬m3。小型水庫的復(fù)蓄次數(shù)按70%、85%時的1.2、1.1計算,山塘按照山塘總?cè)莘e的40%計,用水主要安排在7月至9月干旱期。

4.1.3 堰壩可供水量

灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有堰壩主要分布在赤溪、甘溪2條河流,經(jīng)調(diào)查,控制的灌溉面積為233.34hm2?？鄢畮旒吧教恋鹊募昝娣e,區(qū)間來水面積為181 km2。由于堰壩控制的灌溉面積小,區(qū)間有較大的來水面積,在水量平衡分析中,假定堰壩可供水量能滿足赤溪、甘溪兩岸的233.34 hm2農(nóng)田灌溉用,多余水量回歸河道,改善水環(huán)境,故堰壩可引水量等于赤溪、甘溪兩岸的233.34 hm2農(nóng)田需水量。

4.2 需水量分析

4.2.1 灌溉需水量

根據(jù)作物年綜合灌溉定額及各灌片灌溉面積計算灌溉用水量。

作物年綜合灌溉定額根據(jù)《浙江省用水定額》(試行)—2009已上升為地方標(biāo)準(zhǔn),浙江省農(nóng)業(yè)用水定額 (DB 33/T 769—2009),結(jié)合當(dāng)?shù)毓嗨?jīng)驗加以確定(見表2)。

東芝灌區(qū)現(xiàn)狀種植結(jié)構(gòu)根據(jù)統(tǒng)計年鑒查得,設(shè)計年種植結(jié)構(gòu)參考蘭溪市農(nóng)業(yè)局編制的 《蘭溪市農(nóng)業(yè)發(fā)展第十一個五年規(guī)劃 (2006—2010年)》(見表3)。

表2 東芝灌區(qū)用水定額表m3/667 m2

表3 東芝灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)表 667 hm2

4.2.2 農(nóng)村生活及生產(chǎn)需水量

根據(jù)用水定額計算,現(xiàn)狀水平年(2007年)、設(shè)計水平年 (2012年)生活及生產(chǎn)用水量見表4、5。

表4 現(xiàn)狀水平年 (2007年)生活及生產(chǎn)用水量表

表5 設(shè)計水平年 (2012年)生活及生產(chǎn)用水量表

4.2.3 城鎮(zhèn)生活生產(chǎn)需水量

芝堰水庫從2002年開始向蘭溪市區(qū)供水。據(jù) 《芝堰水庫引水 (一期)工程初步設(shè)計報告》,全年向城市供水1 680萬m3。

2010年蘭溪市第二水廠投入運(yùn)行,隨著城市管網(wǎng)向農(nóng)村延伸,計劃在2010年每年向灌區(qū)內(nèi)供水209萬m3,從而城市供水量減少至1 471萬m3。

4.2.4 環(huán)境需水量

河道內(nèi)生態(tài)需水量計算采用Tennant法[4],根據(jù)本項目區(qū)1956—2007年52 a徑流量資料分析,多年平均流量為3.22 m3/s。河流環(huán)境需水量按多年平均流量的10%推算[5](平均流量的10%是許多水生生物生存的下限,平均流量的30%(或更多)是水生生物生存的安全值)[3]。

4.2.5 現(xiàn)狀及設(shè)計水平年需水量

根據(jù)以上分析計算,現(xiàn)狀水平年 (2007年)和設(shè)計水平年 (2012年)灌區(qū)逐旬需水量分析成果匯總見表6。

表6 東芝灌區(qū)需水量分析匯總表 萬m3

4.3 水量供需平衡分析

4.3.1 分析方法

芝堰北、南干渠灌溉面積2 133.44 hm2,由芝堰水庫和上旺水庫直接供水;東風(fēng)東、西干渠灌溉面積5 333.6 hm,先由東風(fēng)水庫供水,若水量不足,則從芝堰、上旺水庫調(diào)水,每旬最大調(diào)水能力受渠道過流能力限制,最大不得超過340萬m3。

4.3.2 現(xiàn)狀年水量供需平衡分析

經(jīng)計算,現(xiàn)狀年水量供需平衡結(jié)果見表7。

表7 現(xiàn)狀年水量供需平衡結(jié)果表 萬m3

由表可知,現(xiàn)狀年70%的灌溉保證率下,基本能滿足用水要求。85%保證率年份缺水很多。

4.3.3 設(shè)計水平年水量供需平衡分析

經(jīng)計算,設(shè)計年水量供需平衡結(jié)果見表8。

表8 設(shè)計水平年水量供需平衡結(jié)果表萬m3

設(shè)計水平年85%的灌溉保證率下,能滿足用水要求,而且略有盈余,余水47萬m3。

5 結(jié) 論

本文把Tennant法作為生態(tài)環(huán)境需水量計算方法首次應(yīng)用到中型灌區(qū)節(jié)水改造工程措施的水量供需平衡分析中,并且根據(jù)當(dāng)?shù)毓┧Y源的情況提出了灌區(qū)水量平衡分析的分片計算方法,具有一定的前瞻性和實(shí)用性。通過本工程的實(shí)施,新增有效灌溉面積1 960 hm2,使灌區(qū)有效灌溉面積達(dá)到7 467 hm2。灌區(qū)渠系水利用系數(shù)由原來的0.52提高至0.67;灌溉保證率由70%提高到85%,工程節(jié)水效益顯著。

[1]楊志峰,劉靜玲,王西琴,等.生態(tài)環(huán)境需水量理論、方法與實(shí)踐 [M].1版.北京:科學(xué)出版社,2003.

[2]水利部農(nóng)村水利司,中國灌溉排水發(fā)展中心.灌區(qū)節(jié)水改造規(guī)劃編寫指南 [M].北京:中國水利水電出版社,2005.

[3]陳曉東,俞科慧,吳國燕,等.國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)浙江省蘭溪市東芝灌區(qū)節(jié)水配套改造項目可行性研究報告 [R].杭州:浙江省科技咨詢中心,2008.

[4]董福平,管儀慶,周黔生,等.河流生態(tài)用水流量確定新方法研究 [J],水利學(xué)報,2007(增刊…):547-551.

[5]阮本清,韓宇平,蔣任飛.灌區(qū)生態(tài)用水研究 [M].北京:中國水利水電出版社,2007.