張利民

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001)

西安市黑河引水灌溉工程水資源及開(kāi)發(fā)方式的配置研究

張利民

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001)

黑河引水灌溉工程是繼黑河金盆水庫(kù)樞紐工程、輸水工程、城市凈水廠工程、城市配水管網(wǎng)工程建成之后又一項(xiàng)充分利用黑河水庫(kù)調(diào)節(jié)功能、合理開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)地下水源、實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置的灌溉工程。依據(jù)灌區(qū)水資源的平衡分析研究，認(rèn)為在保證城市供水前提下，優(yōu)先利用地表水，適當(dāng)開(kāi)發(fā)地下水，分區(qū)分片采用渠灌、渠井雙灌等不同灌溉開(kāi)發(fā)方式是解決灌區(qū)水資源合理配置的有效途徑。

1 工程概況

西安市黑河引水灌區(qū)位于陜西省關(guān)中中部，西起周至縣啞柏鎮(zhèn)以東，東至戶縣境內(nèi)澇河以西，北以西寶公路南線、黑河三角洲北岸、戶縣東西向5#路為界，南至秦嶺山脈沿山一帶510～470.0 m高程以北，南北寬 5～12 km，東西長(zhǎng)約 45 km。總土地面積358.6 km2，設(shè)施灌溉面積37.3萬(wàn)畝。

黑河流域?qū)倥瘻貛О敫珊蛋霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣侯，多年平均氣溫 13.2℃，極端最高氣溫 42.4℃，極端最低氣溫 －20.2℃;多年平均降水量 638.3 mm;最大風(fēng)速 20 m/s，風(fēng)向?yàn)閃NW，最大凍土深度24 cm，多年平均蒸發(fā)量1 151 mm。

在黑河金盆水庫(kù)滿足原批準(zhǔn)向西安市城區(qū)供水3.05億m3條件下，統(tǒng)一調(diào)配地表、地下水資源，對(duì)黑河37.3萬(wàn)畝灌區(qū)進(jìn)行續(xù)建配套節(jié)水改造，改造渠首低壩引水樞紐，改善各級(jí)渠道輸配水條件，為灌區(qū)持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件，達(dá)到農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收的目的。

主要工程規(guī)模為:設(shè)施灌溉面積為37.3萬(wàn)畝，即改善原黑惠渠灌區(qū)13.4萬(wàn)畝(不包括田峪河以東0.6萬(wàn)畝)和英雄渠0.5萬(wàn)畝農(nóng)田的灌溉引水條件，擴(kuò)建原西駱峪水庫(kù)灌區(qū)因灌溉水量不足的灌區(qū)面積3.3萬(wàn)畝，擴(kuò)灌因黑河建成截流后地下水受到影響的黑河三角洲井灌區(qū)2.68萬(wàn)畝，終南引黑井灌區(qū)2.12萬(wàn)畝，南集賢井灌區(qū)8.1萬(wàn)畝和戶縣井灌區(qū)7.2萬(wàn)畝，總計(jì)改造、擴(kuò)建渠灌區(qū)17.2萬(wàn)畝，擴(kuò)灌井灌區(qū)20.1萬(wàn)畝(其中:低壓管灌面積1.88萬(wàn)畝)。

2 灌區(qū)水資源及需水量預(yù)測(cè)

灌區(qū)橫跨周至、戶縣，2003年總?cè)丝?9.95萬(wàn)人，其中:農(nóng)業(yè)人口35.46萬(wàn)人，非農(nóng)業(yè)人口 4.49萬(wàn)人?，F(xiàn)狀農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值3.57億元，工業(yè)產(chǎn)值12.66億元。

依據(jù)周戶兩縣《國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展“十五”計(jì)劃及2010年遠(yuǎn)景規(guī)劃綱要》，全灌區(qū)農(nóng)業(yè)人口按關(guān)中地區(qū)規(guī)劃平均增長(zhǎng)率3.6‰(考慮農(nóng)村人口向城市集中的因素)估算，城鎮(zhèn)人口按3.5%的增長(zhǎng)率計(jì)算，則設(shè)計(jì)水平年2015年全灌區(qū)農(nóng)業(yè)人口將達(dá) 37.377萬(wàn)人，城鎮(zhèn)人口(包括周至縣城)6.7萬(wàn)人。按《陜西省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十個(gè)五年計(jì)劃綱要》及2010年規(guī)劃，2000～2015年本地區(qū)經(jīng)濟(jì)將保持較快增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2003～2005年工業(yè)增長(zhǎng)率為10.5%，2006～2010年工業(yè)增長(zhǎng)率為8%，2011～2015年工業(yè)增長(zhǎng)率為7%，以此增長(zhǎng)率推得灌區(qū)設(shè)計(jì)水平年城鄉(xiāng)工業(yè)總產(chǎn)值為31.8億元。

2.1 灌區(qū)需水量預(yù)測(cè)

灌區(qū)水平年設(shè)施灌溉面積37.3萬(wàn)畝，灌溉水利用系數(shù)0.63，按照確定的水平年灌溉制度，求得該灌區(qū)不同年份農(nóng)作物需水量及全灌區(qū)需水量;即濕潤(rùn)年P(guān)=25%，凈需水量6 103萬(wàn) m3、毛需水量9 687萬(wàn) m3(地表水);中等年 P=50%，凈需水量7 786萬(wàn) m3、毛需水量12 358萬(wàn) m3(地表水);干旱年P(guān)=75%，凈需水量9 216萬(wàn) m3、毛需水量14 629萬(wàn) m3(地表水)。

將各灌期降水量按不同頻率組合后按照擬定的灌溉制度，求得黑河灌區(qū)現(xiàn)狀年多年平均需黑河金盆水庫(kù)供水3 408萬(wàn) m3;黑河灌區(qū)(渠灌區(qū))設(shè)計(jì)水平年多年平均需黑河金盆水庫(kù)供水4 969萬(wàn) m3;黑河灌區(qū)(渠井雙灌區(qū))設(shè)計(jì)水平年多年平均需黑河金盆水庫(kù)供水3 872萬(wàn) m3;因此，水平年多年平均黑河灌區(qū)總計(jì)需黑河金盆水庫(kù)供水8 841萬(wàn) m3。

設(shè)計(jì)水平年農(nóng)業(yè)人口生活用水定額取65 L/人·d，大牲畜用水定額30 L/頭·d，小牲畜用水定額20Ll/頭·d。工業(yè)用水定額30 m3/萬(wàn)元。設(shè)計(jì)水平年灌區(qū)城鄉(xiāng)生活凈需水量為1 884萬(wàn) m3。

2.2 地表水資源量及可利用量

黑河灌區(qū)西以清水河一級(jí)支流陽(yáng)化河為界，東至澇河，其間有沙河、黑河、馬岔河、就峪河、田峪河、赤峪河、耿峪河、白馬河、甘峪河等11條河流。除陽(yáng)化河、馬岔河、白馬河流域面積較小，不計(jì)算地表水徑流外，其余8條河多年平均地表徑流資源為93 011萬(wàn) m3。西駱峪水庫(kù)、甘峪水庫(kù)均為已成的水利工程，其地表徑流已經(jīng)利用，就峪、田峪、赤峪、耿峪、澇峪又分別有簡(jiǎn)陋的取水設(shè)施和相應(yīng)的供水對(duì)象，要改變其供水方式和供水對(duì)象需要修建或改建取水樞紐，工程投資規(guī)模較大。馬岔河流域面積較小，為季節(jié)性河流，其水量小且無(wú)法利用。因此，全灌區(qū)可利用地表水只有黑河地表徑流，多年平均為 6.24億 m3。

2.3 地下水資源量及可開(kāi)采量

地下水可開(kāi)采資源量是指在經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行條件下，可以開(kāi)采的水量。區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)研究程度較高，尤其對(duì)淺層地下水開(kāi)發(fā)利用有較長(zhǎng)的歷史和開(kāi)發(fā)水平，并具有相應(yīng)的開(kāi)采統(tǒng)計(jì)及調(diào)查資料及水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料，故選用開(kāi)采系數(shù)法計(jì)算可開(kāi)采資源。

參照水利部(地下水資源調(diào)查和評(píng)價(jià)工作細(xì)則)，灌區(qū)地下水動(dòng)態(tài)多年變化較大，開(kāi)采系數(shù)可確定為0.65。地下水可開(kāi)采量現(xiàn)狀年為6 340萬(wàn) m3，25%代表年為7 610萬(wàn) m3，50%代表年為7 031萬(wàn) m3，，75%代表年6 522萬(wàn) m3。

受黑河灌區(qū)地形條件的限制，其地下水排泄條件較好，但其補(bǔ)給受大氣降雨和農(nóng)田灌溉入滲影響較大，特別是灌區(qū)內(nèi)各峪常流量不大，枯水期甚至斷流，黑河金盆水庫(kù)蓄水后，黑惠渠灌區(qū)地下水位明顯下降，因此，現(xiàn)有井灌區(qū)不宜大幅度開(kāi)采地下水灌溉。黑惠渠灌區(qū)四群以北現(xiàn)存的機(jī)井?dāng)?shù)量903眼，而配套完好的機(jī)井?dāng)?shù)量只有360眼，灌區(qū)近年農(nóng)灌開(kāi)采地下水量一直保持在300～400萬(wàn) m3;周至縣黑河三角洲、終南、南集賢等井灌區(qū)現(xiàn)有配套機(jī)井828眼，現(xiàn)狀農(nóng)灌實(shí)際開(kāi)采地下水1 297萬(wàn) m3。戶縣井灌區(qū)現(xiàn)有機(jī)井805眼，配套完好的僅523眼，現(xiàn)狀農(nóng)灌實(shí)際開(kāi)采地下水748萬(wàn) m3。灌區(qū)現(xiàn)狀城鄉(xiāng)生活毛用水量1 619萬(wàn) m3，農(nóng)灌實(shí)際開(kāi)采地下水2 445萬(wàn) m3，兩項(xiàng)合計(jì)實(shí)際開(kāi)采地下水4 064萬(wàn) m3，占可開(kāi)采量6 340萬(wàn) m3的64.1%。因此，黑河灌區(qū)地下水計(jì)劃開(kāi)采量應(yīng)首先保證灌區(qū)內(nèi)城鄉(xiāng)生活和工業(yè)用水需求，其次，應(yīng)滿足地下水總體采補(bǔ)平衡，進(jìn)一步配套現(xiàn)有機(jī)井，不再大規(guī)模無(wú)序開(kāi)采地下水，使灌區(qū)機(jī)井?dāng)?shù)量基本保持現(xiàn)有規(guī)模，以減少灌區(qū)運(yùn)行管理費(fèi)用，在地下水可開(kāi)采量允許的情況下，確定水平年地下水計(jì)劃開(kāi)采量。

根據(jù)灌區(qū)需水量預(yù)測(cè)結(jié)果，設(shè)計(jì)水平年灌區(qū)城鄉(xiāng)生活凈需水量1 884萬(wàn) m3，毛需水量2 094萬(wàn) m3。結(jié)合灌區(qū)現(xiàn)狀地下水開(kāi)采量，確定設(shè)計(jì)水平年全灌區(qū)計(jì)劃開(kāi)采地下水4 744萬(wàn) m3，其中:城鄉(xiāng)生活2 094萬(wàn) m3，農(nóng)灌 2 650萬(wàn) m3。其余農(nóng)灌需水量由黑河金盆水庫(kù)承擔(dān)。

2.4 灌區(qū)供需水量平衡分析

由現(xiàn)狀年黑河金盆水庫(kù)長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果可知，黑河金盆水庫(kù)在滿足向西安市供水30 300萬(wàn) m3后，多年平均向黑惠渠灌區(qū)供水3 180萬(wàn) m3，城市供水保證率為95.2%，農(nóng)灌保證率87.1%遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)保證率70% ～80%的要求，因此，黑河金盆水庫(kù)有多余水量擴(kuò)灌西高干系統(tǒng)和向井灌區(qū)補(bǔ)水的能力。

設(shè)計(jì)水平年采用1940～2001年61年徑流系列和相應(yīng)的城市用水、農(nóng)灌用水過(guò)程線，按時(shí)歷法進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，計(jì)算時(shí)先從來(lái)水過(guò)程中扣除河道生態(tài)水量，然后在考慮蒸發(fā)、滲漏損失情況下逐旬進(jìn)行水量平衡計(jì)算。水庫(kù)的用水次序?yàn)楹拥郎鷳B(tài)用水、西安城市供水、農(nóng)灌用水，起調(diào)水位為死水位520 m，死庫(kù)容為 1 000萬(wàn) m3。

由水平年長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)結(jié)果可知，黑河金盆水庫(kù)在水文系列延長(zhǎng)后，多年平均向西安市供水30 244萬(wàn) m3，供水保證率95.2%，和黑河金盆水庫(kù)樞紐初步設(shè)計(jì)確定的向西安供水30 500萬(wàn) m3的規(guī)模基本一致。灌區(qū)多年平均農(nóng)灌需水量為8 841萬(wàn) m3，黑河金盆水庫(kù)滿足西安市城市供水后，實(shí)際調(diào)節(jié)的農(nóng)灌供水量為 7 741萬(wàn) m3，灌溉保證率:渠灌區(qū)達(dá)到67.7%和66.1%(渠井雙灌區(qū))符合規(guī)范要求。

黑河金盆水庫(kù)黑河灌區(qū)設(shè)計(jì)水平年水資源供需平衡表 萬(wàn)m3

3 灌區(qū)開(kāi)發(fā)方式

灌區(qū)位于秦嶺北麓，地形起伏較大，南北高差30～65 m，區(qū)內(nèi)年降水量638.3 mm，水資源豐富，黑河金盆水庫(kù)水質(zhì)優(yōu)良，根據(jù)節(jié)水近期利益與長(zhǎng)遠(yuǎn)利益、階段發(fā)展與可持續(xù)發(fā)展、以及先進(jìn)節(jié)水技術(shù)與常規(guī)灌溉技術(shù)的關(guān)系，認(rèn)為噴灌、微灌、低壓管道輸水等先進(jìn)節(jié)水技術(shù)，具有較高的用水效率，代表了農(nóng)田灌溉技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，要積極提倡和推廣，但是在灌區(qū)規(guī)劃中要注重研究投入產(chǎn)出關(guān)系，要讓農(nóng)民從中得到實(shí)實(shí)在在的利益。從陜西及本區(qū)情況看，地面灌溉仍占有很大比例，推廣小畦灌、溝灌這些常規(guī)節(jié)水技術(shù)投資少、易實(shí)施、見(jiàn)效快，農(nóng)民易于掌握，特別是相對(duì)效益較低的大田糧食作物，在資金緊缺的情況下，推廣常規(guī)小畦灌溉技術(shù)具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

綜合以上因素，在目前不具備大面積實(shí)施低壓管灌的情況下，結(jié)合黑河灌區(qū)目前低壓灌溉方面實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為今后在全灌區(qū)大面積推廣低壓管灌積累經(jīng)驗(yàn)，規(guī)劃在周至縣的東干八支渠(灌溉面積1.12萬(wàn)畝)、戶縣的東干十二支渠(灌溉面積1.24萬(wàn)畝)建立低壓管灌節(jié)水示范區(qū)。

在已確定的灌區(qū)范圍內(nèi)，西高干(原西駱峪水庫(kù))灌區(qū)、黑惠渠灌區(qū)灌溉水源主要為地表水，新擴(kuò)灌的黑河三角洲、終南、南集賢、戶縣等補(bǔ)水井灌區(qū)目前灌溉水源主要為地下水。為滿足城鄉(xiāng)人口及工業(yè)企業(yè)生活生產(chǎn)用水，充分利用灌區(qū)地下水資源，按照旱澇漬綜合治理的原則，促進(jìn)灌區(qū)人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，確定灌區(qū)開(kāi)發(fā)方式為:高干渠灌區(qū)(3.8萬(wàn)畝)、黑惠渠灌區(qū)(13.4萬(wàn)畝)以黑河地表水為水源，采用傳統(tǒng)的畦灌、溝灌、格田灌等灌溉模式。新擴(kuò)灌的黑河三角洲、終南、南集賢、戶縣蔣村玉蟬等井灌區(qū)采用渠井雙灌的灌溉模式，達(dá)到“以渠養(yǎng)井、以井補(bǔ)渠、以灌代排”的目的。東干八、十二支渠合計(jì)灌溉面積1.88萬(wàn)畝為低壓管灌節(jié)水技術(shù)示范區(qū)。

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1004－1184(2011)06－0098－02

2011－09－27

張利民(1952－)，男，陜西涇陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)及管理工作。