□ 劉洪飛 □ 王 偉 □ 魏 歡

（1河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司;2鄭州市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

1 基本原理和方法

根據(jù)水量平衡原理和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)量守恒定律，考慮作物生長(zhǎng)過(guò)程中農(nóng)田水循環(huán)和氮、磷循環(huán)特征，建立農(nóng)田灌溉退水水量水質(zhì)模型，模型從水量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量?jī)煞矫娣治龊皖A(yù)測(cè)農(nóng)田灌溉退水的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度變化，定量地評(píng)價(jià)灌溉退水對(duì)水質(zhì)的影響。模型主要包括水量平衡模型和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)平衡模型2個(gè)部分。在水量平衡模型中，蒸散發(fā)作為一個(gè)重要影響因素，采用蒸散發(fā)模型進(jìn)行估算。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)平衡模型具有統(tǒng)一形式，能夠適用于灌區(qū)各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和輸移。

1.1 水量平衡模型

式中:△V—農(nóng)田時(shí)段蓄水量增量，m3；QI—時(shí)段平均灌溉流量，m3/s；Q0—時(shí)段平均退水流量，m3/s；Ph—時(shí)段降雨強(qiáng)度,mm/s；E—時(shí)段蒸發(fā)強(qiáng)度，mm/s；S—灌區(qū)灌溉面積，km2；L—時(shí)段平均下滲量，m3/s。其中:，E=kpE0—時(shí)段水面蒸發(fā)強(qiáng)度,mm/s，kp—折算系數(shù)，與地表植被類型有關(guān)的常數(shù)。

1.2 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)模型

式中:ΔCp—灌區(qū)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度的增量,mg/L；V—時(shí)段蓄水量,m3；CI—灌區(qū)入流營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度,mg/L；C0—灌區(qū)出流營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度,mg/L；RP—降雨水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度,mg/L；F—為使用化肥或肥料對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度貢獻(xiàn)量；GP—單位面積作物生長(zhǎng)吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的總量，t/s；其中:F=kcs，kc—化肥施用系數(shù)，t/（km2.s）；，GP=GfPer,Gf—時(shí)段糧食產(chǎn)量，t/s，Per—糧食中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，%。上述其他符號(hào)同水量平衡模型。

2 實(shí)例分析

2.1 灌區(qū)基本情況

2.1.1 地理位置及范圍

灌區(qū)位于河南省舞陽(yáng)縣東北部的澧河南岸，屬淮河流域，涉及舞陽(yáng)縣的舞泉鎮(zhèn)、文峰鄉(xiāng)、吳城鎮(zhèn)及九街鄉(xiāng)等6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。灌區(qū)南起舞陽(yáng)縣城及漯舞鐵路，北抵澧河，西至許泌公路，東抵舞陽(yáng)縣界，東西長(zhǎng)約19.70km，南北寬約8.50km，項(xiàng)目區(qū)總面積168.60km2，灌溉面積 1.16萬(wàn) hm2。

2.1.2 地形地貌

灌區(qū)位于伏牛山東麓山前坡洪積崗地向沖積平原過(guò)渡區(qū)，海拔高程在72.00～85.89m之間，地面起伏變化較大，地勢(shì)自西南向東北傾斜，地面自然平均坡降約為1/3000。

2.1.3 土壤、植被

灌區(qū)地表土層成土母質(zhì)主要為第四系全新統(tǒng)沖積物及第三系上更新統(tǒng)坡洪積物，土壤以黃棕色沙壤土為主，分布在澧河兩側(cè)，其間還有黑土及粘土零星分布，土壤肥沃，富含氮、磷、鉀及有機(jī)物。

2.1.4 河流水系

灌區(qū)河流主要有澧河及其支流唐河，屬于淮河流域。澧河是淮河流域沙穎河右岸的一條支流，全長(zhǎng)145km，河道平均比降約1/2500，流域面積2787km2。河道下游沿途主要匯入支流有唐河。唐河河道全長(zhǎng)35km，河道平均比降1/3000，流域面積258km2。

2.1.5 灌溉工程布局

灌區(qū)利用在澧河上修建節(jié)制閘調(diào)節(jié)水量后引、提水，然后在通過(guò)澧唐干渠和文吳干渠向灌區(qū)供水，設(shè)計(jì)引水流量分別為3.50，3.80m3/s。兩干渠末端分別布置退水閘，灌區(qū)退水全部匯入澧河。

2.2 灌區(qū)退水系統(tǒng)

灌區(qū)灌溉年設(shè)計(jì)引水量為4042.60萬(wàn)m3，采用節(jié)水型灌溉方式，灌溉回歸水量有限。本工程共布置3座退水閘，其中澧唐干渠1座，文吳干渠2座，渠道退水入唐河后再流入澧河。具體見圖1。

圖1 灌區(qū)退水系統(tǒng)組成圖

2.3 模型計(jì)算

2.3.1 水量平衡計(jì)算

灌區(qū)灌溉面積1.16萬(wàn)hm2，選擇一個(gè)灌溉周期作為計(jì)算時(shí)段，農(nóng)田蓄水量得凈增量取0，降雨采用舞陽(yáng)站實(shí)測(cè)資料。水量損失及退水流量計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 項(xiàng)目區(qū)灌溉退水流量計(jì)算表

2.3.2 氮、磷濃度計(jì)算

根據(jù)農(nóng)田灌溉入流氮磷量（采用澧河水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果）、化肥中氮的使用量、植物吸收氮磷量計(jì)算農(nóng)田氮、磷的總量，然后結(jié)合水量平衡計(jì)算結(jié)果得到灌溉退水中氮、磷的濃度。灌區(qū)以小麥、玉米及煙葉為主要作物，其對(duì)氮、磷吸收量通過(guò)灌區(qū)糧食產(chǎn)量和作物氮、磷含量來(lái)估算。農(nóng)田化肥投入中總氮和總磷投入系數(shù)根據(jù)實(shí)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料進(jìn)行估算。各種作物氮、磷含量見表2，農(nóng)田化肥投入中總氮和總磷投入系數(shù)見表3，根據(jù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)模型計(jì)算的農(nóng)田灌溉退水中氮、磷濃度成果見表4。

表2 主要作物氮、磷含量表 （單位:%）

表3 農(nóng)田kc取值單位:10-8t/（hm2.a）

2.4 模型驗(yàn)證

根據(jù)灌區(qū)運(yùn)行后退水排入河道水質(zhì)的監(jiān)測(cè)資料，按照平水期情況對(duì)磷濃度的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果見表5。從驗(yàn)證結(jié)果來(lái)看，相對(duì)誤差絕對(duì)值小于10%，基本達(dá)到模型精度要求，這說(shuō)明采用農(nóng)田灌溉退水水量水質(zhì)平衡模型預(yù)測(cè)灌溉退水營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度是可行的，可以作為灌區(qū)水資源論證中分析灌溉退水對(duì)河道水質(zhì)影響的一種方法和手段。

表4 農(nóng)田灌溉退水中氮、磷濃度成果表（單位:mg/L）

表5 河南某灌區(qū)農(nóng)田灌溉退水磷濃度驗(yàn)證表 單位:mg/L

3 結(jié)語(yǔ)

本文系統(tǒng)的對(duì)灌溉退水水量及水質(zhì)進(jìn)行了分析闡述，并結(jié)合實(shí)例，采用灌溉退水水量及水質(zhì)模型對(duì)河南省某灌區(qū)退水水量及水質(zhì)進(jìn)行了分析研究。該模型計(jì)算簡(jiǎn)便，結(jié)果合理，具有很強(qiáng)的可操作性，可以被應(yīng)用于灌區(qū)水資源論證等實(shí)際工作中，模擬結(jié)果灌區(qū)水資源論證提供了科學(xué)依據(jù)，對(duì)灌區(qū)水資源論證分析具有很重要的意義。

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[2]肖素君，王煜，張新海,等.沿黃省區(qū)灌溉耗用黃河水量研究[J].灌溉排水,2002（2）60-62.

[3]于濤，何大偉，陳靜生.黃河流域灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展對(duì)黃河水量和水質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003（6）664-665.