王俊杰

(陜西省延安市宜川縣河長制領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，陜西 延安 716200)

小型農(nóng)田水利工程在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中占有十分重要的作用，是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。加強小型農(nóng)田水利工程建設(shè)，是改善農(nóng)民生存環(huán)境、生產(chǎn)和生活條件，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)村進(jìn)步、農(nóng)民增收的民心工程。宜川縣地處陜西省北部、延安市東南部、黃河中游壺口瀑布之濱，北靠延安寶塔區(qū)，南接黃龍，毗鄰韓城，東隔黃河與山西吉縣相望，地處東徑109°41′36″～110°32′44″、北緯35°42′39″～36°23′39″之間。宜川縣小型農(nóng)田水利設(shè)施主要修建于上世紀(jì)五十至七十年代，受當(dāng)時財力和施工技術(shù)水平的限制，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低；農(nóng)村經(jīng)濟(jì)體制改革后，小型農(nóng)田水利設(shè)施管理主體缺位，維修養(yǎng)護(hù)資金難以落實，老化失修嚴(yán)重，灌溉水利用系數(shù)只有0.45左右，嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展[1]。近年來宜川縣先后多處實施小型農(nóng)田水利工程建設(shè)，工程范圍涵蓋9個鄉(xiāng)鎮(zhèn)202個村，類型涉及小型水庫、堰壩(閘)、小型灌溉泵站、機(jī)井、水窖(池)等小型水源工程及相應(yīng)的渠(管)系工程。水資源供需平衡分析是農(nóng)田水利工程建設(shè)項目設(shè)計時的前置重要條件，本次以2017年宜川縣小型農(nóng)田水利工程實施項目為例，對小型農(nóng)田水利工程建設(shè)中的水資源供需平衡分析方法、過程進(jìn)行闡述，以期為類似工程提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

項目實施區(qū)主要集中在云巖鎮(zhèn)1鎮(zhèn)的6個行政村，項目區(qū)總?cè)丝?1 347人，耕地面積5 231畝，蘋果種植面積13 542畝，設(shè)施灌溉面積2 961畝，有效灌溉面積0萬畝，糧食播種面積0.602 3萬畝，糧食總產(chǎn)量0.085 7萬 t。項目區(qū)處黃土高原丘陵溝壑區(qū)，境內(nèi)溝壑縱橫，河谷深切，峁梁起伏，蜿蜒連綿，以黃土峁居主導(dǎo)地位的地貌類型。項目區(qū)屬暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。多年平均溫度9.9℃，多年平均降雨量450 mm，多年平均蒸發(fā)量1 717 mm，干旱指數(shù)2.83；多年平均日照2 435.6 h，平均總輻射為119.79千卡/cm2，年平均生理輻射為60.03千卡/cm2，風(fēng)向以西北風(fēng)為主，多年平均風(fēng)速為1.80 m/s，最大風(fēng)速13.7 m/s，無霜期186 d，最大凍土深度0.81 m。

2 研究區(qū)水資源供需平衡分析

2.1 水資源概況

項目區(qū)位于雷多河和云巖河兩河之間，灌溉水源為雷多河地表水，采用泵站(興家塬兩級泵站)提水上塬灌溉整個項目區(qū)(三個項目片區(qū)：長命塬項目片區(qū)、太吉塬項目片區(qū)、興家塬項目片區(qū))，灌溉面積7 200畝。

雷多河，發(fā)源于安溝鄉(xiāng)童兒灣東溝，全長40.1 km，流域面積273.6 km2，多年平均徑流量684萬 m3，流經(jīng)宜川縣云巖、新市河、閣樓，延長縣安溝、張家灘、雷赤、南河溝等鄉(xiāng)鎮(zhèn)23個村莊，匯入9 km以上小河5條，為延長縣和宜川縣兩縣界河，于南河溝史家窯科境注入黃河。取水口以上流域面積165.57 km2，多年平均徑流量413.93萬 m3，占徑流總量的60.52%。

2.2 徑流分析

2.2.1 多年平均徑流量計算

本工程為灌溉工程，需對溝道取水口以上的來水量可靠性進(jìn)行分析。雷多河流域內(nèi)無水文觀測資料，附近云巖河上設(shè)有新市河水文站和臨鎮(zhèn)水文站，新市河水文站建于1966年，控制流域面積1 662 km2，位于云巖河下游新市河村，距離項目區(qū)取水口11.5 km，項目區(qū)位于新市河水文站與雷多河取水口之間；臨鎮(zhèn)水文站建于1958年，控制流域面積1 121 km2，位于云巖河上游臨鎮(zhèn)，距離項目區(qū)取水口32 km。

項目區(qū)取水口以上流域面積為165.57 km2，與新市河水文站控制流域面積相差90%，與臨鎮(zhèn)水文站控制流域面積相差85%，與兩水文站均超過了15%，相差較大，但新市河水文站離項目區(qū)最近，均處于河道下游，離入黃河口距離也相近，屬于同一類型河道，因此本次采用《延安地區(qū)實用水文手冊》介紹的徑流深等值線法和以新市河水文站為參證站的水文比擬法，進(jìn)行徑流分析計算。

1)徑流深等值線法

根據(jù)《延安地區(qū)實用水文手冊》中小流域徑流計算見公式(1)：

先利用以下公式算得某設(shè)計頻率的徑流深：

(1)

經(jīng)查《延安地區(qū)實用水文手冊》，流域內(nèi)多年平均徑流深為25 mm(查清水徑流深等值線圖)，年徑流深變差系數(shù)Cv為0.52，Cs=3.0Cv。查圖表得多年平均徑流深及不同頻率的Kp值見表1。

表1 多年平均徑流深、CV、不同頻率Kp值

求得徑流深后，利用公式(2)求得相應(yīng)頻率的年徑流量：

(2)

經(jīng)計算，項目區(qū)取水口以上設(shè)計徑流成果詳見表2。

表2 項目區(qū)取水口以上設(shè)計徑流成果表 萬m3

2)面積比擬法

根據(jù)新市河水文站53 a實測年徑流量系列，查相關(guān)資料，可知：W均值=3 669萬 m3，Cv=0.41，Cs=3.0Cv，計算結(jié)果見表3。

表3 新市河水文站不同頻率年徑流成果表 億m3

工程取水口多年平均徑流量按公式(3)比擬計算：

Wp設(shè)=Wp參×(F設(shè)/F參)

(3)

式中：Wp設(shè)、Wp參分別為取水和參證站頻率為p的年徑流量 (m3/s)；F壩、F參分別為壩址和參證站流域面積(km2)；

計算取水口不同保證率下年徑流量見表4。

表4 工程取水口處年徑流量頻率計算成果表 萬m3

2.2.2 成果的選用

由以上兩種方法計算得的成果比較可知，兩種方法計算成果有一定差距?？紤]到取水口與新市河水文站控制流域面積相差較大，已超過15%，故本次采用徑流深等值線法的計算結(jié)果作為設(shè)計徑流的最終成果，即取水口以上流域多年平均徑流量為413.93萬 m3，75%保證率時的徑流量為256.64萬 m3。

2.2.3 徑流量的年內(nèi)分配

該工程為小型工程，分配比例采用新市河站75%保證率(1972年)年內(nèi)分配比計算，新市河站流域面積為1 662 km2，P=75%時，WP1=0.25億 m3，取水口以上75%保證率的年徑流量256.64萬 m3。分配結(jié)果見表5。

2.2.4 不同保證率下的日平均流量

根據(jù)《延安地區(qū)實用水文手冊》，對于流域面積在1 000 km2以下的黃土丘陵溝壑無資料地區(qū)，計算某一頻率的日平均流量時采用公式(4)計算。

qp=CpFn

(4)

式中：qp為某設(shè)計保證率日平均流量，m3/s；F為流域面積，km2；n為經(jīng)驗指數(shù)，取0.95；Cp為綜合系數(shù)，當(dāng)n=0.95時；用杏河、棗園、志丹、子長水文站的日平均流量保證率綜合出的系數(shù)。

不同保證率下的日平均流量計算成果如表6。由表6可知，75%頻率年日最小流量為199.45 m3/h。

表5 取水口處P=75%年徑流月分配成果表 萬m3

表6 不同保證率下的日平均流量成果表

2.3 水資源可利用量

項目區(qū)雷多河取水口以上無任何取水設(shè)施，下游1km處有宜川縣店頭集中供水工程1處，供水保證率95%，供水規(guī)模為485.4 m3/d，年供水量為17.7萬 m3，引水流量為46.50 m3/h，除此之外在無其它水利工程，河道生態(tài)流量按來水量的10%計算，生態(tài)流量為19.95 m3/h，生態(tài)用水量為25.66萬 m3，則項目區(qū)取水口處可利用水量為：256.64-17.7-25.66=213.28萬 m3，可取水流量為199.45-46.50-19.95=133.00 m3/h。

2.4 可供水量分析

(1)現(xiàn)狀年可供水量分析:2017年度項目區(qū)無水源工程，現(xiàn)狀年灌溉可供水量為0 m3。

(2)設(shè)計水平年可供水量分析:2017年項目區(qū)新建興家塬一個提水灌溉系統(tǒng)，該系統(tǒng)泵站設(shè)計流量為100.31 m3/h，按照以需定供的原則，按每年灌溉3次，每次灌水30 d，每天灌溉22 h，確定泵站設(shè)計年每次灌溉新增供水能力6.62萬 m3，每次可供水量為6.62萬 m3，泵站設(shè)計年全年灌溉新增供水能力19.86萬 m3，設(shè)計水平年全年可供水量為19.86萬 m3。根據(jù)表5可知，取水口處75%保證率的河道來水量為256.64萬 m3，扣除生態(tài)流量和下游殿頭供水工程取水量外，可利用水量為213.28萬 m3，遠(yuǎn)大于興家塬泵站全年可供水量19.86萬 m3，根據(jù)表5可知，取水口處75%保證率的月最小來水量為1月份6.95萬 m3，大于泵站月供水量6.62萬 m3，扣除生態(tài)流量和下游供水工程用水量外，水量明顯不足，但是灌溉月份3月、4月、5月、10月、11月河道月來水量均大于泵站月供水量、生態(tài)流量、下游供水工程用水量三者之和(8.10萬 m3)，因此河道來水量滿足泵站可供水量要求。

2.5 年度需水量計算分析

年度項目區(qū)需水量主要是0.72萬畝蘋果灌溉需水量。

2.5.1 灌溉設(shè)計保證率

揚水灌區(qū)由于提水灌溉成本較高，以收益較高的蘋果灌溉為主，并采用節(jié)水能力好的小管出流灌溉方式。灌溉設(shè)計保證率與灌區(qū)水文氣象、水土資源、作物種類、灌區(qū)規(guī)模、灌水方法等因素有關(guān)，依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，考慮揚水成本較高，水資源有缺乏因素，本次按75%保證率偏干旱年進(jìn)行供需計算，灌溉保證率取75%，灌溉水利用系數(shù)0.90。

2.5.2 灌溉制度

項目區(qū)種植作物為蘋果。依據(jù)《陜西省行業(yè)用水定額》，陜西黃土丘陵溝壑區(qū)蘋果非充分灌溉濕潤年、中等年、干旱年用水定額分別為40、70、90 m3/畝，參照鄰縣洛川縣蘋果灌溉經(jīng)驗、黃河水土保持西峰治理監(jiān)督局李懷有工程師發(fā)表的甘肅慶陽縣《蘋果樹耗水規(guī)律及節(jié)水灌溉技術(shù)研究》(黃河上中游管理局基金項目 2004.02.14)蘋果灌溉的成果，結(jié)合宜川縣蘋果生育期及前兩年的灌溉實際情況，并考慮群眾對高揚程灌溉成本較高的承受能力，根據(jù)蘋果不同生育階段對缺水的敏感性，采用灌關(guān)鍵水及非充分灌溉結(jié)合方式，組合小管出流灌水定額安排灌溉時序和次數(shù)[2]，具體為：

蘋果的最佳灌水期為萌芽前(3月下旬)、新梢旺長前(5月初)、果實迅速膨大期(7-8月)和封凍前(10月下旬至11月上旬)四個灌水期。

(1)萌芽前(3月下旬)灌水可有效利用先年貯藏養(yǎng)分，促進(jìn)萌芽、開花、座果、擴(kuò)大葉面積、增強光合作用。

(2)新梢旺長前(5月初)灌水。此期是蘋果新梢旺長和幼果膨大并進(jìn)的時期，葉片蒸騰作用強，是蘋果的需水臨界期，此期水分不足，不僅影響春梢生長和果實發(fā)育，而且還會嚴(yán)重影響花芽分化，從而導(dǎo)致翌年產(chǎn)量的大幅度下降。

(3)果實迅速膨大期(7-8月)灌水能促進(jìn)果實增大和提高產(chǎn)量，且有利于花芽分化，為來年豐產(chǎn)創(chuàng)造條件，宜川7月～8月份處于汛期，降雨占到了全年將水的50%多，一般年份此期基本不需灌溉。

(4)封凍前(10月下旬至11月上旬)灌水能促進(jìn)有機(jī)肥料腐解，滿足果樹休眠期的水分要求，增加冬季樹體營養(yǎng)積累，防止冬季抽條。由于項目區(qū)無蘋果試驗的灌溉制度，根據(jù)在宜川縣當(dāng)?shù)氐淖咴L調(diào)查，依據(jù)當(dāng)?shù)厝罕姸嗄晏O果灌溉高產(chǎn)經(jīng)驗，結(jié)合前兩年鄰近項目區(qū)蘋果小管出流灌溉成果，蘋果果園一般年份每畝年灌溉3次、每次毛灌水定額為10.0 m3/畝左右，灌溉有效利用系數(shù)為0.90。根據(jù)群眾灌溉蘋果的高產(chǎn)經(jīng)驗確定的灌溉制度見表7。

(5) 項目區(qū)作物灌溉需水量：現(xiàn)狀年無灌溉設(shè)施，不灌溉，灌溉需水量為0萬 m3。設(shè)計年蘋果采用小管出流灌溉，灌溉保證率按干旱年非充分灌溉取75%，灌溉水利用系數(shù)0.90，凈灌水定額為9 m3/畝，凈灌溉定額27 m3/畝，毛灌水定額為10 m3/畝，毛灌溉定額30 m3/畝，0.72萬畝蘋果年灌溉需水量21.60萬 m3。

表7 設(shè)計水平年蘋果的節(jié)水灌溉制度(經(jīng)驗法)

2.6 水資源平衡分析

現(xiàn)狀年項目區(qū)泵站可供水量為0萬 m3，項目區(qū)灌溉總需水量0萬 m3。設(shè)計水平年項目區(qū)灌溉期間泵站可供水量為19.86萬 m3，項目區(qū)灌溉總需水量21.60萬 m3，灌溉期間缺水1.74萬 m3，不滿足用水要求，見表8。為了滿足灌溉用水要求，應(yīng)在研究區(qū)進(jìn)行農(nóng)田水利工程規(guī)劃建設(shè)時建設(shè)蓄水池和泵站，利用設(shè)計的蓄水池和泵站出水池進(jìn)行調(diào)蓄，調(diào)蓄次數(shù)3次，非灌溉期間將蓄水池和泵站出水池抽滿。蓄水池和泵站出水池的總?cè)莘e控制為5 800 m3，調(diào)蓄容量為1.74萬 m3，滿足灌溉期間缺水要求，其中出水池容積為3 000 m3，1#和4#蓄水池容積為500 m3，2#、3#、5#、6#、7#、8#蓄水池容積為300 m3。

表8 項目區(qū)水資源供需平衡表 萬m3

3 結(jié)語

研究區(qū)水源情況是決定項目能否順利實施的基礎(chǔ),通過對宜川縣2017年農(nóng)田水利工程建設(shè)項目區(qū)水資源供需平衡問題進(jìn)行研究，經(jīng)過勘察調(diào)查, 進(jìn)行水資源供需平衡計算, 設(shè)計水平年項目區(qū)灌溉期間泵站可供水量為19.86萬 m3，項目區(qū)灌溉總需水量21.60萬 m3，灌溉期間缺水1.74萬 m3，不滿足用水要求，必須在研究區(qū)進(jìn)行農(nóng)田水利工程規(guī)劃建設(shè)時建設(shè)蓄水池和泵站，利用蓄水池和泵站出水池進(jìn)行調(diào)蓄，確保灌溉用水需求，分析結(jié)果為項目科學(xué)建設(shè)提供參考。