袁 媛

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司,安徽 合肥 230000）

0 引言

由于區(qū)域年內(nèi)降雨時(shí)空分配不均,灌區(qū)內(nèi)的農(nóng)作物對(duì)于灌溉具有很強(qiáng)的需求,大型灌區(qū)在我國(guó)糧食生產(chǎn)中具有極其重要的地位,是我國(guó)糧食生產(chǎn)量保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)[1-3]。隨著灌區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí),水資源短缺、利用率低、配置不合理等問(wèn)題已經(jīng)成為制約灌區(qū)發(fā)展的重要因素[4]。

灌區(qū)水資源配置是指在灌區(qū)范圍內(nèi),通過(guò)實(shí)施調(diào)整種植模式、提高灌溉水利用系數(shù)等工程與非工程措施,對(duì)灌區(qū)內(nèi)不同形式的水資源進(jìn)行優(yōu)化配置,以實(shí)現(xiàn)水資源的供需平衡與優(yōu)化配置,保證灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展[5-6]。本文從需水和用水兩方面進(jìn)行灌區(qū)水資源供需平衡分析,合理配置灌區(qū)供水與用水,提高灌區(qū)灌溉保證率,實(shí)現(xiàn)灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展[7]。

1 研究區(qū)域概況

花涼亭灌區(qū)位于安徽省安慶市、花涼亭水庫(kù)下游,皖河流域長(zhǎng)河右岸和華陽(yáng)河流域（安徽部分）北部,東至望江縣寶塔河、武昌湖、青草湖,南至華陽(yáng)河流域的大官湖、黃湖、泊湖,西至宿松縣孚玉鎮(zhèn), 北至長(zhǎng)河。灌區(qū)設(shè)計(jì)總灌溉面積105.83 萬(wàn)畝,現(xiàn)狀有效灌溉面積71.76 萬(wàn)畝,灌區(qū)現(xiàn)狀包括總干渠1 條、分干渠4 條。灌區(qū)共分為太湖、宿松、望江、懷寧4 個(gè)分灌區(qū)[8]。灌區(qū)降水年際變化大,多年平均降水量1369 mm,年內(nèi)主要集中在5 月～10 月、約占全年的64%。多年平均蒸發(fā)量1055 mm（80 cm 口徑蒸發(fā)皿）,各月蒸發(fā)量差異較大,灌溉期5 月～10 月的多年平均蒸發(fā)量為735.1 mm,占全年蒸發(fā)量的69%。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文采用的數(shù)據(jù)主要包括1965 年～2020 年花涼亭灌區(qū)降水量、蒸發(fā)量和花涼亭水庫(kù)來(lái)水量,灌區(qū)1965 年～2020 年渠首引水和灌溉供水量,2018 年～2020 年安慶市水資源公報(bào),2018 年～2020 年太湖縣、宿松縣、望江縣、懷寧縣統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)。其中降水量數(shù)據(jù)來(lái)自于安徽省水文局,水庫(kù)來(lái)水量數(shù)據(jù)來(lái)自于花涼亭水庫(kù)管理處,灌區(qū)引水及供水量數(shù)據(jù)來(lái)自花涼亭灌區(qū)管理處,水資源公報(bào)來(lái)源于安慶市水利局,統(tǒng)計(jì)年鑒分別來(lái)源于各縣統(tǒng)計(jì)局,數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

3 水資源配置模型

3.1 系統(tǒng)概化

系統(tǒng)概化是指將具有共同屬性的不同系統(tǒng)實(shí)體歸納為以各類(lèi)參數(shù)表達(dá)的概念性元素,并建立框架描述各類(lèi)元素內(nèi)部和相互之間水量運(yùn)移轉(zhuǎn)換的物理過(guò)程[9]。本文結(jié)合花涼亭灌區(qū)行政邊界、供水水源等情況,以各受水區(qū)作為基本計(jì)算單元,對(duì)花涼亭灌區(qū)的供水與用水現(xiàn)狀模式進(jìn)行整理、概化,得到花涼亭灌區(qū)供用水系統(tǒng)的概化圖。其中花涼亭灌區(qū)水資源系統(tǒng)概化為5 個(gè)計(jì)算單元,需水部門(mén)劃分為城鎮(zhèn)用水（含城鎮(zhèn)生態(tài)用水）、工業(yè)及三產(chǎn)用水、農(nóng)村生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水4 類(lèi),供水水源分為塘壩供水、水庫(kù)供水2 類(lèi)。

3.2 水資源配置原則

水資源配置規(guī)則主要包括供水規(guī)則和用水規(guī)則兩個(gè)方面。供水規(guī)則是模擬將各類(lèi)水源通過(guò)不同工程的調(diào)蓄傳輸分配給各個(gè)用戶的過(guò)程,用水規(guī)則是確保用水的合理性以及公平性,主要包括用戶優(yōu)先性原則和水源利用優(yōu)先序原則[10]。

3.2.1 水庫(kù)供水規(guī)則

花涼亭水庫(kù)是灌區(qū)供水的主要來(lái)源,水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位88.0 m,汛限水位85.5 m,死水位74.0 m。根據(jù)花涼亭水庫(kù)調(diào)度規(guī)程,水庫(kù)灌溉、發(fā)電的原則是灌溉為主、發(fā)電為輔,灌溉用水期,灌溉結(jié)合發(fā)電；非灌溉期,根據(jù)庫(kù)水位和來(lái)水情況,發(fā)電結(jié)合下游生態(tài)用水需求；保證重點(diǎn),照顧全局,注重節(jié)約用水,盡可能調(diào)度發(fā)電用水用于灌溉,充分發(fā)揮水庫(kù)調(diào)度綜合利用效益。因此,當(dāng)水庫(kù)水位高于88.0 m（非灌溉期）或85.5 m（灌溉期）時(shí),上游來(lái)水盡量通過(guò)發(fā)電下泄,直至水庫(kù)水位降至此水位；當(dāng)水庫(kù)水位在88.0 m（85.5 m）和死水位74.0 m 之間時(shí),根據(jù)下游缺水過(guò)程和生態(tài)水量要求發(fā)電。

3.2.2 塘壩供水規(guī)則

灌區(qū)內(nèi)塘壩眾多,可充分利用當(dāng)?shù)貜搅?對(duì)緩解灌溉高峰期輸水壓力有重要作用。塘壩來(lái)水包括旱荒地徑流、水田排水、塘面來(lái)水三個(gè)部分。旱荒地徑流通過(guò)灌區(qū)內(nèi)降水量,采用降雨徑流關(guān)系推求而得。旱荒地徑流無(wú)法全部進(jìn)入塘壩,其有效集水系數(shù)為0.8。稻田排水主要包括分蘗后期的烤田排水、黃熟期落干排水和雨量較大時(shí)的多余雨水。稻田排水進(jìn)入塘壩的有效集水系數(shù)約為0.7。塘面來(lái)水由降雨、蒸發(fā)和滲漏計(jì)算。

3.2.3 用水規(guī)則

用戶規(guī)則主要指優(yōu)先滿足灌區(qū)內(nèi)生活需水,其次為工業(yè)用水,最后為農(nóng)業(yè)灌溉用水；為保證糧食安全,最低農(nóng)業(yè)用水優(yōu)先級(jí)高于工業(yè)的用水需求。水源利用優(yōu)先序原則是指優(yōu)先配置可再利用的污水,河網(wǎng)供水應(yīng)優(yōu)先于水庫(kù)供水利用。

3.3 系列年配置

根據(jù)花涼亭灌區(qū)實(shí)際供用水情況, 本文采用系列年配置的方法, 水庫(kù)來(lái)水量根據(jù)花涼亭水庫(kù)1965 年～2020 年共56 年的各月平均入庫(kù)流量進(jìn)行計(jì)算,基準(zhǔn)年2020 年的需水量根據(jù)近三年的統(tǒng)計(jì)年鑒和水資源公報(bào)進(jìn)行計(jì)算,規(guī)劃年2025 年的需水量則是根據(jù)基準(zhǔn)年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模以及相關(guān)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)發(fā)展政策進(jìn)行推算。通過(guò)56 年的長(zhǎng)系列供需平衡調(diào)算,對(duì)灌區(qū)水資源進(jìn)行優(yōu)化配置。

4 水資源配置結(jié)果與分析

本文根據(jù)構(gòu)建的花涼亭灌區(qū)水資源配置模型,對(duì)灌區(qū)的用水、供水進(jìn)行了長(zhǎng)系列供需平衡調(diào)算,對(duì)各水平年不同水文情景下灌區(qū)水資源進(jìn)行配置。

4.1 序列年水資源配置

根據(jù)計(jì)算的1965 年～2020 年序列年需水量對(duì)規(guī)劃年灌區(qū)水資源進(jìn)行配置,見(jiàn)圖2。配置結(jié)果顯示,規(guī)劃年2025 年的56 年中有55 年水資源供需實(shí)現(xiàn)平衡,1 年有缺水,均為農(nóng)業(yè)灌溉用水,缺水率42.8%,見(jiàn)圖2。

圖2 規(guī)劃年1965 年～2020 年水資源供需配置情況

圖3 基準(zhǔn)年水資源配置方案

圖4 規(guī)劃年水資源配置方案

4.2 不同水平年水資源配置

4.2.1 基準(zhǔn)年水資源配置方案

灌區(qū)基準(zhǔn)年不同水文情景下水資源配置方案見(jiàn)表1,從配置結(jié)果可以看出,50%、75%保證率下灌區(qū)水量均能滿足要求,90%保證率下灌區(qū)缺水2947.4 萬(wàn)m3,缺水率3.4%,均為農(nóng)業(yè)灌溉缺水；當(dāng)遭遇連續(xù)干旱時(shí),花涼亭水庫(kù)供水能力下降,灌區(qū)尾端的望江南、北分灌區(qū)缺水量最大。

表1 基準(zhǔn)年水資源供需配置結(jié)果 單位：萬(wàn)m3

4.2.2 規(guī)劃年水資源配置方案

灌區(qū)基準(zhǔn)年不同水文情景下水資源配置方案見(jiàn)表2,從配置結(jié)果可以看出,2025 年隨著灌區(qū)灌溉面積的增加,農(nóng)業(yè)灌溉用水大量增加,占總需水量的59%。通過(guò)實(shí)施節(jié)水灌溉、提高水資源利用效率,并對(duì)水資源進(jìn)行合理配置,50%、75%、90%保證率下灌區(qū)水量均能滿足要求,灌區(qū)灌溉保證率滿足90%。

表2 規(guī)劃年水資源供需配置結(jié)果 單位：萬(wàn)m3

5 結(jié)語(yǔ)

本文以2020 年為基準(zhǔn)年、2025 年為規(guī)劃年,建立了花涼亭灌區(qū)水資源配置模型,通過(guò)1965 年～2020 年長(zhǎng)系列供需平衡調(diào)算,對(duì)不同水文情景下灌區(qū)水資源進(jìn)行配置,得到結(jié)論如下：

1）灌區(qū)基準(zhǔn)年50%、75%保證率下不缺水,可實(shí)現(xiàn)水資源供需平衡,但90%保證率下灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉缺水較為嚴(yán)重。

2）通過(guò)實(shí)施節(jié)水灌溉、提高水資源利用效率,并對(duì)水資源進(jìn)行合理配置,灌區(qū)規(guī)劃年50%、75%、90%保證率下均不缺水,可實(shí)現(xiàn)水資源供需平衡,年均節(jié)水量4200 萬(wàn)m3,為灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。

3）花涼亭水庫(kù)水資源豐富,通過(guò)水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度、優(yōu)化水資源配置,其供水量可滿足花涼亭水庫(kù)灌區(qū)遠(yuǎn)期建設(shè)發(fā)展需求。