灌区水资源供需水量平衡分析

刘海娟

（新疆玛纳斯河流域管理处，新疆 石河子 832000）

灌区水资源供需水量平衡分析

刘海娟

（新疆玛纳斯河流域管理处，新疆 石河子 832000）

以新疆玛纳斯河流域的东岸大渠过河涵洞段为研究对象，阐述了过河涵洞现状及存在问题，对东岸大渠过河涵洞段进行了水资源供需水量平衡分析。

水资源；供需平衡；灌区；效率

灌区是新疆地区经济发展的重要基础，研究灌区供需水量平衡对农业用水安全和可持续发展具有重要意义。水资源供需水量平衡研究是在区域水资源协调的基础上，建立合理的数学模型，利用水资源供需平衡方程并选择合理的求解方法进行计算灌溉水利用系数［1-2］。水资源供需水量平衡模型按照市场经济和可持续发展战略的要求，以保证供水量为目的，并维护、改善当地的环境，提高灌溉用水利用率［3-4］。

1 过河涵洞现状及存在问题

东岸大渠8km过河涵洞从东岸大渠引水，穿过玛纳斯河，投入石河子总干渠。涵洞始建于1959年，设计流量23m3/s，涵洞断面形式为2孔拱形，涵洞净高2.5m，净宽2.7m，结构为浆砌石结构。过河涵洞位于五级电站尾水渠 0+735m处，横穿东岸大渠、玛纳斯河，涵洞分为两段，第一段穿过东岸大渠段长约30m；第二段穿过铁路导流堤，横穿玛纳斯河段长约630m，两涵洞之间以127m长明渠相接，涵洞穿越玛纳斯河后，投入石河子总干渠，跨玛纳斯河进口现状见图1。

图1 过河涵洞跨玛纳斯河进口现状

跨河涵洞经过近 50年的运行，已经出现了工程老化、卵石松动、剥落、渠道淤积等现象，主要存在以下问题。

（1）原设计流量 23m3/s，实际过流 8～9m3/s，不能满足兵团第八师的供水要求。

（2）管理单位每年需投入100多万元资金和大量的人力物力进行维护，维修管理极为不便。

（3）跨玛纳斯河段的涵洞顶部已经被冲出，涵洞下游的河床已经被下切成了1～2m的陡坎，且随着时间的推移，下切的深度在加大，其安全已经受到严重的威胁。

2 过河涵洞项目区供需水量分析

2.1 灌溉利用系数计算

灌溉水利用系数为［5］:

式中:ηS为渠系水利用系数；ηf为田间水利用系数。

项目区的计算节点为东岸大渠8+000m的节制分水闸处，在保证率为75%的情况下，引水口年可分配水量1.00亿 m3。由于项目区引水口下游有水库，故项目区的供水不足部分由地下水补充。项目区的人畜用水主要利用地下水，可用于农业灌溉的地下水为1200万m3。项目区控制灌溉面积30万亩，至设计水平年不变，种植结构形式也不变，表1给出了项目区作物面积及灌溉方式。

表1 项目区作物面积及灌溉方式

灌溉水利用系数由渠系水利用系数、田间水利用系数等综合确定。渠系水的利用率根据灌区实际情况确定。现状年项目区总干、干、支、斗、农各级渠道的渠系水利用系数分别为0.92、0.93、0.92、0.94、0.95。根据田间灌溉水平、灌溉技术、土地平整及管理水平等确定现状年灌区田间水利用系数为0.91。灌区综合灌溉水利用系数为0.65。表2给出了项目区各水平年灌溉水利用系数表。

2.2 设计流量计算

为缓解沙湾县的缺水矛盾，满足沙湾县玛纳斯河灌区农业生产和经济的可持续发展，2006年对头孚干渠进行了更新改造。目前头孚干渠从玛纳斯河直接引水，东岸大渠8km过河涵洞所控制的面积由55万亩减少至 30万亩。根据灌区 2015的灌水率和渠道控制的灌溉面积、灌溉水利用系数，计算渠道设计流量，渠道设计流量Q为:

表2 项目区各水平年灌溉水利用系数

式中:q为设计灌水率（m3/s.万亩），本次计算取0.31 m3/s.万亩；A为渠道控制的灌溉面积（万亩），取 30万亩。η为续灌渠道至田间的灌溉水利用系数。

根据以上公式计算出渠道的设计流量为14.3m3/s，加大流量为18m3/s。其中0+000m～0+514m段兼为东岸大渠的退水，其退水流量为40m3/s。为了检修 9#闸和10#闸之间的渠道，渠道的设计流量为65m3/s。

2.3 灌溉需水量计算

农业灌溉用水量与作物种植结构、灌溉面积、灌溉方式、灌溉定额及灌溉水利用系数等多种因素有关［6］。通过计算，项目区农业年需水量为13089.58万m3，各农作物每月需水量情况见表3。

表3 项目区各种作物灌溉需水量 单位:万m3

2.4 水资源供需平衡分析

本次供需平衡分析采用P=75%来水过程进行分析计算，以年供需水量为基础，对供需水进行综合平衡。以不同的灌溉类型进行分层平衡，农业灌溉（含灌溉生态用水）主要利用水库水、河水平衡，不足部分开采地下水；灌区内人工生态用水包含在灌区林草业需水量中，自然生态主要利用河道弃水及洪水进行灌溉，不参与供需平衡表分析。项目区年缺水1557.87万m3，项目水资源供需平衡见表4。

表4 农业用水供需平衡分析（P=75%） 单位:万m3

由于作物种植结构、田间水利用系数等均未改变，故其节水量为干渠渠系水利用系数提高的节水量。

3 结论

针对东岸大渠过河涵洞段存在的问题，计算了灌溉利用系数、设计流量、灌溉需水量，在此基础上进行水资源供需平衡分析。研究表明:P=75%来水过程下，以年供需水量为基础，计算出东岸大渠过河涵洞段年缺水 1557.87万m3。

分析产生缺水的原因，主要是由于渠道水利用系数及灌溉水利用系数均偏低，有必要对灌区进行改造，减少输水的渗漏损失，提高渠道水利用系数，节约水量，提高作物产量，这对于整个玛纳斯河灌区来说意义重大。

［1］刘红英，郑凌云，拜存有.榆林市水资源供需平衡分析［J］.水资源与水工程学报，2010（03）:130-133+140.

［2］李彦刚，魏晓妹，蔡明科，等.基于供需水量平衡分析的灌区机井布局模式［J］.排灌机械工程学报，2012（05）:614-620.

［3］范文波，李小娟，张凤华.石河子垦区农业水资源供需平衡分析［J］.水土保持通报，2008（02）:211-214.

［4］李继杰.农田水利工程规划设计与灌溉技术的探讨［J］.水利规划与设计，2015（01）:13-15.

［5］王勇.阿克苏河灌区节水灌溉应注意的问题［J］.水利规划与设计，2015（01）:26-27+79.

［6］王春素.高效节水灌溉措施及效益评价［J］.水利技术监督，2014（04）: 50-52.

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：1008-1305（2015）05-0064-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2015.05.023

刘海娟（1974年—），女，大专学历。