宁夏红寺堡扬黄灌区农业灌溉供需平衡研究

杜　斌，段超宇，张红玲，王　乐

(1.南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京 2100292.宁夏回族自治区水利科学研究院，银川 750021)

0　引　言

宁夏红寺堡扬黄灌区是全国最大的高扬程旱作扶贫移民开发区，灌区介于东经105°45′～106°30′，北纬37°10′～37°29′，灌区土地总面积8.8 hm2。地形坡度1/50～1/150，地面高程1 200～1 450 m。灌区多年平均降水量197 mm，多年平均水面蒸发量1 280 mm(E601)，多年平均气温8.4 ℃[1]。该灌区属于5级扬水灌溉工程，共有扬水泵站14座、总装机容量11.66 万kW、总扬程306.84 m、干渠总长度为97.67km[2]。该灌区在扬黄工程建设之前是荒芜之地。1994年9月，水利专家钱正英院士带领国家农林水专家组来宁考察时，遂提出“扬黄引水，生态移民，从根本上解决宁夏百万人口的贫困问题，宽松南部山区发展环境”的构想[3]。一期工程于2003年实现全线通水。国家原批准的灌区规模为5 万hm2，2005年根据《国家发展改革委关于宁夏扶贫扬黄灌溉一期工程建设规模及初步设计概算调整的批复》(发改投资[2005]1821号)，灌区规模调整为3.67 万hm2。随着灌区灌溉设施的不断配套，移民人口的不断增加，灌区耕地面积逐年增加，据不完全统计，红寺堡灌区截止2016年底，实际开垦耕地面积6.23 万hm2，2016年有效灌溉面积4.89 万hm2[4]，主要种植结构为玉米、林草，由于灌溉面积的增加，灌区在灌溉用水高峰期出现灌水调度紧张，甚至出现泵站供水、渠道输水能力不足，上下游灌溉抢水的情况。因供需不平衡，影响灌区农民收入水平的提高。本文通过对红寺堡灌区现状分析，以期为灌区灌溉提供理论决策。

1　研究方法

本文针对红寺堡实际情况，通过统计近年来各灌域作物种植结构及面积、调查不同作物灌溉制度，计算相应灌域灌水率，得出各灌域灌溉实际用水情况及渠道输水流量，通过与渠道设计流量及泵站运行能力比较，制定保证需水下的合理的水资源调配制度，为红寺堡灌区合理调度和各类灌溉工程建设提供理论支撑。

2　结果分析

2.1　现状水量分配分析

图1为近5年各灌域实际平均综合灌溉定额(实线)和灌域灌溉面积(虚线)的变化情况，从图中可以看出，红一、二干输水干渠灌溉面积为0.23 万hm2左右，几乎保持不变，其他各灌域近5年灌溉面积逐年增加，红寺堡灌区整体灌溉面积增加24.66%，其中红三干灌域增幅为9.6%，红五干灌域为121.3%。灌区总体平均综合灌溉定额逐年下降，2016年较2012年平均综合灌溉定额减少795 m3/hm2，各灌域变化量不尽一致，红一、二干渠灌域平均综合灌溉定额呈逐年增大趋势，红三、四、五干灌域逐年下降，其中红五干灌域2016年平均综合灌溉定额为2 861 m3/hm2，较2012年5 225 m3/hm2减少了2 364 m3/hm2，总体表现为灌区上游灌水量大，灌区下游小，抢用水现象严重，综合灌溉定额的减小主要与灌溉面积的持续增大有关，灌水量调配与灌溉面积的增幅严重失调，导致各灌域综合灌溉定额严重不均衡，灌区上游灌溉水有效利用系数低，下游灌水不足，农业减产。

2.2　基于灌溉面积的灌域需水量计算

灌水率是指灌区单位面积上所需灌溉的净流量，又称灌水模数。灌水率计算公式：

(1)

式中：q净为某作物某次的灌水率，m3/(s·hm2)；a为各作物种植面积与灌区总灌溉面积的比值；m为某作物某次灌水定额，m3/hm2，作物灌溉制度参考宁夏灌溉定额修编中充分灌水定额，见表1；T为某作物一次灌水延续时间，d[5]。计算结果见表2。

图1　2011-2015年红寺堡灌区灌溉定额和灌溉面积注：实线为综合毛灌溉定额；虚线为灌域灌溉面积

表1　不同作物灌溉制度表　m3/hm2

表2　灌域灌水率计算表

由灌水率可推算需水流量，其公式为：

Q=q净A

(2)

式中：A为灌域灌溉面积，万hm2。

通过灌水流量乘以相应灌水时间即可计算灌溉需水量[6]，水量分配应考虑灌溉水利用系数，由2016年测试红寺堡灌区灌溉水有效利用系数为0.654，干渠灌溉水利用系数为0.906，则各灌域至干渠直开口取水点有效利用系数为0.722[4]。计算各灌域不同时期灌水流量和实际需水量,结果见表3，可见红寺堡灌区实现充分灌溉，灌溉用水量为2.830 6 亿m3，按此总用水量与各干渠用水比例，红一至红五干渠灌域灌溉水分配比例分别为0.15%、4.44%、68.52%、5.56%、21.33%，按自治区水权指标分配，红寺堡灌区为2 亿m3，红寺堡灌区2015年用水量为2.468 6 亿m3，2016年红一至红五干渠灌域实际水量分配比例为0.015%、4.4%、75.88%、7.25%、12.46%。

2.3　灌区灌溉水优化配置分析

图2为各泵站设计流量(实线)和在实现充分灌溉定额下运行流量(虚线)过程线，从图中可以看出，在用水高峰期出现设计流量偏小，泵站运行能力不足，如果为适应灌溉需求，进行全线灌溉工程改造，显然不合理，为达到各灌域实现充分灌溉，可通过部分泵站改造加修建蓄水调蓄池，实现用水淡季蓄水，

表3　各灌域充分灌溉各时段流量及用水量

用水高峰期配合渠道联合调度灌溉，减少灌溉投资。

从表3可以看出在各灌域充分灌溉条件下泵站独立运行时，红三泵站在6月22日至7月3日、7月13-22日共有21 d超设计流量，红五泵站全年共有82 d超设计流量，因此考虑各项建设成本，本文建议在红三干渠灌域相应地段建设蓄水池，红五泵站依据实际情况进行改造，依据表3计算结果，红五干渠灌域灌溉面积在现状情况下实现充分灌溉，灌溉综合用水量为6 018.86 万m3，按泵站运行173 d计算，其设计流量应为4.03 m3/s，大于红五干渠输水流量，改造难度较大。按上述方案，需在红三干灌域相应地段建设调蓄池，其调蓄池净库容总和为511.5 万m3。红五泵站在进行泵站改造后，在红五干渠灌域还需建设净库容为786.8 万m3的调蓄池。

红三干渠灌域各蓄水池均可在用水高峰期前一时段蓄水，即在6月13-21日蓄水、然后用水，在7月4-12日再次进行蓄水，但红五干渠灌域在冬灌、春播时期需水流量均大于改造后泵站设计流量，因此需在7月23日至9月1日需持续蓄水，因此本文建议，红五泵站按现行可运行流量3.65 m3/s改造，在有调蓄蓄水池的区域进行高效节水改造，红五泵站改造后最大供水量为5 456 万m3，较红五干渠灌域充分灌溉水量6 018.86万m3减少563 万m3，增大高效节水灌溉面积建设，使节水量达563 万m3。

3　结　语

红寺堡灌区由于耕地面积不断开发，现状红寺堡灌区灌溉用水不尽合理，上游灌水量大，下游灌水量小，造成上游灌溉水利用系数低，下游缺水，无法实现充分灌溉，通过计算优化，依据来水，红一、二、三、四、五干渠灌域用水按0.15%、4.44%、68.52%、5.56%、21.33%比例分配。在实现充分灌溉情况下，红三泵站和红五泵站部分时段供水能力不足，通过计算，建议在红三干渠灌域内建设蓄水池，蓄水池总净库容为511.5 万m3，分两次需水，红五泵站进行泵站改造，改造后设计流量为3.65 m3/s，并在红五干渠灌域建设蓄水池，蓄水池总净库容为786.8 万m3，在对红五干灌区部分适宜区域进行高效节水改造，使节水量达到563 万m3。

参考文献：

[1]张少春.生态脆弱移民区水资源承载力与人口-经济匹配模式研究----以红寺堡区为例[D].银川:宁夏大学. 2014.

[2]邵建华,闫建忠.对红寺堡灌区开发建设的几点思考[J].农业科学研究,2008,(4):32-37.

[3]马赞林.宁夏扶贫扬黄工程红寺堡灌区农业移民开发建设思考[J].哈尔滨职业技术学院学报,2007,(6):111-112.

[4]孙学平,张红玲.2016年宁夏自治区农田灌溉水有效利用系数测算分析成果报告[R].银川：宁夏水利科学研究院,2017.

[5]刘丙军,邵东国,沈新平.灌区灌溉渠系分形特征研究[J].农业工程学报,2015,(12):56-61.

[6]贾士权.浅谈灌溉模数的选择[J].中国水利,2000,(11):48-52.