某灌区水供需平衡分析及水质分析

10某灌区水供需平衡分析及水质分析〔土木论坛〕灌区现状年水供需平衡分析灌区水资源灌区降雨及地表径流**灌区地处北亚热带北部边缘，位于南阳盆地温和半潮湿区的西北部，属于亚热带季风型大陆性气候，气候温顺，雨量适中，光照充分，季风进退与四季替换较为明显。随着区域内地势的增高，气温、活动积温、日照时数、无霜日数削减。主导风向为东北风，流域内多年平均降雨量为63%。由于灌区内无实测径流资料,依据**水利勘测设计院1973年编制的《**。灌区126.7km275%1840m3，50%年份地表水资源量为2780m3。**水库****支流*河上，属**199km2，主河道长35.2km，河道平均比降1/329。**水库上游位于桐柏山北麓浅山丘陵区，植被较差，岩石暴露，土层贫瘠，仅少数山坡为幼小松林掩盖；水库上游无塌岸现象，且无工厂，不存在水质污染问题。上游湖北省境内有烈40km2，总库容22.8km28座水库62.8km2，占**水库坝址以上丑河总流域面积的61.56％。依据*水库197～2023年入库径流资料系列〔见表4-，水库多年4994m3199610751m3，1986年最小为489万m3，最大年径流量为最小年径流量的22倍。经过频率计算，变Cv=0.62Cs=2Cv。75%年份入库径流量为0.55×4994＝2747m3。**1974～20234-1序号年份入库水量(m3)年份入库水量(m3)P(%)1197451361996107513.6219758947202395117.13197653611984929710.74197757741975894714.35197831881998861917.96197947641989834621.47198037401991811625.08198127711983606028.69198248711977577432.110198360601976536135.711198492971987535439.312198522991974513642.91319864891982487146.414198753541979476450.015198816931994451853.616198983461980374057.117199035981990359860.718199181161978318864.319199219171997312567.920199325841995287471.421199445181981277175.022199528741993258478.6231996107511985229982.124199731251992191785.725199886191988169389.326199911671999116792.92720239511198648996.4合计134870Cv=0.58平均4994Cs=2Cv**1958年冬季开工兴建，主体工程与19723月竣工3级，兴利水位138.70m4335m350年一遇，相应库容6549m3；校核洪水标准取为50008736m3；是一座已运行三十多年的中型水利枢纽工程，其主要建筑物有主坝、副坝、溢洪道、输水洞和坝后电站等。依据20239月我院编制《****县**水库大坝安全鉴定报告》及省水利厅、水利部大坝安全治理中心的鉴定意见和提下，进展兴利调整计算和洪水调整演算，结合工程现状，使水库工程效139.50m确保水库安全，摘掉三类坝病险水库帽子。现状状况下，**138.70m4335万m3，**灌7.5万亩，主要依靠**水库及拦蓄地表径流供给。659万增加蓄水库容，提高调整力量。地下水灌区地下水资源是指逐年得到更补充的浅层地下水量，地下水资源量可依据水均衡原理求得。灌区地下水总补给量主要包括降雨入渗补给量、山前侧渗补给量、河道侧渗补给量和田间浇灌渗漏补给量。依据省地3-1**3.95万m3/年〃km255～80m。依据该资料划分计算灌区地下水资源可开采总量为483m3。现状工程可供水量**水库**水库现状兴利水位138.70，兴利库容4335万，但是作为病险严重的水库，水库多年来始终低水位运行，限制了水库效益的发挥。假设按最快活利水位137.0m计算，相应水库库容3582万m，扣去蒸发、渗漏损失及向油田年供水500万，水库年供水力量约在2670万m3左右。地表径流利用灌区内现有水面面积大于5亩的小型塘堰坝260座，主要拦蓄灌区河沟地表径流及浇灌弃水，现主要为人畜生活用水及乡村企业用水补充水源。依据历年蓄水及供水资料分析，p=75%年份260座塘堰坝累计可供水156m3。地下水由于本区地下水埋深较大，且出水量变化明显，灌区现有机井受工程条件和治理条件的限制，效益面积衰减很多。据调查2023年，现有185眼机井中可以正常使用的有62眼,不到总数的34％,年可供水量约为264万m3。灌区现状用水量农业浇灌用水现状作物种植构造现状年灌区主要作物有小麦、玉米、水稻、棉花、油料等。种植比例7030302025％，复播指数1.75。现状年浇灌状况由于目前灌区尚未完成全部配套，未到达设计掌握面积，多年均实际浇灌面积5万亩左右，加之灌区受工程条件和治理条件的制约，用户普遍担忧下次用水没有保证，故只要有条件的就尽可能多灌水，灌水时普遍存在铺张严峻现象。现状年浇灌状况如表4-2。现状年灌水状况表4-2作物作物小麦水稻玉米棉花其它备注种植比例〔％〕7030302025175净浇灌定额〔m3/亩〕12053610010060灌水次数210221毛浇灌定额〔m3/亩〕240.01072.0200.0200.0120.0毛浇灌综合定额〔m3/亩〕619.6实灌面积用水量〔m3〕29744.8设计面积用水量〔m3〕650610.5注：现状年浇灌水利用系数0.5。3注：现状年浇灌水利用系数0.5。从现状年灌水状况可以看出，现状年实际浇灌面积仅4.8万亩，不及503000万m310.5万亩时，需要用水6506m3。灌区人畜生活用水量灌区生活用水，包括农村人口生活用水和大、小牲畜用水。现状年农6.9万人，人均用水量50L/d，农村人口生活用水为125.9m3。3.37.5万头，大牲畜用水定额为50L/d，小牲畜用水定额为20L/d，则大牲畜年用水量为66.2万m3，小牲畜年用水55.8万m3241.9万m3。灌区乡村工业用水量灌区乡村企业较少，多为乡村加工企业。据统计，现状年乡村企业年总产值280万元，依据单位产值耗水量120m3/万元计，灌区乡村企业现状3.4m3。灌区现状年水供需平衡分析灌区现状年水供需状况见表26702974156241.9地下水2643.4合计3090备注用水量〔万m3〕3219.3129m3从上表可以看出，现状年水供需不能平衡，有供水缺口，缺水量129万m3，这仅是按实灌4.810.5万亩耕地上去，缺水量将到达3760万m3。分析缘由，主要是水库供水有限而农业浇灌用水损失铺张过多造成的，因此，对农业浇灌用水量进展调整，势二水损失。灌区设计水平年水供需平衡分析国民经济进展推测经济进展状况及推测**县**灌区效益**县**等三个乡镇的30个行政村，总土地面积19.01万亩，总耕地面积14.3万亩，掌握浇灌面积10.5万亩。现状年(2023年)农村人口6.9万人，乡镇企业总产值280万元，大牲畜3.3万头，小牲畜7.5万头，农民人均年纯收入2302元。1990～2023年国民经济统计资料，人口自然增长率多年平均为7.3育政策的落实，人口自然增长率会渐渐降低，按2023～2023年期间人口平5.02023年灌区总人口为7.2万人。岗丘区农田浇灌后，粮食及经济作物产量大幅度提升，畜牧业得到快速进展，以大牲畜年增长率2.0%、小牲畜年增长率2.5%2023年大、小牲畜分别到达3.9万头和9.1万头。现状年乡村企业主要为村办企业及岗柳工业园区内企业，年增长率按18%计算，则2023年乡镇企业工业产值可达1050万元。灌区建设打算**灌区设计浇灌面积10.5万亩，现有效浇灌面积7.5万亩，打算建浇灌面积3.0万亩，改善浇灌面积1.9万亩。该灌区以干、支渠道等骨干工程防渗除险、节水改造建设为根底，通过田间工程配套，恢复设计浇灌面灌区排水力量，为灌区农业综合开发供给水源保证，以推动灌区农业产业化和农村现代化进程。该工程的建设目标是用两年时间改造完善干渠一条24.5km，自流428km27.8km。改建修理治理工程6处，1200m2。浇灌制度灌区作物及生育阶段需水特性**灌区是**县粮食产区、水稻高产区。粮食作物主要有小麦、玉米、水稻等，经济作物主要有棉花、花生等。经分析选择小麦、玉米、棉花、水稻为典型代表作物，各农作物的生育阶段见表4-4，下面分述其生育阶段及需水特性。农作物的生育阶段表4-4代表作物播种季节生育阶段计算日期生育期〔d〕冬小麦秋播全生育期10.18～5.31227棉花春播移栽之后5.20～10.13147玉米夏播全生育期6.10～9.991水稻夏播插秧之后6.11～9.201021.小麦小麦于秋冬播种，其次年夏初收割，生育期约230天左右。小麦生长期内，按其形态特征变化，可分为发芽出苗、分蘖、越冬、返青、拔节、孕穗、抽穗开花和结实成熟等假设干生育阶段。冬小麦生育期内总需水量约400～600mm，其中叶面蒸腾量约占总需水量的60%～70%，棵间蒸发量约冬小麦生育期内日需水量很大。依据日需水量的变化，冬小麦全生育期的需水规律大致可以划分为以下三个阶段：这一阶段历时长，约占总生育天数的70%。一般，冬小麦出苗后到冬前分蘖，日需水量有所增加，形成冬小麦的一个需水小顶峰。进入越冬期后，从植株生长渐渐增加，该阶段日需水量都小于0.6mm，②拔节至抽穗阶段：历时天数约占总生长天数的15%。这一阶段气温日益上升，是小麦进入养分生长与生殖生长并进，茎、叶、穗快速成长壮大时期，生活力旺盛，叶面蒸腾强但日需水量最高，一般日需水量2.2mm左右。温比前两阶段更高，养分物质主攻籽粒，植株已定型，所以阶段需水量比前两阶段小，日需水量主要用于供给叶面蒸腾，而且渐渐减小，一般日需1.7mm。对冬小麦的试验资料分析说明，其需水状况见表4-5。冬小麦日需水量统计表4-5生育阶段阶段需水量日平均需水量模系数(m3/亩)(m3亩)(%)播种～越冬32.990.669.9越冬～返青49.290.4814.79返青～拔节61.411.9218.43抽穗～灌浆65.643.6519.69灌浆～成熟67.252.4920.18全生育期333.331.35100.002.玉米玉米为灌区的主要夏种粮食作物，种植面积仅次于小麦，且产量高，生长期短。其植株高大，叶片茂盛，生长期多处于高温季节，所以植株蒸腾和棵间蒸发都很大，需水量比其它作物要多得多。在玉米的一生中，发芽出苗期和苗期日需水量少，拔节以后大大增加，抽穗开花期达最顶峰，1020天左右的时期是玉米的需水临界期，到灌浆期仍4-6。玉米日需水量统计表需水量占总需水量天数需水量占总需水量天数日需水量生育阶段(m3亩)(%)〔d〕(m3/亩)播种～出苗14.606.1262.43出苗～拔节37.1015.56152.47拔节～抽穗55.8023.41163.49抽穗～灌浆66.2927.81203.32灌浆～成熟45.7019.17222.08蜡熟～收获18.907.93121.58合计238.39100.00912.62棉花棉花是灌区的主要经济作物。目前灌区的高产种植模式是春末育苗，五月上旬进展移栽，实行麦棉套种，扩大复种指数。棉花植株高大，生长期较长，生长期处于高温季节，需水量较大。阶段需水量大小与气候和植株生长状况关系亲热，依照试验资料，棉花日需水量、阶段需水量如表4-7所示。备注备注需水4-7生育阶段日需水量〔m3/〕阶段需水量占总需水量〔％〕土壤蒸发占总需水量〔％〕棉株蒸腾占总需水量〔％〕移栽～现蕾0.5`1.5《1580～9010～20现蕾～开花1.5～2.515～2045～5545～55开花～吐絮2.5～3.045～6525～3070～75吐絮以后吐絮以后2.010～2045～5545～55水稻4．水稻水稻是灌区的一种主要粮食作物，灌区内昝岗乡连续几年被称为“南阳市种稻第一乡田间保持适宜水层，有利于保证水稻多种生理活动所需要的水分，同时还可以加强某些生理活动，即能保证基生理需水，更重要的是能制造一个适宜水稻生长发育的生态环境。稻田需水量一般是水稻本田的植株蒸腾量、棵间蒸发量和渗漏量之和，另外本田整地泡田水量和秧田需水量由于其用量较少且较为独立，不再单独分析。4-8。4-8生育期生育期蒸腾量mm 蒸发量mm腾发量mmmm水稻渗漏量mm6.11～9.20330-400180-290510-690 71-93％80-2807-29％550-970水稻蒸腾强度随绿叶面积的渐渐增大而增加，到成熟期又随叶片枯萎而减小，蒸腾强度顶峰期消灭在孕穗到抽穗期，蒸腾程度大小变化规律，根本上反映了水稻的需水规律，本区水稻腾发强度较大，顶峰期〔孕穗～开花期〕日需水量可达5.5～7.2mm/d，之后下降较快。腾发量约占总需水80%左右。浇灌制度优化分析**县**3年时间，数据不完善，所测资料根本无使用价值。本次浇灌制度分析利用清河昝岗雨量观测资料及唐白河流域鸭河口灌区的试验成果作类比分析。作物的种植比例**县“十五打算”和灌区各乡镇的社会发展规划，确定设计水平年月表作物为：小麦、玉米、棉花、水稻，相应种植比例为：小麦75553025185%。各种代表作物的浇灌定额及灌水定额：依据**气象局《**种植制度的降水资源分析》中，提出几种主要作物全生育期和需水阶段的降水指标与本区状况比较接近，见表4-9。主要农作物所需降水指标及本区降水鉴定表农作物时段〔月/农作物时段〔月/日〕所需降水量指标本区历年降水量满足指标的保证冬小麦水稻玉米〔mm〕均值〔mm〕率〔％〕全生育期10.18～5.31210347100关键需水时段2.11～3.101227.777关键需水时段4.21～5.208098.573全生育期6.11～9.20450547.159关键需水时段6.11～7.1012218568关键需水时段7.11～7.30121118.541全生育期6.11～9.103655475.773关键需水时段7.21～8.2018814836的。全生育期和关键需水期的历年同期平均降水量均大于或接近作物所需要的降水指标。但是从历年统计资料来看，还有相当多的年份，各种作物生育期，尤其是关键需水阶段的降水量达不到作物所需的降水指标，需进行浇灌补充，分述如下：冬小麦：冬小麦生育阶段降水条件较好，全生育期水量满足所需降水指标的保证率为100%，满足关键期需水的降水保证率在73-77%之间，可以满足返青、拔节、孕穗等关键生育期的需要，局部降水缺乏年份，可以从其它时段降水中得到补充，灌水仅起补充作用，主要用来弥补降水缺乏引起的短历时旱情。故小麦呈生育期较长，但浇灌定额并不大，潮湿年份70-80m3/80-90m3/35-40m3/亩40-45m3/亩。玉米：从玉米需水量表中可以看出，玉米如不灌水全生育期内至300mm左右的雨量，特别是在抽雄穗前后一月内为其需水临界期150mm的雨量。本灌区伏旱期雨量缺乏，需要进展浇灌。潮湿年份70-80m3/亩，干旱年份80-90m3/亩，相应灌水定额潮湿年份35-40m3/亩40-45m3/亩。**县属棉花种植的次适宜区，但是由于其经济效益较好，种植也比较广泛。结合本区气候条件，历年降水过程以及棉花自身的生长习性，本区棉田灌水肯定要坚持适时适量原则，并且留意排水，到达以水促肥，以水控肥的目的。棉花生长期内常遇伏旱，尤其是需水临界期花铃期须灌水，75%年份棉花浇灌定额为80-90m3/亩，正常年份60-70m3/40-45m3/亩、30-35m3/亩。水稻：水稻单位面积耗水量较大，因而是节水浇灌中突出的重点，也是最具有节水潜力的农作物。自上世纪90年月以来，在水稻节水浇灌方面已取得重大突破，尽管各种灌水模式各有侧重，但总的趋势明确：水后期的灌水也可以大幅度削减，本次水稻浇灌制度优化时，既考虑了本区高产丰产的浇灌阅历，同时也借鉴了水稻节水浇灌方面的先进成果，比方水栽旱管、薄浅湿晒、掌握浇灌等。实际上，本区水稻浇灌实践上，长期习惯于深水浇灌，不纯粹是技术上的缘由，也有其它方面的顾忌，比方，农业供水保证率不高，灌排体系不畅顺，用水时担忧下次受旱的风险，故而次灌水较多，以求农业生产上的安全等。设计灌水率及农业浇灌用水量依据上述选定的作物复种指数、75％干旱年份的灌水定额及灌水次数，计算出作物次灌水的净灌水率。灌水率计算公式如下：MqβTM—灌水定额(m3/亩)；T(天)；α—β—系数，灌区每天引水24小时，持续灌水，β=8.64。作物次灌水的净灌水率〔已经修正〕见表4-10。**75％年份设计灌水率〔修正〕计算表作物种灌水定额灌水定额作物种灌水定额灌水定额灌水时间(月－日)持续时间灌水率q水稻作物植比例灌水次数〔m3/s·万(%)〔m3/亩〕〔mm〕始终〔天〕亩〕75145226日35日70.558小麦75240427日54日70.496853014078日715日80.174棉花30240817日824日70.198805514078日715日80.318玉米5524582日89日70.40985251〔泡田〕80.0120525530日50.463252 插秧60.09068日612日40.434253 返青60.09062562940.434254分蘖潮湿40.06074日710日40.289255拔节孕穗60.090729日82日40.434256抽穗开花40.06089日813日40.289257抽穗开花40.060813817日40.289258灌浆乳熟20.030825日829日40.145259乳熟-黄熟20.030830日93日40.145420.0630.0(如图4-1)，选用**灌区设计净灌水率值为0.50m3/s·万亩。75％年份**灌区单位面积净浇灌用水过程见表4-11。P=75%设计典型年单位面积净浇灌用水过程表表4-11月旬灌水率(m3/s万亩)持续天数〔天〕单位面积用水量〔m3/亩〕上2中下0.558733.8上3中下上4中下0.496730.0上5中下0.463520.0上0.434415.06中下上0.289410.07中0.492729.8下0.434415.0上0.409724.88中0.289828.3下0.198717.5上0.14545.09中0.14545.0下7％年净浇灌定额234.53万；按浇灌水利用系数0.73计算，毛浇灌定额321.2亩，则7％年毛浇灌用水量为3373万m。插图：修正后的灌水率图〔空出单页〕设计水平年水供需平衡分析灌区设计水平年需水量推测农业需水量推测**灌区设计浇灌面积10.5万亩。到设计水平年2023年时，作物复种指数为185％，依据浇灌制度分析成果，75％年份综合净浇灌定额为234.5m3/亩。灌区农业需水量以综合毛浇灌定额乘以浇灌面积计算。本次灌区干、支渠骨干配套工程依据高标准建设，乐观推行节水工程措施，尽一切可能C15混凝土衬砌输水，渠道水利用系数均为0.90.9～0.96；田间加大土地平坦力度，使田间水利用系数到达0.91以上，计算全灌区的综合浇灌水利用系数可到达0.73。则全灌区浇灌保证率75%时综合毛321.2m3/亩。由此计算出灌区设计水平年〔2023年〕农业用水量浇灌保证率P=75%3373m3。乡村企业用水量推测乡村企业用水量承受万元产值用水量计算。现状年乡村企业进展比较缓慢，年总产值280万元。由于农村产业构造调整，村办企业进展速度会加快，乡村企业年增长率达18%，2023年到达1050万元，单位产值用水100m3/万元，则灌区乡村企业年需水总量为10.5m3。生活用水量推测灌区生活用水，包括农村人口生活用水和大、小牲畜用水。现状年农村人口6.9万人，人口增长率按5‰，估量20237.2万人，人均用水量60L/(2023年农村人口生活用水为158万3.3万头，小牲畜7.5万头，2023年至2023年间分别以2.0%、2.5%(2023年)大牲畜、小牲畜分别到达3.9万头和9.1万头。大牲畜用水定额为60L/d，小牲畜用水定额为25L/d,到202377万m3，小牲畜年用水量为83.4m3。因此，2023年灌区内人、畜生活用水总量为326.4m3。油田生活用水量推测目前，**水库已经正式向**2万m3，则年供水量为730万m3参与水库调整，故在此处计列出来。因此，该灌区2023年设计水平年75％年份总需水量为3710万m3。1.**水库**水库除险加固后溢洪道的堰顶高程由现状的138.0m增加到139.5m，4335万m34994万m3，扣去油田供水730万m3，即水库的有效浇灌库容为仍有4264万m375%年份水库的入库水量为27473250m3〔75％中等旱年。地表径流利用地表水可供水量与地表水发生过程及地表水拦蓄工程、数量、规模有关，依据规划，到2023年，灌区在对已有260座小型塘堰坝加固改造的296座，复蓄次数均按1.2计，75％年份可以利用的178m3。地下水利用483万32023年地下水可开采量为361m3。设计水平年水供需平衡分析灌区用水对象包括农业、乡村企业、农村人畜用水，来水包括灌区地336.9361水力量大于需用水量。m33428m33250m3，296,如设计水平年水供需平衡表地表水可供水量〔万地表水可供水量〔万m3〕用水量〔m3〕地下水合计备注水库供水地表径流3250浇灌用水3373178人畜用水326.436110.537893710根本平衡**水库实际供水力量复核补充。依据《****县**容按两局部计算：多年库容V

＝2497m3V多年 年＝2447m34944m3139.5m。较除险加固前提高0.8〔原兴利水位138.7659万〔容4335万程如下：多年调整库容V 计算多年V =β〃ω多年 O调整系数