灌区水量平衡分析.doc

4 灌区水供需平衡分析及水质分析2009年吉安市水利水电规划设计院编制了江西省吉安市遂川县农业综合开发南澳陂灌区节水配套改造项目申报设计报告（可行性研究报告）（以下简称可行性研究报告）。本次初设的灌区水供需平衡分析及水质分析主要是在原可行性研究报告的基础上，并结合遂川县水利局2009年编制的遂川县农田灌溉工程规划报告，对灌区供需水量平衡做进一步的分析。本次灌区各水源点的天然来水径流计算采用南溪水文站作为参证站。南溪水文站站址位于遂川县珠田乡境内，座落于遂川江流域左溪河下游，站址以上控制流域面积910 km2，其历年径流资料见表4.1。表4.1 南溪站历年年平均流量表单位：m3/s年份年均流量年份年均流量年份年均流量196521.9 197923.4 199335.2 196619.4 198031.0 199446.9 196719.8 198138.4 199536.2 196832.8 198238.5 199624.8 196918.8 198338.5 199752.2 197047.8 198435.2 199840.8 197120.3 198526.6 199924.7 197225.1 198623.1 200034.8 197351.4 198734.6 200132.7 197427.8 198831.3 200247.6 197552.2 198924.6 200321.6 197634.2 199039.3 200428.8 197731.7 199132.5 200521.8197821.7 199233.2 200629.7本次取水的主要水源南澳陂引水工程位于南溪水文站下游0.5km处，其径流量可直接移用南溪水文站径流资料即可。灌区其余主要水源芦陂、龙陂均位于南溪水文站下游，降雨量及下垫层条件与南溪水文站控制流域相似，可按照集雨面积比推求其径流量。以南溪水文站年平均流量、79月流量进行频率分析计算，频率曲线采用P型适线，经计算历年年平均流量频率适线参数为：Q年=32.5m3/s，Cv=0.29，Cs=2Cv；79月流量系列频率计算参数为： Q79=88.1m3/s，Cv=0.57，Cs=2Cv。不同频率年平均流量、79月流量和102月流量设计值见表4.2。表4.2 南溪水文站不同时段径流频率分析成果表时段均值（m3/s）CvCv/CsQp（m3/s）P=15%P=50%P=85%年平均32.50.29242.231.5922.947988.10.572138.1278.7639.62灌区设计保证率85%，根据灌溉用水调节计算的需要提供代表年径流过程。代表年的选择以不利径流调节为原则，主要以年平均流量、79月流量进行控制，经分析，选出设计代表年（P=85%）为1978年。根据设计代表年流量年内分配情况，确定典型年各水源点设计水平年（P=85%）各水源点径流量见表4.3。 表4.3 各主要水源点代表年月均流量表单位：m3/s月份南澳陂芦陂龙陂现状年(2006年)设计水平年现状年(2006年)设计水平年现状年(2006年)设计水平年一月915.20.30.61.83.1二月19.512.70.70.53.92.5三月32.424.71.20.96.55四月42.325.61.618.55.1五月2846.711.75.69.4六月46.748.31.71.89.49.7七月24.315.60.90.64.93.1八月29.822.31.10.864.5九月71.513.72.70.314.31.3十月20.115.10.80.643十一月11.3110.40.42.32.2十二月11.29.050.40.32.21.8年平均28.821.71.10.85.84.34.1 灌区现状水平年水量供需平衡分析4.1.1 现状水平年的确定可行性研究报告中的灌区现状作物组成和复种指数主要为沿用原灌区续建配套工程设计数据。经过十几年的发展，灌区作物种植面积与作物组成发生了一些变化。2009年遂川县水利局在农田灌溉规划报告编制过程中，对灌区作物种植面积与组成做了调查。本次初设认为2009年遂川县农田灌溉工程规划报告调查数据更能反映灌区农业生产现状，故现状水平年作物组成和复种指数资料采用2009年遂川县农田灌溉工程规划报告调查数据。根据该报告，灌区现状水平年确定为2006年，灌区现状有效灌溉面积为3.1051万亩，复种指数为2.31。4.1.2 灌区水资源南澳陂灌区的水资源包括地表和地下两种，主要为地表水资源，地下水资源仅作为灌区用水的补充。由于灌区地表水资源丰富，所以本次不对地下水资源进行分析和计算。灌区内主要地表水资源为南澳陂引水工程，另有龙陂、芦陂两座小型引水陂，南村水库、龙上水库、三里坑水库、塘背水库等4座小(2)型水库，大垅水陂等6座微型水陂、大坪塘坝等8座小型山塘作为补充。可行性研究报告编制以来，遂川县已对一些小（2）型水库进行了安全鉴定或除险加固，故本次初设根据安全鉴定或除险加固情况，对灌区主要水源工程的水利特征参数进行了复核修改，具体详见表4.4。4.1.3 灌区分区划分根据灌区分布及水源情况，为便于水量计算，将南澳陂灌区划分为东塘塘背片、枚江中心片、珠田泉江片、西灌片等四个片区：东塘塘背片：位于灌区东北部，其水源主要以塘背水库、芦陂为主，南灌区东干渠作为补充；枚江中心片：位于灌区中部，其水源主要以南澳陂东干渠为主，三里坑水库、龙陂作为补充；珠田泉江片：位于灌区西南部，其水源主要以南澳陂东干渠为主，南村水库、龙上水库作为补充；西灌片：位于灌区西部，其水源为南澳陂西干渠。南澳陂灌区水源现状基本情况表水源名称建设地点水源类型控制流域面积(km2)库容(万m3)控灌片区设计灌溉面积(亩)实际有效灌溉面积(亩)总库容兴利库容南澳陂珠田乡引水工程910全灌区南村水库珠田乡小(2)型水库114.711.1珠田泉江片500500龙上水库泉江镇小(2)型水库1.11912珠田泉江片320280三里坑水库枚江乡小(2)型水库5.4331.7317.09枚江中心片1100900塘背水库雩田镇小(2)型水库2.0836.724.5东塘塘背片29001400芦陂枚江乡水陂34东塘塘背片龙陂枚江乡水陂182.6枚江中心片塘坝(8座)山塘1250.441微型水陂(13座)水陂39表4.44.1.4 灌区现状水平年需水量(1)灌溉面积及作物组成南澳陂灌区内现有耕地面积5.3022万亩，设计灌溉面积5万亩，现有效灌溉面积为3.1051万亩。未达到设计灌溉面积的主要原因是渠系工程老化、建筑物不配套等因素。南澳陂灌区灌溉面积主要分布在遂川县珠田乡、泉江镇、枚江乡、雩田镇等4个乡镇。灌区范围内农作物以水稻为主，其它经济作物有油菜、豆类、蔬菜等。根据2009年遂川县农田灌溉工程规划调查资料，灌区现状各类种植作物的种植系数分别为：早稻0.89，晚稻0.96，蔬菜0.43，豆类0.02，油菜0.01，由此得出现状水平年的复种指数为2.31。具体见表4.5。表4.5 现状年灌区作物种植结构表有效灌溉面积:31051亩作物早稻晚稻油菜豆类蔬菜种植面积(亩)27635 29809 13352 621 311 种植系数0.890.960.430.020.01复种指数2.31(2)灌溉定额及灌溉需水量农作物灌溉定额分析南澳陂灌区以种植水稻为主，油菜、豆类、蔬菜等经济作物次之。灌区水稻种植采用浅水间歇灌溉方法，这种灌溉方法更多地利用降水，节约灌溉用水量；浅水还有利于水稻的根系呼吸，促进根系发育，增进有效分蘖，提高水稻单产；在水源有保证的情况下，提倡晒田，晒田能阻止水稻无效分蘖，促使根系向深层伸展，防止倒伏等。由于灌区内无灌溉试验站，水稻各生育期需水量参数参照邻近的泰和县南车灌区灌溉试验成果，并结合灌区实际情况确定，具体详见表4.6。作物灌溉需水量推求南澳陂水库灌区现状水平年作物需水量分析，系根据上述确定的灌溉制度及设计参数，以县城雨量站2006年的资料进行推求，早稻、晚稻生长期的蒸发量，采用遂川县气象站2006年实测的蒸发量资料。a.水稻灌溉制度水稻生育期灌溉制度通过水稻生育期内作物需水量，水稻生育期某一阶段内灌水次数、灌水时间、灌水定额、排水次数及排水量，按照以下公式通过逐时段的水量平衡演算拟定。H2= H1+P+M-ES-Q 其中：ES=aE+ST式中：H2时段末田间水层深度（mm），不小于允许水深下限hmin; H1时段初田间水层深度（mm），不大于允许水深上限hmax; M时段内灌溉补水量（mm）; ES时段内水稻生长需水量（mm）; Q时段内稻田排水量（mm）;E时段内蒸发量（mm）a时段内水稻蒸腾系数;S时段内稻田适宜渗漏量（mm/d）。T灌溉天数（d）。按上式逐时段向后演算，至H2下降到田间允许下限hmin时，即为灌水时间，灌水定额M=hmax-hmin；超过hmax时，即为排水时间，排水量Q= H2- hmax。灌水或排水后，以H1= hmax为新的起点，继续向后演算，直到整个早、晚稻生长期结束，从而拟定出早、晚稻各阶段灌水次数、灌水时间及灌水定额。得到该年水稻生育期灌溉定额，计算结果见表4.7。b.旱作物灌溉制度旱作物生育期灌水次数、灌水时间及灌水定额按下列公式计算：2=1-（ET-P0-Wk）/102rhM=102rh(max-min)式中：2时段（旬）末H深度土层内含水率；1时段初深度土层内含水率；ET时段内作物需水量（m3/hm2）;P0时段内有效降水量（m3/hm2）;Wk时段内地下水补给量（m3/hm2）;rH深度内土壤平均容重（t/m3）;h土壤计划湿润层深度（m）； M灌水定额（m3/hm2）;maxH深度内土壤田间持水量，即允许土壤含水率上限；minH深度内允许土壤含水率下限。按此公式以播种时为起点，逐时段向后演算，直至收获时止，从而拟定出旱作物全生育期灌水次数、灌水时间及灌水定额，结果见表4.8。 生长期早稻晚稻备注日期天数淹灌水层蒸发系数渗漏率日期天数淹灌水层蒸发系数渗漏率起迄下限上限起迄下限上限月、日月、日天mmmmmm/d月、日月、日dmmmmmm/d泡田期4.114.251510400.820.77.207.223泡田水计算公式返青期4.265.51010400.960.87.238.11040700.81.10早稻分孽前期5.65.241910401.101.08.28.191810401.101.2分孽后期5.255.29510401.281.18.208.26710401.261.4晚稻拔节期5.306.57001.171.18.278.315001.231.4孕穗期6.66.14940701.451.09.19.131340701.501.4抽穗期6.156.241040701.550.99.149.241140701.601.1乳熟期6.257.41010401.480.89.2510.61210401.250.7黄熟期7.57.19150150.950.810.710.22160150.30.3合计4.267.19857.2310.2292表4.6 南澳陂灌区早、晚稻灌水制度 表4.7 早、晚稻灌水定额计算成果表 早稻灌水定额计算表(2006年)晚稻灌水定额计算表(2006年)月份灌水深(mm)灌水定额(m3/亩)月份灌水深(mm)灌水定额(m3/亩)四月19 13.0 七月80 53.2五月30 19.8 八月184 122.8六月118 78.9 九月157 104.85七月45 30.1 十月43 28.65合计213 142 合计464 310 表4.8 旱作物现状年净灌溉定额表 月份作物123456789101112灌水定额(m3/亩)油菜2222210蔬菜10.7 14.4 14.4 12.7 8.1 10.3 11.1 9.3 4.8 6.4 10.3 10.9 123.4豆类1010727灌区现状水平年综合灌溉用水过程计算将前面水稻及旱作物用水量，按其生长期计入各月，求得灌区综合灌溉用水过程，净灌溉用水定额为430.4m3/亩，结果见表4.9。灌区现状水平年溉溉水利用系数为0.45 ，则南澳陂水库灌区毛灌溉用水定额为430.4/0.45=956m3/亩，现状水平年灌溉需水量为430.4/0.453.1051=2670万m3。 表4.9灌区现状年灌溉用水定额计算表 作物 时间早稻晚稻油菜蔬菜豆类综合亩净灌溉定额(m3/亩)0.890.960.430.020.0111/425/46.75.2 6.0726/45/512.62.1 11.266/524/513.53.4 12.0825/529/504.7 0.0930/55/633.64.0 29.986/614/632.55.3 29.0315/624/601.0 0.0225/64/725.62.1 22.835/719/717.35.3 15.520/722/718.92.1 18.1923/71/834.31.6 32.962/819/818.44.2 17.7520/826/852.31.0 1050.3327/831/852.14.1 50.11/913/956.52.5 1054.3914/924/930.92.3 29.7125/96/1034.92.7 733.637/1022/1011.21.2 10.7823/1031/1002.5 0.0511月210.3 1.0712月210.9 1.081月210.7 1.072月214.4 1.153月214.4 1.151/410/45.4 0.11合计141.8 309.5 10.0 123.4 27.0 430.4 (3) 灌区需水量灌区用水部门主要有农业用水、工业用水、生活用水、环境等其它用水等四部分组成。农业需水量：农田灌溉需水量=综合亩毛灌溉定额有效灌溉面积。工业需水量：灌区内工业取水大部从遂川江中抽取或从自来水厂取水，从灌区内取水的主要是里口电站，里口电站设计引用流量为6m3/s，电站主要利用非灌溉季节发电，根据电站2006年发电量反向计算，电站年需水量为7776万m3。生活用水量：灌区内生活用水主要由县城及牛头脑水厂取水，从灌区渠道中取水的主要是少量牲畜及居民洗衣等卫生用水。其他用水量：根据工、农业及生活用水量之和的1%估算。灌区现状灌溉面积3.1万亩，毛灌溉定额956m3/亩；现有农村人口7.0019万人，农村牲畜及居民卫生用水标准按人口综合计算，用水标准估算为10L/(人日)。根据灌区现状人口、经济情况，灌区需水量计算详见下表4.11：4.1.5 灌区现状水平年可供水量径流是以南溪水文站为参证站，根据其2006年的径流深和各水源工程的流域面积，计算出各水源工程现状水平年的径流系列。由于灌区水源工程主要为引水工程，其可供水量受进水口引用流量限制。因此，引水工程可供水量在天然来水流量大于设计引用流量时，按设计流量计算；当天然来水流量小于设计引用流量时，则按照天然流量计算确定。其余小型水库、山塘等蓄水工程，由于占工程供水比重较小，可供水量按复蓄指数法估算。经计算灌区现状水平年年来水量、可供水量见表4.10。表4.10 灌区现状水平年年来水量、可供水量表 工程名称集水面积(km2)年来水量(万m3)兴利库容(万m3)可供水量(万m3)南澳陂91083720 25229 南村水库191 11 13 龙上水库1.1100 12 14 三里坑水库5.43494 17 26 塘背水库2.08189 25 29 芦陂343094 2523 龙陂182.616617 9461 塘坝(8座)121092 41 42 微型水陂(13座)393549 631 合计1187.21 108946 106 37968 4.1.6 灌区现状水平年用水供需平衡分析现状水平年：总可供水量-总需水量=余水量（或正或负）根据灌区总可供水量减去灌区总用水量，求得本灌区现状水平年供需水量平衡计算结果见表4.11。表4.11现状年灌区总体水量平衡分析表社会经济指标用水标准灌溉面积:3.1051万亩毛灌溉定额:956m3/亩农村人口：7.0019万人人均用水量:10L/人*日里口电站年利用小时数：3600小时里口电站引用流量:6m3/s项目需水可供水量(万m3)水量平衡(万m3)农业需水量工业需水量生活需水量环境等其它需水量+-南澳陂灌区2968777626.0 10837968 27090 4.1.7 分片现状年用水供需平衡分析根据2008年吉安市水利水电规划设计院编制的南澳陂灌区节水配套改造项目可行性研究报告灌区分片区划分，灌区共分四个灌片，各分片水源工程及灌溉面积见表4.4。由表4.3灌区各水源点天然流量表可知，灌区年天然来水量远大于用水量。由于灌区主要水源多为引水工程，在天然来水量远大于用水量时，实际供水能力主要取决于渠道的设计引用流量，因此，本次水量平衡分析的可供水量采用的是渠道的设计供水量，而不是天然来水量。各片现状水平年用水供需平衡分析具体结果见表4.12。表4.12-1现状年分片区逐月水量平衡分析表-东塘塘背片社会经济指标用水标准灌溉面积:0.6705万亩毛灌溉定额:956m3/亩农村人口：1.8042万人人均用水量:10L/人*日月份需水可供水量(万m3)水量平衡(万m3)农业需水量工业需水量生活需水量环境等其它需水量+-1月700.50.1602.7595.12月7.100.50.1583.2575.53月7.100.50.1602.75954月1500.50.2583.2567.55月33.600.50.3602.7568.36月113.900.51.1583.2467.77月46.300.50.5602.7555.48月175.500.51.8602.7424.99月171.200.51.7583.2409.810月50.400.50.5602.7551.311月700.50.1583.2575.612月700.50.1602.7595.1合计641.1066.67134.96481.20表4.12-2现状年分片区逐月水量平衡分析表-枚江中心片社会经济指标用水标准灌溉面积:1.1977万亩毛灌溉定额:956m3/亩农村人口：2.4941万人人均用水量:10L/人*日月份需水可供水量(万m3)水量平衡(万m3)农业需水量工业需水量生活需水量环境等其它需水量+-1月12.500.80.1987.2973.82月12.700.80.1972958.43月12.700.80.1987.2973.64月26.700.80.3972944.25月60.100.80.6987.2925.76月203.400.82972765.87月82.700.80.8987.2902.98月313.500.83.1987.2669.89月305.800.83.1972662.310月9000.80.9987.2895.511月12.400.80.1972958.712月12.500.80.1987.2973.8合计114509.611.311770.410604.50表4.12-3现状年分片区逐月水量平衡分析表-珠田泉江片社会经济指标用水标准灌溉面积:1.0084万亩毛灌溉定额:956m3/亩农村人口：2.1756万人人均用水量:10L/人*日月份需水可供水量(万m3)水量平衡(万m3)农业需水量工业需水量生活需水量环境等其它需水量+-1月10.51399.680.714.11206.2-218.782月10.71866.240.718.81166.4-730.043月10.7777.60.77.91206.2409.34月22.5388.80.74.11166.4750.35月50.6233.280.72.81206.2918.826月171.3155.520.73.31166.4835.587月69.600.70.71206.21135.28月26400.72.61206.2938.99月257.500.72.61166.4905.610月75.800.70.81206.21128.911月10.51555.20.715.71166.4-415.712月10.51399.680.714.11206.2-218.78合计964.277768.487.514275.45439.30表4.12-4现状年分片区逐月水量平衡分析表-西灌片社会经济指标用水标准灌溉面积:0.2285万亩毛灌溉定额:956m3/亩农村人口：0.528万人人均用水量:10L/人*日月份需水可供水量(万m3)水量平衡(万m3)农业需水量工业需水量生活需水量环境等其它需水量+-1月2.400.20406.1403.52月2.400.20388.8386.23月2.400.20406.1403.54月5.100.20.1388.8383.45月11.500.20.1406.1394.36月38.800.20.4388.8349.47月15.800.20.2406.1389.98月59.800.20.6406.1345.59月58.300.20.6388.8329.710月17.200.20.2406.1388.511月2.400.20388.8386.212月2.400.20406.1403.5合计218.502.42.24786.74563.6从表上可以看出，在现状水平年里可供水量通过水量调配能满足各部门的用水要求，而且还有剩水。因此，目前灌有效灌溉面积仅有3.1万亩，达不到设计灌溉面积，并非由于资源性缺水，而是由于灌区渠系未完建、渠系建筑物不配套，已建渠系老化淤积严重，田间工程未配套等原因造成的。4.1.8 灌区存在主要问题通过灌区水资源现状水平年供需平衡分析成果知，工程并不存在资源性缺水，工程效益未达到设计指标的原因主要是因灌区存在以下问题：(1)工程设计标准偏低南澳陂灌区始建于五十年代，渠道设计标准低，防渗条件差，致使大量水经渠道渗漏而损失掉了。灌区灌溉水利用系数仅为0.40.5，渠道损失占很大比重。(2)工程不配套南澳陂灌区限于当时资金投入不足，工程质量较差，尾工较多，致使用水配套工程不能及时建成，工程供水能力长期不能发挥，造成有水不能利用的局面。(3)管理落后造成南澳陂水库灌区水资源供需不平衡的重要原因之一，就是缺乏农业用水的科学管理，灌区许多工程设施老化、失修，丧失供水能力。而且灌水技术和方法落后，整个灌区绝大部分地区一直沿用高定额大水漫灌的传统方法造成灌溉水的严重浪费。为了充分发挥灌区工程效益，提高灌溉水的利用率，恢复原有设计灌溉面积，提高灌区农业综合生产力，为灌区农业持续稳定发展奠定基础，实现农业和农村经济的可持续发展，对南澳陂灌区骨干工程进行改造是非常必要和非常迫切的。4.2 灌区设计水平年水量供需平衡分析4.2.1 灌溉设计保证率及设计水平年根据遂川县农田灌溉工程规划报告确定灌区灌溉设计保证率为85%，设计水平年为2020年。4.2.2 灌区设计水平年需水量(1)灌区设计水平年灌溉需水量设计水平年的灌溉定额也采用代表年法计算，离灌区中心3公里有遂川县气象站，将该站历年4-10月的降雨量进行频率计算，选定保证率P=85%的代表年为1965年，再利用1965年该站的降雨量和蒸发资料按现状水平年的计算方法计算出设计水平年的早、晚稻定额。设计水平年灌区设计灌溉面积为5.0万亩，各种作物种植面积及复种指数见下表4.13：表4.13 规范水平年灌区作物种植结构表有效灌溉面积:50000亩作物早稻晚稻油菜豆类蔬菜种植面积(亩)44500 48000 21518 1001 500 种植系数0.890.960.430.020.01复种指数2.31根据规范，确定设计水平年渠系水利用系数s为0.65,田间水利用系数为0.95，则灌溉水利用系数为0.650.950.62。再根据用水过程得灌区设计水平年综合净灌溉定额为553.4m3/亩(详见表4.13)，则毛灌溉定额为892.5m3/亩，则灌溉用水量为892.55=4463万m3。表4.14灌区现状年灌溉用水定额计算表 作物 时间早稻晚稻油菜蔬菜豆类综合亩净灌溉定额(m3/亩)0.890.960.430.020.0111/425/412.36.2 11.0726/45/518.62.5 16.66/524/520.24.1 18.0625/529/500.0 030/55/639.54.8 35.256/614/629.66.4 26.4715/624/600.0 025/64/740.22.5 35.835/719/733.36.4 29.7720/722/710.62.5 10.2323/71/840.21.9 38.632/819/861.57.0 59.1820/826/841.11.2 1539.6327/831/832.34.9 31.111/913/963.47.7 1561.1714/924/961.32.8 58.925/96/1052.13.2 1050.187/1022/1020.21.4 19.4223/1031/1000.0 011月58.8 2.3312月58.2 2.311月59.0 2.332月512.2 2.393月513.5 2.421/410/46.5 0.13合计193.7 382.7 25.0 123.7 40.0 553.4 (2)灌区需水量农业需水量：农田灌溉需水量=综合亩毛灌溉定额有