各阶段的水资源规划方案及其优化成果分析

7. 5. 1 各阶段水资源规划方案的制定

2010 年水资源规划的数据与参数，主要是依据黄河水利委员会 “黑河流域东部子水系各灌区2010 年规划月数据表” 确定的。2010 年水资源规划是在现状人工绿洲 ( 灌区) 灌溉定额 ( 表7. 8，净灌溉定额 400 ～ 680m3/ 亩，毛灌溉定额 519 ～ 1070m3/ 亩) 的基础上，主要通过发展林草面积和高新节水灌溉技术，以降低人工绿洲 ( 灌区) 灌溉定额 ( 表 7. 14，净灌溉定额 344～429m3/亩，毛灌溉定额 462～643m3/ 亩) 来实现中游灌溉节水，从而保证正义峡下泄水量的。2010 年规划实施后，不同保证率 ( 2%～98%) 来水量情况下，基本上均能满足人工绿洲 ( 灌区) 现状灌溉面积 ( 211. 35×104亩) 的灌溉用水 ( 11. 79×108m3/ a) ，同时均能满足正义峡河道下泄的年分配水量 ［多下泄 ( 0. 60～3. 73) ×108m3/ a］。

如果将现状年 ( 1999 年) 的灌溉定额作为 “基准数”，将规划年 ( 2010 年) 的灌溉定额作为“目标数”，那么由基准数到目标数的实现 ( 净灌溉定额平均降低幅度约 30%) ，是一个需要逐步发展林草面积和高新节水灌溉技术的过程; 这个过程可人为地划分为若干个阶段，则每个阶段的人工绿洲 ( 灌区) 灌溉定额组合就对应了一种水资源规划方案; 对于各阶段的水资源规划方案，在满足正义峡下泄分配水量的条件下，中游地区人工绿洲 ( 灌区) 现状灌溉面积的需水量能予满足的程度，以及对河水入渗、地下水溢出、河道径流的影响等都是人们需要关注的问题。

各阶段水资源规划方案的灌溉定额 ( 由基准数到目标数) 可由下式计算确定:

阶段灌溉定额=基准数－( 基准数－目标数) ×比例系数

显然，比例系数取 0 或 1 分别代表现状年 ( 基准数) 、规划年 ( 目标数) 两个阶段的水资源规划方案。本次各阶段水资源规划方案的灌溉定额，是将比例系数由 0 到 1 按 0. 1 的间隔取值确定的，依此分现状年 ( 基准数) →规划年 ( 目标数) 为 11 个阶段，分别称之为阶段 0 ( 现状年) 、阶段 1，…，阶段 9，阶段 10 ( 规划年) 。各阶段水资源规划的净灌溉定额见表 7. 23、图 7. 26，规划模型的其他数据与参数同 “2010 年水资源规划”。

表 7. 23 各阶段水资源规划方案的净灌溉定额 单位: m3/ 亩

图 7. 26 各灌区不同阶段的净灌溉定额曲线

7. 5. 2 各阶段水资源规划方案的优化结果与分析

本次各阶段水资源规划的主要目的: 是为考证在满足正义峡下泄分配水量的前提下，中游地区人工绿洲 ( 灌区) 现状灌溉面积的各阶段需水量能予满足的程度，故水资源规划方案的优化仅考查莺落峡多年平均来水量情况。

将各阶段的净灌溉定额 ( 表 7. 23) 及有关数据与参数代入水资源规划模型，运行规划模型可给出在满足正义峡下泄分配水量的条件下，中游地区各阶段的人工绿洲 ( 灌区) 灌溉面积与用水量 ( 干渠引水量与灌区开采量) 、河水入渗量与地下水溢出量、河道径流量和正义峡下泄量等优化结果，并可进行水资源分析研究。

7. 5. 2. 1 各阶段的灌区水利化程度分析

各阶段的灌区足额灌溉面积与用水量及水利化程度优化结果列入表 7. 24，绘制的分析曲线见图 7. 27～图 7. 29。所谓足额灌溉面积是指灌区用水量满足灌溉定额而能够灌溉的土地面积 ( 现状灌溉面积为 211. 35×104亩) ，灌区用水量是指地表水引水量与地下水开采量之和 ( 实为可用水量) ，灌区水利化程度是指灌区用水量与需水量之比。

现状年→阶段 6: 灌区的足额灌溉面积均未能达到现状灌溉面积，灌区用水量是在满足正义峡下泄分配水量的前提下所能提供给灌区的最大水量，各阶段的灌区用水量基本不变，其水利化程度为 80%～98%。

阶段7→规划年: 在满足正义峡下泄分配水量的前提下，灌区的足额灌溉面积均达到了现状灌溉面积，灌区用水量均能满足灌区需水量，各阶段的灌区用水量呈线性减少，其水利化程度均达到100%。

规划结果表明: 灌区灌溉定额降至现状年→规划年灌溉定额的 70% ( 即阶段 7) 时，莺落峡多年平均来水量能够同时满足正义峡下泄分配水量及灌区灌溉需水量。

7. 5. 2. 2 各阶段的河水入渗与地下水溢出

各阶段的河水入渗量与地下水溢出量优化结果列入表 7. 25，绘制的分析曲线见图 7. 30、图 7. 31。

表 7. 24 多年平均来水量的各阶段灌区足额灌溉面积与用水量优化成果表

注: 现状灌溉面积为 211. 35×104亩，水利化程度是指用水量与需水量之比，足额是指满足灌溉定额。

图 7. 27 多年平均来水量的各阶段灌区足额灌溉面积曲线图

图 7. 28 多年平均来水量的各阶段灌区用水量与需水量曲线图

图 7. 29 多年平均来水量的各阶段灌区水利化程度曲线图

图 7. 30 多年平均来水量的各阶段河水总入渗量与地下水总溢出量曲线图

图 7. 31 多年平均来水量的各阶段河水入渗量与地下水溢出量沿程变化图

表 7. 25 多年平均来水量的各阶段河水入渗量与地下水溢出量优化成果表

注: 表中数字负值为河水入渗量，正值为地下水溢出量; 数字单位为 108m3/ a。

莺落峡多年平均来水量的各阶段河水入渗量与地下水溢出量基本稳定。黑河莺落峡到大桥的河水入渗量为 ( 4. 15 ～ 4. 44) ×108m3/ a，大桥到正义峡河段的地下水溢出量为 ( 7. 24 ～ 7. 26) ×108m3/ a; 张掖盆地的河水总入渗量为 ( 4. 48 ～ 4. 77) ×108m3/ a，地下水总溢出量为 ( 8. 29 ～ 8. 34)×108m3/ a。

各阶段地下水溢出量在不同河段变化很大，最大溢出段在大桥到塘湾河段 ( 溢出量 5. 79×108m3/ a) ，最小溢出段在马尾湖到正义峡河段 ( 溢出量 0. 09×108m3/ a) ; 地下水累积溢出量从大桥到正义峡沿河道呈现快速增长—慢速增长—极缓慢增长的变化特点。

7. 5. 2. 3 各阶段的河川径流与正义峡下泄量

各阶段的河流节点径流量与正义峡下泄量优化结果列入表 7. 26、表 7. 27，绘制的分析曲线见图 7. 32～图 7. 34。

表 7. 26 多年平均来水量的各阶段河流节点径流量优化成果表 单位: 108m3/ a

表 7. 27 多年平均来水量的各阶段正义峡下泄量优化成果表 单位: 108m3/ a

注: 正义峡年下泄量满足限定量; 季下泄量不能满足，这与 C 期 ( 非灌溉期) 限定量设置高有关。

图 7. 32 多年平均来水量的各阶段河流节点径流量过程线图

图 7. 33 多年平均来水量的各阶段河流节点径流量曲线图

图 7. 34 多年平均来水量的各阶段不同时期正义峡下泄量曲线图

各阶段河道径流量沿流程的变化规律基本一致。莺落峡—大桥的河道径流主要受渠道引水的控制及河水渗失的影响，因引水量与渗失量大，河道径流呈现出快速减少趋势。大桥—正义峡的河道径流受渠道引水与地下水溢出双重因素的控制，因引水量与溢出量在不同河段的差异，使其影响下的河道径流也有较大的不同; 大桥—塘湾河段的地下水溢出量远大于渠道引水量，河道径流呈较快增长变化，特别是大桥—高崖河段增长很快; 塘湾—正义峡河段，因渠道引水量略大于地下水溢出量，河道径流总体呈慢速减少变化。

莺落峡多年平均来水条件下，因现状年→规划年的干渠引水量的不断减少，使下游河道径流量呈现总体的增长特点。各阶段河道径流沿流程的变化特征，更进一步说明了通过控制渠道引水量是可以改变河道径流量的，即通过中游节水或强制性的限量引水是可以保证正义峡年下泄分配水量的。

现状年→阶段 6，由于灌区灌溉定额降幅较小，满足正义峡年下泄分配水量将以牺牲中游灌区灌溉面积 ( 或现状灌溉面积不能足额灌溉) 为代价，其可用水量是需水量的 80%～98%。阶段 7→规划年，由于灌区灌溉定额降幅较大，不仅灌区现状灌溉面积可足额灌溉 ( 即灌区可用水量均能满足需水量) ，而且正义峡年下泄水量还超过了年分配水量 ［每年多下泄 ( 0. 23～1. 67) ×108m3］。这充分证明了中游灌区节水是保障中游人工绿洲以及下游生态用水的重要且有效的途径之一。

7. 5. 3 各阶段水资源规划成果与现状水资源量分析

1999 年黑河与梨园河来水总量为 18. 12 × 108m3/ a，与多年平均值 18. 15 × 108m3/ a 非常接近，故可进行规划与现状的水资源量对比分析 ( 表 7. 28，图 7. 35) 。

灌区净灌溉定额保持现状 ( 551m3/ 亩) : 如果灌区用水量满足了需水量 17. 22×108m3/ a ( 水利化程度为 100%) ，则正义峡下泄量将不能满足国务院分配的下泄量 9. 50×108m3/ a ( 少下泄 2. 17×108m3/ a) ; 如果正义峡下泄量满足了国务院分配的下泄量 9. 50×108m3/ a，则灌区用水量将不能满足需水量 17. 22×108m3/ a ( 水利化程度为 80%) 。

各阶段规划成果: 阶段0 ( 现状年) →阶段6，在满足正义峡下泄分配水量的前提下，灌区用水量不能满足需水量 ( 水利化程度为80%～98%) ; 阶段7→阶段10 ( 规划年) ，灌区用水量均能满足需水量( 水利化程度为 100%) ，而且正义峡下泄水量还超过了分配水量 ［多下泄 ( 0. 23～1. 67) ×108m3/ a］。

水资源规划宏观结论: 灌区灌溉定额降至阶段 0→阶段 10 灌溉定额的 70% ( 即阶段 7) 时，多年平均来水量即可同时满足正义峡下泄分配水量及灌区灌溉需水量; 但考虑到地下水溢出量衰减及其他因素对正义峡下泄量的影响，故推动 2010 年规划目标 ( 阶段 10，多下泄 1. 67×108m3/ a)的实现仍具有重要价值。干流水资源通过中游强制性地限量引水，是可以保证正义峡下泄分配水量的，但中游人工绿洲需水不能给予满足; 显然通过中游灌区节水 ( 降低灌溉定额) ，是保障中游人工绿洲用水以及下游生态用水的重要且有效的途径之一。

表 7. 28 各阶段水资源规划成果与现状水资源量分析表 单位: 108m3/ a

注:现状灌溉面积为211.35×104亩，正义峡下泄分配水量多年平均为9.5×108m3/a。

图 7. 35 各阶段水资源规划成果与现状水资源量分析图

(一)灌溉水源的分析与计算

1.地表水资源量

地表水来源主要为天然降水，地表水水量按照地形条件分布，根据地形条件由低到高呈递减趋势。根据甘溪水文站陈家坝水文点实测，2008年9月22日降雨101.5毫米，9月23日降雨255.5毫米，9月24日降雨98.8毫米，致使形成“9·24”特大泥石流灾害，说明项目区全年地表水水量较大。由于汶川地震后项目区许多基础资料丢失，所以参考邻近地区江油县多年平均径流深417毫米作为项目区平均径流深度。项目区面积3128.56亩，地表水资源总量为86.97×104立方米。

都坝河从项目区东侧流过，年均径流量4.7米3/秒，年均径流总量1.48亿立方米，可作为项目区小河村主要耕地的灌溉水源。

2.地下水资源量

项目区地下水的补给主要受大气降水控制，由地表径流补充，其水量随季节变化而变化。地下水类型为碎屑岩类裂隙水，地震前常有山泉出露，地震后仅有两处出露，其中一处在大竹村3组西北方向，由于受硫化物污染(可见析出硫磺)，不能饮用，仅能用于灌溉；另一处位于大竹村2组正西方向，山泉汇集呈瀑布形式进入项目区，该水源质量较好，可用于饮用，水量较大，流量估计0.05～0.10米3/秒。

(二)需水量分析

1.灌溉制度设计

陈家坝乡农业灌溉没有需水量试验资料，灌溉制度参考相邻地区和县内中小型水利工程编制的灌溉制度及灌溉定额进行综合分析，制定设计方案。

项目区内旱地作物包括玉米、小麦、油菜、红薯、蔬菜和其他豆类作物。根据作物生育期和降雨年内分配情况，确定玉米、小麦、油菜和蔬菜为主要灌溉作物。

玉米是大春粮食作物，一般在4月上旬播种，8月中旬收获，全生育期130天，拟定全生育期灌水三次：4月上旬、5月中旬和6月下旬各一次，灌水定额20.0米3/亩，灌溉定额60.0米3/亩，雨季不灌水。

红薯灌水两次，6月下旬和7月下旬各一次，灌水定额20.0米3/亩，灌溉定额40.0米3/亩，雨季不灌水。

小麦是小春粮食作物，其生长期一般为10月中旬至次年5月下旬。拟定全生育期灌水四次，灌水定额20.0米3/亩，灌溉定额80.0米3/亩，雨季不灌水。

油菜是小春粮食作物，其生长期一般为10月中旬至次年4月下旬。拟定全生育期灌水三次，灌水定额20.0～25.0米3/亩，灌溉定额70.0米3/亩，雨季不灌水。

蔬菜多为全年性多品种交替种植作物，项目区内大春蔬菜品种有葱头、莴笋、白菜和萝卜等；冬早蔬菜品种有茄子、青椒、黄瓜、番茄等。供水过程按旱季勤供水，雨季不灌水。主要作物灌溉制度见表10-3。

表10-3 主要作物灌溉制度表

2.需水量计算

(1)规划种植结构。项目区主要种植粮食作物，适当种植经济作物。在确定灌区作物种类及种植比例时，主要考虑如何充分、合理地利用水土资源。项目区通过土地复垦后，有效耕地面积为838.68亩(不含田坎)，全部为旱地。在小河村3组都坝河边的耕地，种植2年以后，可根据情况，改种水稻。结合北川县土地利用总体规划及农业区划，复种指数考虑为200%，现规划种植结构，见表10-4。

表10-4 项目区作物组成规划表　单位：亩

(2)灌水率的确定。灌水率是指项目区内单位面积上所需灌溉的净流量，是计算灌溉设计流量的依据。净灌水率用下式计算：

q＝α·m/8.64T (10-1)

式中：q——灌水率，米3/(秒·万亩)；

α——作物种植比例，%；

m——灌水定额，米3/亩；

T——灌水持续时间，天。

灌水率计算成果与综合定额表，见表10-5。

(3)灌溉用水量计算。根据灌水模数图推算灌溉用水量。计算公式为：

Wi＝qiA总Ti/η水 (10-2)

式中：Wi——某时段的灌溉用水量，立方米；

qi——某时段的净灌水率，米3/(秒·万亩)；

A总——某时段的长度，秒；

Ti——设计灌溉面积，按土地复垦后耕地面积838.68亩计算；

η水——灌溉水利用系数，η水＝η1η2。

η1为田间水利用系数，根据《灌溉与排水工程设计规范》规定田间水利用系数设计值不低于0.95，而项目区主要旱作物，采用管道输水，因此，η1取0.95。η2为渠系水利用系数，根据四川省土地整理中心土地整理技术培训资料，项目区所有输水渠道整治为混凝土衬砌和浆砌条石衬砌，渠系水利用系数≥0.75，因此，选用0.90，则灌溉水利用系数0.86。

灌区净灌溉用水量与毛灌溉用水量可分别采用公式(10-3)和(10-4)计算；净流量与毛流量可分别采用公式(10-5)和(10-6)计算。

灾害损毁土地复垦

灾害损毁土地复垦

灾害损毁土地复垦

灾害损毁土地复垦

式中：Wj——某时段灌区净灌溉用水量，立方米；

A——灌区灌溉面积，公顷；

——灌区净综合灌水定额，米3/公顷；3]]

αi——第i种作物的种植比，其值为第i种作物的灌溉面积与灌区灌溉面积之比；

mi——第i种作物在该时段的灌水定额，米3/公顷；

W——某时段灌区毛灌溉用水量，立方米；

η——灌溉水利用系数；

Qj——某时段灌区净灌溉流量，米3/秒；

q——灌水率，米3/(秒·100公顷)；

Q——某时段灌区毛灌溉流量，米3/秒。

表10-5 需水量表

3.水利工程供水量

可供水量主要来源于以下两个方面：

(1)项目区小河村3组从都坝河引水，可保证灌溉小河村1组、3组靠都坝河边的土地，同时从青林沟引水，可灌溉青林沟旁的耕地。两处引水可保证灌溉300亩土地，每年向项目区供水6.00×104立方米。

(2)内部蓄水工程蓄水及补充来源。项目区需水工程主要保障838.68亩耕地灌溉。需新建蓄水池27 口，其中容积为200立方米的4 口，容积为100立方米的23口，复蓄指数按1.5计算，每年可供利用水量为0.47×104立方米。项目区蓄水工程除降雨补充外，全部由大竹村2组一条自然瀑布补充，该瀑布流量保守估计0.05米3/秒，全年供水能力达157.68×104立方米，全部供向项目区或流经项目区，但由于蓄水工程有限，该瀑布水实际利用系数为0.2，可利用水为31.53×104立方米，多余水排向都坝河。

项目区内有效农业可以利用水源量为38.00×104立方米。

(三)水资源供需平衡分析

通过以上分析，项目区可供水量38.00×104立方米，项目区需水14.04×104立方米，供水量大于需水量，可满足项目区灌溉的需求，但由于复垦前没有蓄水设施和有效输水设施，现有耕地只能靠大气降水，所以，本次复垦过程要加强水利设施建设与完善，以解决耕地需水问题。

具体措施为：

(1)新建蓄水池：项目区新建100立方米蓄水池23口，200立方米蓄水池4口，复蓄指数按1.5计算，共可供水0.47×104立方米，配备有管道输水，可保证蓄水池蓄水及耕地常年用水需求。

(2)瀑布全年向项目区供水31.53×104立方米。

(3)维修及新建灌溉渠，从都坝河及青林沟引水，根据需求，每年可引水6×104立方米。

通过土地复垦后，项目区保障供水38.00×104立方米，大于项目区需水量14.04×104立方米，能满足项目区农业生产用水需要。