青銅峽灌區(qū)水土平衡分析的探討

1、青銅峽灌區(qū)水土資源平衡分析的討論摘要：本文根據(jù)青銅峽灌區(qū)四水轉(zhuǎn)化的特點和灌區(qū)規(guī)劃的要求，提出灌區(qū)節(jié)水改造規(guī)劃的水土資源平衡應(yīng)進展水資源的3個平衡分析，即水資源供需平衡分析，引水、耗水與排程度衡分析，水資源耗程度衡分析.水資源的3個平衡分析的目的與內(nèi)容不同，但科學(xué)根底與根據(jù)都是灌區(qū)的四水轉(zhuǎn)化關(guān)系關(guān)鍵詞：灌區(qū)規(guī)劃四水轉(zhuǎn)化水資源供需平衡隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的施行，水資源的合理利用與優(yōu)化配置成為其可持續(xù)開展的重大問題13.本文結(jié)合青銅峽灌區(qū)的節(jié)水改造規(guī)劃，對干旱半干旱地區(qū)的大型灌區(qū)的水土資源平衡的有關(guān)問題進展討論.青銅峽灌區(qū)地處寧夏銀川平原，屬黃河河套(前套)平原的重要組成部分.灌區(qū)總土地面積623

2、9k2，現(xiàn)狀灌溉面積33萬h2，灌區(qū)涉及寧夏的3個地級市及11個縣(市、區(qū))，是自治區(qū)人口集中地與工農(nóng)業(yè)開展精華地區(qū).青銅峽灌區(qū)建立開展歷史悠久，但工程老化失修，滲漏嚴(yán)重，水資源利用率低，平均灌溉水利用系數(shù)只有0.38，水分消費率只有0.62kg/3.青銅峽灌區(qū)現(xiàn)狀引水量、耗水量約占寧夏引黃灌區(qū)的80%左右，也是節(jié)水潛力最大的地區(qū)，應(yīng)制定灌區(qū)改造規(guī)劃，積極進展灌區(qū)的節(jié)水建立，把青銅峽灌區(qū)改造成為面向二十一世紀(jì)節(jié)水高效的新型灌區(qū).1青銅峽灌區(qū)四水轉(zhuǎn)化特點與水土資源平衡分析1.1灌區(qū)四水轉(zhuǎn)化與特點水土資源平衡分析是灌區(qū)灌溉規(guī)模論證的主要根據(jù).灌區(qū)的四水地表水、土壤水、地下水、大氣水(降水與蒸發(fā))的

3、轉(zhuǎn)化關(guān)系4,5是灌區(qū)水土資源平衡分析的科學(xué)根底與根據(jù).青銅峽灌區(qū)四水轉(zhuǎn)化形式如圖1.本文以下將灌區(qū)作為一個整體，根據(jù)用水與耗水的性質(zhì)和特點，將灌區(qū)劃分為5個單元，即農(nóng)田灌溉單元(人工灌溉的耕地、林地與草地)、工業(yè)用水單元、城鄉(xiāng)用水單元、人工環(huán)境生態(tài)用水單元、自然生態(tài)耗水單元.青銅峽灌區(qū)的四水及其轉(zhuǎn)化簡要說明如下.圖1青銅峽灌區(qū)四水轉(zhuǎn)化與水資源供需平衡概念地表水是指灌區(qū)引用的黃河水、降水形成的地表徑流和灌區(qū)排水.引用的黃河水在渠道輸水過程中，通過蒸發(fā)滲漏轉(zhuǎn)化為大氣水、土壤水和地下水.降水形成的地表徑流一般難以利用、直接由排水溝排出.地下水來源于地表水與降水的入滲補給、灌區(qū)外的(山前)側(cè)滲補給，其

4、消耗為通過潛水蒸發(fā)補充非飽和帶的土壤水、通過側(cè)滲以地下水的形式排入黃河、通過抽水作為工農(nóng)業(yè)的用水水源、通過越層入滲補給深層地下水.土壤水是四水轉(zhuǎn)化的中心環(huán)節(jié)，來源于地表水的入滲與地下水的潛水蒸發(fā)補給.土壤除少量補給地下水外、主要轉(zhuǎn)化為大氣水、消耗于蒸發(fā)蒸騰.大氣水指降水與蒸發(fā)蒸騰的水量.灌區(qū)的降水除少量入滲補給地下水和排水外，直接蒸發(fā)消耗掉.各個單元的蒸發(fā)蒸騰總量是灌區(qū)最終的水資源消耗量.根據(jù)自然條件與水資源利用現(xiàn)狀，青銅峽灌區(qū)的四水轉(zhuǎn)化有以下特點.灌區(qū)年降水量僅180220，而水面蒸發(fā)量達10001550.當(dāng)?shù)氐乇硭Y源量約為1.25億3，降水與山前側(cè)滲的地下水補給量約為0.95億3.降水在

5、灌區(qū)的四水轉(zhuǎn)化中的作用途于次要的地位.灌區(qū)的生存與開展完全依靠黃河水的引用，現(xiàn)狀引黃河水量6070億3.灌區(qū)內(nèi)四水轉(zhuǎn)化復(fù)雜，特別是地表水與地下水的轉(zhuǎn)化量大、轉(zhuǎn)化頻繁.灌區(qū)土地資源豐富，分布有大片的荒地，并形成灌區(qū)內(nèi)的自然生態(tài)景觀.在灌區(qū)水資源可利用量一定的條件下，社會經(jīng)濟用水與生態(tài)環(huán)境用水存在著劇烈的矛盾.在我國依靠引用黃河水的大型灌區(qū)中，僅青銅峽灌區(qū)具有自流引水和自流排水的條件.目前灌區(qū)是“大引大排(排水40億3左右)，水資源利用不盡合理.1.2青銅峽灌區(qū)水土資源平衡分析根據(jù)青銅峽灌區(qū)四水轉(zhuǎn)化的特點和大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃的要求，本文提出在灌區(qū)水土資源平衡中要進展水資源的3個平衡分析

6、.灌區(qū)水資源供需平衡分析.該平衡分析是以往規(guī)劃中常規(guī)進展的，平衡分析的目的是調(diào)整國民經(jīng)濟各用水部門與水資源的供求關(guān)系.灌區(qū)引水耗水排程度衡分析.青銅峽灌區(qū)的引水量除灌區(qū)工農(nóng)業(yè)用水消耗外，尚有部分水量排入黃河.灌區(qū)的引水耗水排程度衡分析的目的是調(diào)整部分(灌區(qū))與整體(流域)的資源配置關(guān)系.灌區(qū)水資源耗程度衡.水資源耗程度衡分析的目的是調(diào)整國民經(jīng)濟各部門、國民經(jīng)濟與自然生態(tài)的水資源配置關(guān)系.轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.2青銅峽灌區(qū)水資源供需平衡分析為了進步水資源的利用效率而又滿足社會經(jīng)濟開展的用水要求，必須進展水資源供需平衡分析.在水資源缺乏的情況下，按照以需定供的原那么，合理確定工農(nóng)業(yè)開展規(guī)模并進展構(gòu)

7、造調(diào)整.水資源供需平衡關(guān)系如圖1中粗線所示.2.1灌區(qū)可供水量灌區(qū)可供水量S為灌區(qū)水源工程的可供水量，是地表水的可供水量SS與地下水的可供水量SG之和.S=SS+SG(1)對青銅峽灌區(qū)，地表水的可供水量SS即是灌區(qū)各干渠的渠首的引黃水量.地下水的可供水量即是由地下水補給量確定的地下水的可開采量(井口).地下水的補給量為當(dāng)?shù)氐慕邓c山前側(cè)滲的地下水補給量和引黃灌溉的渠系與田間入滲補給量之和，以引黃灌溉入滲補給量為主.引黃入滲補給量GR與引黃水量有關(guān)，由下式計算：GR=(1-渠)SS+(1-田)渠SS2式中：渠為渠系水利用系數(shù)；田為田間水利用系數(shù)；為渠系入滲補給系數(shù).等式右端第一項為渠系滲漏水入滲

8、補給量；第二項為田間水入滲補給量，該項只計自流灌區(qū).渠與渠道襯砌狀況有關(guān)，與排水量有關(guān)，故現(xiàn)狀程度年與規(guī)劃程度年的(1-渠)取值不同.地下水的可開采系數(shù)取為0.6，那么地下水的可開采量SG為：SG=0.6(GR+0.95)根據(jù)相關(guān)參數(shù)，計算不同引黃量下相應(yīng)的地下水補給量與可開采量SG結(jié)果如圖2.2.2灌區(qū)需水量(1)城鎮(zhèn)生活用水與需水量.城鎮(zhèn)生活用水量UA按城鎮(zhèn)人口PA(人)與定額A(L/人d)計算，即UA=365PAA.城鎮(zhèn)生活用水的水源有地表水(引黃)和地下水，需水量是根據(jù)用水量推算至水源工程(渠首與井口)處的水量.假設(shè)地表水與地下水的供水比例分別為s1與g1、相應(yīng)的水利用系數(shù)分別為s1與

9、g1，那么其需水量DA為DA=s1UA/s1+g1UA/g13上式等號右端第一項為地表水的需水量，第二項為地下水的需水量.圖2青銅峽灌區(qū)地下水總補給量、可開采量與引黃量關(guān)系(2)農(nóng)村生活用水與需水量.農(nóng)村生活用水量(含家畜用水)亦按人口PA與定額A計算，用水量UB=365PBB，同樣考慮不同水源的供水比例s2、g2及相應(yīng)的水利用系數(shù)s2、g2，其需水量DB為DB=s2UB/s2+g2UB/g24(3)工業(yè)用水.工業(yè)用水按產(chǎn)值Y與萬元產(chǎn)值用水定額計用水量U=Y，需水量D與上述計算類似D=s3U/s3+g3U/g35(4)生態(tài)環(huán)境用水.生態(tài)環(huán)境用水是指人工灌溉及供水的生態(tài)林建立、河湖坑塘及鹽堿地改

10、進等用水.根據(jù)相應(yīng)的規(guī)劃規(guī)模，其總需水量(引黃水量)DD規(guī)劃為6.5億3.(5)灌溉需水.規(guī)劃程度年總灌溉面積33.7萬h2，自流灌區(qū)灌溉面積F1為29.8萬h2、揚水灌區(qū)灌溉面積F2為3.9萬h2.為了充分利用水資源，自流灌區(qū)的用水要增加地下水的利用量.自流灌區(qū)的凈灌溉水量UE1由其面積F1與凈灌溉定額1計算，UE1=1F1，需水量(毛灌溉水量)DE1為DE1=s51UE1/s51+g51UE1/g516式中：s51與g51分別為相應(yīng)的灌溉水利用系數(shù)，s51和g51為相應(yīng)的地表水與地下水的利用比例(待定).由揚水灌區(qū)的凈灌溉定額2(規(guī)劃為44403/h2)和灌溉面積F2可計算凈灌溉水量UE2

11、=2F2，其需水量DE2為DE2=s52UE2/s52+g52UE2/g527綜上所述，灌區(qū)的總需水量D為上述各項需水量之和.即D=DA+DB+D+DD+DE1+DE2(8)各部門的需水由地表水與地下水兩個水源供應(yīng)，總需水量D為地表水(引黃)的需水量DS與地下水的需水量DG之和.地表水與地下水的需水量與各部門兩種水源供應(yīng)的比例有關(guān)，而地下水的可供水量(可開采量)又取決于地表水的可供水量(引黃量).因此，在多水源的情況下，灌區(qū)的供水量與需水量要通過供需平衡分析確定.2.3水資源供需平衡分析為了確定合理的引黃量需進展水資源供需平衡分析，其原那么是水資源有效利用.引黃量過大、地下水的補給量亦大，供需

12、平衡結(jié)果水量充裕；引黃量較少時，地下水的補給量也少，供需平衡結(jié)果水量缺乏.因此，引黃量確實定，存在著一個平衡點.圖3灌區(qū)可供水量、需水量與引黃量的關(guān)系由前述分析可見，灌區(qū)的可供水量與需水量均與引黃量有關(guān).根據(jù)分析計算結(jié)果，繪出可供水量、需水量與引黃量的關(guān)系如圖3.分析結(jié)果說明，青銅峽灌區(qū)合理的引黃量為40億3(不含大壩與石嘴山火電站的引水)，相應(yīng)情況下的水資源供需平衡結(jié)果如表1.表1青銅峽灌區(qū)規(guī)劃程度年(2022)水資源供需平衡結(jié)果轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3灌區(qū)引水、耗水、排程度衡分析3.1灌區(qū)引水、耗水、排程度衡與排水量分析水資源平衡分析確定的引黃量并不是灌區(qū)可消耗的水量.國家分配給寧夏自治區(qū)

13、的用水指標(biāo)40億3，由寧夏引黃用水現(xiàn)狀與規(guī)劃，青銅峽灌區(qū)可耗用的黃河水為25.4億3.可在圖1所示的四水轉(zhuǎn)化中改用粗線表示灌區(qū)引水耗水排水的平衡關(guān)系，此處從略.灌區(qū)的引水是指灌區(qū)的引黃水量、即SS，灌區(qū)的排水是灌區(qū)排入黃河的水量、記為DD，灌區(qū)的耗水在此所指的是引(引水量)排(排水量)差、記為SD.即：SD=SS-DD(9)表2青銅峽灌區(qū)規(guī)劃程度年(2022)引黃水量與排水量(億3)如上述，青銅峽灌區(qū)規(guī)劃程度年的引排差維持現(xiàn)狀的25.4億3，灌區(qū)的引黃量、耗水量(引排差)與排水量如表2.3.2排水的可能性與不確定性根據(jù)19881999年的水文測定與統(tǒng)計資料，點繪灌區(qū)的排水量與引黃量的關(guān)系如圖4

14、.根據(jù)圖4所示的關(guān)系，當(dāng)灌區(qū)引黃量為40億3時，相應(yīng)的排水量達17.2億3.如表2，規(guī)劃程度年要求的排水量為14.6億3，較17.2億3為少，到達規(guī)劃的排水量的可能性是存在的.圖4所示是現(xiàn)狀的引水、排水情況.灌區(qū)排水組成非常復(fù)雜，目前尚無相關(guān)的定量關(guān)系.在規(guī)劃程度年，灌區(qū)用水管理的加強，灌區(qū)退水必然減少；圖4灌區(qū)排水量與引黃量關(guān)系(19881999)農(nóng)田排水配套建立的完善，農(nóng)田的排水量有一定程度增加.總體上，將來的排水量將較現(xiàn)狀為少.因此，將來的排水量存在著不確定性.規(guī)劃排水量的實現(xiàn)應(yīng)通過灌區(qū)的引排調(diào)度與加強管理來解決，當(dāng)排水量缺乏(即引排差大于規(guī)劃確定值)時，其缺乏水量由用水量中扣除.青銅峽

15、灌區(qū)具有較好的自流排水條件.灌區(qū)維持一定的排水量，有利于全灌區(qū)鹽分平衡.4灌區(qū)耗程度衡青銅峽灌區(qū)現(xiàn)狀排水量約占引黃水量的62%，因此灌區(qū)引水量或可供水量不是可消耗的水資源量.灌區(qū)的需水量也不是各用水部門實際的消耗水量.此外，自然生態(tài)的用水因不是人工引水供應(yīng)，在水資源供需平衡中沒有計入.因此，前述的水資源供需平衡并不是真正意義的水資源配置.為此補充進展水資源的耗程度衡是必要的.4.1灌區(qū)可耗水量灌區(qū)的可耗水量約為27.64億3，包括可利用的黃河水量(引排差)25.4億3，當(dāng)?shù)氐牡乇硭Y源1.25億3，當(dāng)?shù)氐臏\層地下水資源0.99億3.在以下灌區(qū)耗水分析中，除降水產(chǎn)生的地表水及地下水外，未計入降水

16、的直接利用.4.2灌區(qū)各項耗水估計灌區(qū)的水資源的消耗按前述分為工業(yè)用水、城鄉(xiāng)生活(城鎮(zhèn)與農(nóng)村)、環(huán)境用水、農(nóng)業(yè)灌溉和自然生態(tài)植被共5項.(1)工業(yè)、城鄉(xiāng)生活耗水量.工業(yè)、城鄉(xiāng)生活的耗水量與用水量的U的比值稱為耗水率，故可由用水量與耗水率來估算其耗水量，即=U(10)根據(jù)全國的統(tǒng)計資料與本灌區(qū)的實際情況，工業(yè)和城鎮(zhèn)生活的耗水率取為25%，農(nóng)村生活的耗水率取為90%.(2)環(huán)境用水的耗水量.河湖塘庫的耗水按年均積水水面的蒸發(fā)量估計；防護林建立與鹽堿地改進耗水按面積與定額估計.(3)農(nóng)業(yè)灌溉耗水量.農(nóng)業(yè)灌溉耗水根據(jù)灌溉面積與凈灌溉定額估算.實際上農(nóng)田作物還消耗地下水(通過潛水蒸發(fā))，故還應(yīng)計入地下水

17、利用量.(4)自然生態(tài)(植被)的耗水量.現(xiàn)狀程度年根據(jù)灌區(qū)內(nèi)自然生態(tài)的面積(統(tǒng)計與遙感資料)、地下水位埋深，按潛水蒸發(fā)估計.在規(guī)劃程度年，由灌區(qū)的可耗水量扣去上述各項耗水量后、作為其可消耗于自然生態(tài)的水量，其結(jié)果用以評價灌區(qū)自然生態(tài)耗水的可能狀況.綜上所述，灌區(qū)水資源耗程度衡的初步結(jié)果如表3.表3灌區(qū)水資源消耗平衡(億3)灌區(qū)自然生態(tài)的面積約為15萬h2，規(guī)劃程度年可耗水量2.54億3，相當(dāng)170，加上降水的直接利用，耗水約300350.自然生態(tài)耗水有一定的保證，但并不充分.5青銅峽灌區(qū)水土資源平衡分析結(jié)果與結(jié)論(1)根據(jù)前述青銅峽灌區(qū)水資源的3個平衡分析，灌區(qū)的續(xù)建配套與節(jié)水改造的施行將有明

18、顯的節(jié)水效果，灌區(qū)的水資源配置與利用將趨于合理.灌區(qū)的引黃量由現(xiàn)狀的66.4億3減少到規(guī)劃程度年的40億3，減少了40%，對于黃河流域的水量統(tǒng)一調(diào)度與管理是有利的；地下水的開采量由現(xiàn)狀的3.5億3增加到5.9億3，灌區(qū)的引黃與地下水的結(jié)合運用趨于合理.嚴(yán)格控制用水指標(biāo)，維持現(xiàn)狀的引排差25.4億3.在采取有力的管理調(diào)度措施后，規(guī)劃的排水量是可以實現(xiàn)的.農(nóng)田灌溉節(jié)水效果顯著.以現(xiàn)狀的灌溉面積33萬h2為基準(zhǔn)，綜合毛灌溉定額由現(xiàn)狀的200253/h2、到規(guī)劃程度年減少到100803/h2，毛灌溉水量由現(xiàn)狀的66.1億3減少為34億3，減少了32.1億3；灌區(qū)的綜合凈灌溉定額由現(xiàn)狀的73653/h2減少到52503/h2，節(jié)