灌区水资源供需平衡分析及对策探讨
rxb01
rxb01 Lv.7
2006年08月23日 02:22:51
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我国是一个水资源短缺的国家,人均水资源量约为2200m3,约为世界平均水平的四分之一。由于各地区处于不同水文带及受季风气候影响,降水在时间和空间分布上极不均衡,水资源与土地、矿产资源分布和工农业用水结构不相适应。特别是水污染日益严重,水质型缺水更加剧了水资源的短缺[1]。农业用水是我国第一用水大户,发展高效节水型农业是国家的基本战略。而农业用水量的90%用于种植业灌溉,灌区是一个以水资源为主控制因素且以人为核心的动态系统。由于水资源短缺以及地区经济发展和人口增长对水的需求日益增加,以及灌区水资源开发利用程度的日益提高,灌区水资源供需矛盾不断加剧。因此通过工程措施与非工程措施,解决灌区水资源供需平衡的矛盾,优化配置多种水源,以实现计划用水、节约用水和提高农业用水效率是我国农业用水的当务之急。为此,本文专门探讨灌区水资源的供需平衡分析问题和解决灌区缺水的对策。

我国是一个水资源短缺的国家,人均水资源量约为2200m3,约为世界平均水平的四分之一。由于各地区处于不同水文带及受季风气候影响,降水在时间和空间分布上极不均衡,水资源与土地、矿产资源分布和工农业用水结构不相适应。特别是水污染日益严重,水质型缺水更加剧了水资源的短缺[1]。农业用水是我国第一用水大户,发展高效节水型农业是国家的基本战略。而农业用水量的90%用于种植业灌溉,灌区是一个以水资源为主控制因素且以人为核心的动态系统。由于水资源短缺以及地区经济发展和人口增长对水的需求日益增加,以及灌区水资源开发利用程度的日益提高,灌区水资源供需矛盾不断加剧。因此通过工程措施与非工程措施,解决灌区水资源供需平衡的矛盾,优化配置多种水源,以实现计划用水、节约用水和提高农业用水效率是我国农业用水的当务之急。为此,本文专门探讨灌区水资源的供需平衡分析问题和解决灌区缺水的对策。
1灌区供需水平衡分析
计算求得灌区水资源可利用量和总需水量,再进行供需水平衡分析计算。其目的是揭示缺水型灌区水资源供需关系的内在规律和主要矛盾,分析存在的主要问题,探讨灌区水资源开发利用的途径与潜力,实现供需平衡,从而实现灌区的良好运行和经济效益的充分发挥,提高灌区人民的生活水平。
1.1水资源可利用量
水资源总量和水资源可利用量有本质的区别。水资源总量是指灌区内降水形成的地表径流和地下产水量。其中地表径流量包括坡面流和壤中流,而不包括河川基流量;地下产水量指降水入渗对地下的补给量,应为河川基流、潜水蒸发、河床潜流和山前侧渗等。而水资源可利用量是指在自然、技术、经济条件的限制下以及满足生态环境用水的基础上,可以利用的水资源量[2]。
灌区来水主要是降雨径流(本地径流)和过境水。而水资源可利用量是指在经济合理、技术可行和生态环境容许的条件下,通过各种措施可控制利用的水量。一般而言灌区可利用水量主要由降雨产生的地表径流、渠首工程引水(过境水)、农业灌溉回归水,以及取用的地下水四部分组成。
(1)灌区降雨径流可利用量
降雨径流可利用量是指在流域的水资源未被作任何利用的情况下,在地表产生的地表径流量。如果没有实测径流资料,可以根据年降雨量资料用年降雨径流关系推求径流量。依据适配线法做水平频率分布线型,一般选用皮尔逊Ⅲ型,一种方案直接查出不同频率水平年份相应的径流量;或者先查出不同频率水平年份的年降雨量,再计算出年径流量。
(2)过境水可利用量
过境水就是利用各种灌区建筑物引用灌区以外用来灌溉的水资源量。一般来说其引水量的大小受季节和年份影响,各种频率年份的可引用水量一方面受到可引河流水量和渠系建筑物引水能力的限制,另一方面还受到取水许可及地方水资源平衡分配的限制,当引水能力大于取水许可量及水资源平衡分配量时,过境水可利用量为取水许可量和水资源平衡分配量中的较小量,当引水能力小于取水许可量及水资源平衡分配量时,过境水可利用量为实际可引量。取决于具体地区和季节年份。
(3)地下水资源可利用量
地下水资源可利用量不同于地下水资源量,可利用量是指在经济合理、技术可行且不引起生态环境恶化条件下的可开采量。可根据具体地区的地下水允许开采模数计算地下水资源可利用量。
(4)农业灌溉、工业回归水可利用量
在灌溉过程中有渠道和农田渗漏、输水损失等损失水量,尤其是水稻灌区基本为渠灌区,这些损失占灌溉引水量的70%。因此,应将灌区改造为能利用回归水的渠系,充分利用损失水量。为了全面考虑水资源量,工业回归水也是不可缺少的一部分。
1.2需水量总量计算
区域不同保证率需水量是指在某种生产条件下,遇到不同频率的雨情、水情、旱情情况下需要的水量。灌区需水量考虑农业灌溉需水量和非农业灌溉需水量(主要包括灌区内工业用水、环境用水、村镇居民生活用水及牲畜用水)。而农业需水为其主成份,农业需水则与自然界的水文气象条件有密切的联系。农业灌溉需水根据灌溉制度、灌溉面积、灌溉水利用系数计算。
(1)农业灌溉需水量
农业灌溉需水量可由灌溉面积和灌溉定额计算。农田灌溉定额,可选择具有代表性农作物的灌溉定额,结合农作物播种面积预测成果或复种指数加以综合确定。有关部门或研究单位大量的灌溉试验所取得的有关成果,可作为确定灌溉定额的基本依据。对于资料条件比较好的地区,可采用彭曼公式计算农作物蒸腾蒸发量、扣除有效降雨并考虑田间灌溉损失后的方法计算而得。有条件的地区可采用降雨长系列计算方法设计灌溉定额,若采用典型年法,则应根据不同地区和灌溉保证率提出不同频率年份的灌溉定额。灌溉定额可分为充分灌溉和非充分灌溉两种类型。对于水资源比较丰富的地区,一般采用充分灌溉定额;而对于水资源比较紧缺的地区,一般可采用非充分灌溉定额。预测农田灌溉定额应充分考虑田间节水措施以及科技进步的影响[3]。
(2)非农业灌溉需水量
非农业灌溉需水量主要是灌区内的工业用水、环境用水、村镇居民生活用水及牲畜用水。工业用水的计算方法有趋势线法、万元产值指标法、相关法、重复利用率提高法、弹性系数法等[4]。城镇居民生活用水及牲畜用水均以现状生活用水为基础,由人口增长率和未来的用水定额预测未来用水量。改善生态环境,根据生态环境状况,结合当地的生态环境要求,来决定环境用水量。
2解决灌区缺水的对策探讨
计算出灌区水资源可利用量和蓄水总量,就可以进行供需平衡分析。平衡分析的结果存在两种情况,一是可供水量大于需水量,二是可供水量小于需水量。是前者的话也要从节水角度发展节水型农业,后者就影响了灌区经济效益发挥及人民生活水平的提高,甚至威胁着灌区的生存,就要慎重分析解决问题提出有效对策以达到供需平衡。具体应采取以下对策措施:
(1)全面分析灌区存在的主要问题。我国部分灌区目前还存在很多问题,尤其是中小灌区更是被人们忽视,部分灌区只修建了干、支渠骨干工程,田间灌排工程不配套,土地不平整;工程老化失修,效益衰减;灌溉技术落后,大水漫灌,水利用率低;城市生活、工业污水无序排放,许多地方水资源受到污染等问题[5]。要从节水、低投入高产出、可持续发展的角度分析问题,根据《中国节水技术政策大纲》,解决灌区存在的主要问题,实现节水技术开发和推广应用,推动节水技术进步,提高用水效率和效益,促进节约用水和合理配置水资源。
(2)应严格遵循内陆河流域地表水、地下水之间的转化规律,进行区域地表水与地下水联合运用优化配置。因地制宜,研究两种水源联合运用下的优化配置与调控技术和运行管理方法,提出地下水合理开发利用模式和井渠结合下高效经济用水的模式以及相应的灌排工程配套系统,并对平原水库调整、渠道衬砌、发展压力管道灌溉、推广应用田间节水灌溉技术等措施对区域地下水资源变化的影响和可能带来的水环境生态问题开展研究。
(3)工程措施与非工程措施相结合。采取工程措施完善灌区配套建筑物体系,此外应同步进行灌区管理体制和运行机制改革。通过改革,初步建立起与市场经济体制相适应,产权明晰、权责明确、高效灵活的新型灌区管理体制和运行机制,实现灌区水资源的优化配置和高效利用,理顺灌溉水价和水费收取方式,增强灌区实现自主管理、自我发展的能力,为农业增效、农民增收奠定坚实的水利基础。提高农民的节水意识与责任意识。提高认识,落实任务,明确责任;提高农民的集体责任感,积极维护整个体制的良好运行[6]。
(4)灌区水资源合理利用的关键是农业节水,应该建立具有区域特色的农业节水技术集成模式,对现行的农业结构比例进行必要的优化,使农、林、牧之间的互补性进一步得到加强。建立高效农业生态系统的同时,减少和缩小对自然生态系统的影响。以节水促进农业的增产和增效,提高农民生活质量,为区域生态环境改善奠定基础,确保灌区水资源供需平衡和粮食安全。
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rxb01
2006年08月23日 02:23:03
2楼
3实例分析[7]
沙河灌区位于沭阳县西北部,受益范围包括庙头、新乡、潼阳、贤官、峁圩6个镇56个行政村,现有总人口19.67万,其中农业人口18.95万。灌区原规划设计灌溉面积25.4万亩。春旱、夏涝、秋冬两季干旱气候对农业生产造成了很大威胁。沙河灌区始建于上个世纪60年代,经过近40年的建设与运行,已形成初具规模中型灌区,对发展这一地区的农田灌溉,改变农业生产条件,发挥了重要作用。但由于灌区兴建早,水利后续投入不足,工程设施配套不齐,老化严重,现已进入了全面衰退期,效益明显下降,迫切需要进行续建配套节水改造工程的建设,以促进灌区的农业生产和农村经济的发展。
根据江苏省水利厅《关于编制中型灌区续建配套节水改造规划的通知》(苏水农函〔2005〕04号)文件精神,笔者结合沙河灌区实际,编制了《江苏省沭阳县沙河灌区续建配套节水改造规划报告》。规划基准年为2000年,近期水平年为2010年,远期水平年为2020年。
3.1沙河灌区存在的主要问题
(1)灌区缺少总体规划,无完整的灌排体系。灌区始建于上个世纪60年代末期,由于灌区兴建较早,在设计、施工、管理等方面都存在着一定的问题,无完整的灌排体系,影响了工程的正常运行和效益的充分发挥。
(2)灌区工程老化失修、工程设施配套差,工程效益发挥不良,早期工程建设限于当时的历史条件,工程建设质量较差,大部分没有达到设计标准。由于资金投入严重不足,没有及时维修养护,许多工程处于老化失修状态,加上沟渠淤积、坍塌和冲刷严重,灌区不能正常发挥效益。
(3)灌溉制度不合理,灌水技术落后,水资源浪费严重。由于《水法》普及和水危机形势教育不够,广大群众缺乏环境意识和节水意识。灌溉制度不合理,灌水技术落后,没有真正接受科学的灌水制度。农民不是根据作物种类和生产需要进行科学的灌溉,而是不管地块大小和作物生长规律,随意浇灌,大块漫灌现象普遍存在,造成了大量水资源浪费和损失。
(4)灌区无计量设施,管理力度不强
按照《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-99规定,灌溉渠道的引水、分水、泄水、退水处和排水沟出口处均应设置量水设施,沙河灌区无一处设有量水设施,水费按灌溉面积收取。灌区管理所没有真正行使控制运用工程的职责(据调查,灌区管理所只负责征收水费)。
3.2 现状年供需平衡分析计算。
根据本文前面讨论的灌区水资源供需平衡分析计算方法,我们对沙河灌区2000年水资源供需平衡状况进行了分析,具体结果见表3-1。从表3-1可以看出,设计干旱年和特干旱年灌区严重缺水。
表3-1 现状水平年水资源供需平衡分析表 单位:万m3
年 型 可利用水资源量 总需水量 余缺水量
平水年(p=50%) 20656 19047 +1609
设计干旱年(p=75%) 19238 21880 -2642
特干旱年(p=95%) 18868 28504 -9636
3.3解决沙河灌区缺水的对策
笔者认真分析沙河灌区存在的主要问题后,结合实际工程实际从完善灌溉建筑物系统、输水工程、田间灌水技术、用水管理到作物栽培提出了以下全方位的节水措施。
(1)灌溉建筑物系统完善方面,输浚清淤后衬砌沟渠以防渗;新建泵站27座装机43台2613千瓦,维修泵站69座114台4895kW,拆除重建泵站41座计70台3095kW;新建、拆建、维修中沟排水闸分别为33座、3座、12座,新建退水闸7座、节制闸6座,维修支渠首闸4座、防倒灌闸28座;新建中、小沟交通桥分别为176座、1016座,新建大、中、小沟涵洞分别为4座、60座、479座;建立灌区自动化监测管理系统,并且推广田间量水设施,从而完善灌排系统。
(2)在输水环节上,由土渠输水改为防渗明渠输水。这样,一方面大幅度减少输水损失,另一方面,又避免渠道塌方、淤塞,年年清淤,造成人力、财力的浪费,同时,也节省大量的耕地。采取衬砌防渗技术把渠系水利用系数由原来的0.48提高到0.65。
(3)在田间灌水技术方面,采用比较成熟又简单易行的节水灌溉技术。对水稻采用了“浅湿”灌溉技术,节水高产水稻控灌技术等。对小麦、玉米、油菜等旱作物,推广沟灌、畦灌技术。对蔬菜等经济作物,根据经济作物的种植规模和经济效益情况,适当发展比较先进的喷微灌,节水、增产、节地、省工,进一步提高经济效益。
(4)在农业措施方面,搞好土地平整的基础上,推广水稻肥床旱育,薄膜覆盖栽培、塑盘育苗等技术,尤其是秸秆还田措施的长期应用,一方面减少株间蒸发,另一方面增加土壤有机质,改善土壤质地,提高土壤肥力。
(5)在管理措施方面,加强用水管理,在搞好灌区量水设施配套的基础上,逐步以按方收费的方法替代按亩平摊收费的方法,以提高广大农户节约用水的积极性和自觉性。同时,健全灌区管理组织,建立用水户协会,严格执行计划用水、节约用水和定额供水,实行小型水利工程和用水管理的承包责任制。
根据拟定的作物种植结构,采取以上工程措施与非工程措施后,对近期水平年2010年和远期水平年2020年做了供需水平衡分析,具体计算结果见表3-2和表3-3。
表3-2 2010水平年水资源供需平衡分析表 单位:万m3
年 型 可利用水资源量 总需水量 余缺水量
平水年(p=50%) 20901 16182 +4719
设计干旱年(p=75%) 19325 18327 +998
特干旱年(p=95%) 18520 23545 -5025
表3-3 2020水平年水资源供需平衡分析表 单位:万m3
年 型 可利用水资源量 总需水量 余缺水量
平水年(p=50%) 22102 16653 +4979
设计干旱年(p=75%) 20081 18613 +1468
特干旱年(p=95%) 19345 23648 -4303
由表3-2和表3-3可以看出,规划水平年2010年与2010年的平水年与设计干旱年供大于需,由于种植结构的调整与灌水系统的完善程度不同致使2020年的节水效果更加明显。
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zjg728
2007年06月22日 13:02:58
3楼
做项目本子,水资源平衡分析是很重要的一节,但有一个问题就是基础资料少,没有长期的系列资料,导致平衡不平或不符合要求,水利部农村水利司、中国灌溉排水发展中心编制的《灌区节水改造规划编写指南》很有实用价值,有兴趣的话,可以一阅
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山水之间
2007年06月23日 10:49:32
4楼
其实从两表中可能看出该地区只要合理安排并不缺水只有在特干旱年才表现出缺水.
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maccolyh
2009年06月02日 21:48:54
5楼
不错~~很值得看的资料!!
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dtxkfb
2009年08月20日 16:11:42
6楼
不错~~很值得看的资料!!谢谢
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