某灌区水土资源平衡.docx

1、某灌区水土资源平衡4、灌区水供需平衡分析及水质分析4.1 灌区现状年水供需平衡分析4.1.1 灌区水资源1.灌区降雨及地表径流*灌区地处北亚热带北部边缘，位于南阳盆地温暖半湿润区的西北部，属于亚热带季风型大陆性气候，气候温和，雨量适中，光照充足，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、无霜日数减少。主导风向为东北风，流域内多年平均降雨量为850mm，降雨年内、年际分布不均，降水量多集中在7、8、9三个月，占全年降雨的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*水利工程水文计算常用图，由径流等值线图查得灌区径流特征值：灌区内P=75

2、%年份径流深为145mm，P=50%年份径流深为220mm。灌区总土地面积为126.7km2，由此计算得灌区75%年份地表水资源量为1840万m3，50%年份地表水资源量为2780万m3。2.*水库*水库位于*县*支流*河上，属长江流域*水系，控制流域面积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，岩石裸露，土层贫瘠，仅少数山坡为幼小松林覆盖；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士陵水库和刑川水库，两座水库均为中型，控制流域面积40 km2，总库容2572万m3；*境内有六座小型水库，总汇流面积22.

3、8 km2。上述8座水库总汇流面积62.8 km2，占*水库坝址以上丑河总流域面积的61.56。根据*水库19742000年入库径流资料系列（见表4-1），水库多年平均径流量为4994万m3，其中1996年最大为10751万m3，1986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，变差系数Cv=0.62，离差系数Cs=2Cv。75%年份入库径流量为0.5549942747万m3。*水库19742001年入库水量统计计算表表4-1序号年份入库水量(万m3)年份入库水量(万m3)经验频率P(%)1197451361996107513.621975894720009511

4、7.13197653611984929710.74197757741975894714.35197831881998861917.96197947641989834621.47198037401991811625.08198127711983606028.69198248711977577432.110198360601976536135.711198492971987535439.312198522991974513642.91319864891982487146.414198753541979476450.015198816931994451853.61619898346198037405

5、7.117199035981990359860.718199181161978318864.319199219171997312567.920199325841995287471.421199445181981277175.022199528741993258478.6231996107511985229982.124199731251992191785.725199886191988169389.326199911671999116792.92720009511198648996.4合计134870Cv=0.58平均4994Cs=2Cv*水库是于1958年冬季动工兴建，主体工程与1972年3

6、月竣工的一座中型水库，工程等别为等，主要建筑物级别为3级，兴利水位138.70m，兴利库容4335万m3；设计洪水标准取为50年一遇，相应库容6549万m3；校核洪水标准取为5000年一遇，相应库容8736万m3；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。根据2001年9月我院编制*县*水库大坝安全鉴定报告及省水利厅、水利部大坝安全管理中心的鉴定意见和核查意见，于2002年1月份又编制了*县*水库除险加固工程初步设计报告，以全面彻底消除工程安全隐患为目标，在保证水库安全的前提下，进行兴利调节计算和洪水调节演算，结合工程现状，使水库工程效益恢复

7、原规划指标，水库调洪演算以139.50m为起调水位，提高兴利效益，确保水库安全，摘掉三类坝病险水库帽子。现状情况下，*水库兴利水位138. 70m，兴利库容4335万m3，*灌区有可灌溉面积7.5万亩，主要依靠*水库及拦蓄地表径流供给。目前，*水库正在进行除险加固，兴利水位抬高0.8m,兴利库容增加659万m3,增加蓄水库容，提高调节能力。3.地下水灌区地下水资源是指逐年得到更新补充的浅层地下水量，地下水资源量可根据水均衡原理求得。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灌溉渗漏补给量。根据省地矿局对南阳地下水储量的划分，灌区岗丘属3-1*岗丘区，地下水可

8、采模数为3.95万m3/年km2，埋深在5580m。根据该资料划分计算灌区地下水资源可开采总量为483万m3。4.1.2 现状工程可供水量1. *水库*水库现状兴利水位138.70m，兴利库容4335万m3，但是作为病险严重的水库，水库多年来一直低水位运行，限制了水库效益的发挥。若按最高兴利水位137.0m计算，相应水库库容3582万m3，扣去蒸发、渗漏损失及向油田年供水500万m3，水库年供水能力约在2670万m3左右。2.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灌溉弃水，现主要为人畜生活用水及乡村企业用水补充水源。根据历年蓄水及供水资料分析，p

9、=75%年份260座塘堰坝累计可供水量为156万m3。3.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管理条件的限制，效益面积衰减很多。据调查2002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。4.1.3 灌区现状用水量4.1.3.1 农业灌溉用水1.现状作物种植结构 现状年灌区主要作物有小麦、玉米、水稻、棉花、油料等。种植比例为：小麦70、玉米30、水稻30、棉花20、其它25，复播指数为1.75。2.现状年灌溉情况 由于目前灌区尚未完成全部配套，未达到设计控制面积，多年均实际灌溉面积5万亩左右，加之灌区受工程条件和管

10、理条件的制约，用户普遍担心下次用水没有保证，故只要有条件的就尽可能多灌水，灌水时普遍存在浪费严重现象。现状年灌溉情况如表4-2。现状年灌水情况表表4-2作物小麦水稻 玉米棉花其它备注种植比例（）7030302025175净灌溉定额（m3/亩）12053610010060灌水次数210221毛灌溉定额（m3/亩）240.01072.0200.0200.0120.0毛灌溉综合定额（m3/亩）619.6实灌面积用水量（万m3）29744.8设计面积用水量（万m3）650610.5注：现状年灌溉水利用系数0.5。3 现状年农业灌溉用水量从现状年灌水情况可以看出，现状年实际灌溉面积仅4.8万亩，不及设计

11、灌溉面积的50，用水量即接近3000万m3。按照这种灌溉情况推算，灌区设计面积10.5万亩时，需要用水6506万m3。4.1.3.2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。现状年农村人口6.9万人，人均用水量50L/d，农村人口生活用水为125.9万m3。现状年大牲畜3.3万头，小牲畜7.5万头，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，小牲畜年用水量为55.8万m3。因此，现状年灌区内人、畜生活用水总量为241.9万m3。4.1.3.3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

12、总产值280万元，按照单位产值耗水量120m3/万元计，灌区乡村企业现状年总需水量3.4万m3。4.1.4灌区现状年水供需平衡分析灌区现状年水供需情况见表灌区现状年水供需情况表可供水量（万m3）水库供水地表径流地下水合计备注26701562643090用水量（万m3）灌溉用水人畜用水工业用水2974241.93.43219.3缺水量129万m3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4.8万亩计，若按这种情况推算整个灌区的10.5万亩耕地上去，缺水量将达到3760万m3。分析原因，主要是水库供水有限而农业灌溉用水损失浪费过多造成的，因此，对农业灌溉用水

13、量进行调整，势必从两个方面入手，一是加强田间灌溉管理，节约用水，减少水量浪费；二是对工程设施进行技术改造， 特别是对骨干工程进行改造，减少渠系输水损失。4.2 灌区设计水平年水供需平衡分析4.2.1国民经济发展预测4.2.1.1经济发展状况及预测*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，控制灌溉面积10.5万亩。现状年(2002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。根据19902002年国民经济统计资料，人口自然增长率多年平均为7.3，随着农业经济的快速增长，人民物

14、质文化生活水平的提高，计划生育政策的落实，人口自然增长率会逐渐降低，按20022010年期间人口平均增长率5.0计算，则2010年灌区总人口为 7.2万人。岗丘区农田灌溉后，粮食及经济作物产量大幅度提升，畜牧业得到快速发展，以大牲畜年增长率2.0%、小牲畜年增长率2.5%计算，到2010年大、小牲畜分别达到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2010年乡镇企业工业产值可达1050万元。4.2.1.2灌区建设计划*灌区设计灌溉面积10.5万亩，现有效灌溉面积7.5万亩，计划新建灌溉面积3.0万亩，改善灌溉面积1.9万亩。该灌区以干、支

15、渠道等骨干工程防渗除险、节水改造建设为基础，通过田间工程配套，恢复设计灌溉面积，解决灌区农业灌溉用水问题，提高灌水保证率和灌区排水能力，为灌区农业综合开发提供水源保证，以推进灌区农业产业化和农村现代化进程。该项目的建设目标是用两年时间改造完善干渠一条，长24.5km，自流支渠4条，长28km，提灌支渠2条，长7.8km。改建维修管理工程6处，面积1200m2。4.2.2灌溉制度4.2.2.1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

16、述其生育阶段及需水特性。农作物的生育阶段表表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10.185.31227棉花春播移栽之后5.2010.13147玉米夏播全生育期6.109.991水稻夏播插秧之后6.119.201021.小麦小麦于秋冬播种，第二年夏初收割，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若干生育阶段。冬小麦生育期内总需水量约400600mm，其中叶面蒸腾量约占总需水量的60%70%，棵间蒸发量约占30%40%。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

17、水规律大致可以划分为下列三个阶段：播种至返青阶段：包括从播种出苗、冬前分蘖、越冬至来年返青期。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高峰。进入越冬期后，气温低，麦苗小，日需水量达最低值。来年返青后日需水量又随气候变暖，从植株生长逐渐增加，该阶段日需水量都小于0.6mm，拔节至抽穗阶段：历时天数约占总生长天数的15%。这一阶段气温日益升高，是小麦进入营养生长与生殖生长并进，茎、叶、穗迅速成长壮大时期，生活力旺盛，叶面蒸腾强，是小麦需水临界期，该阶段虽历程短，但日需水量最高，一般日需水量2.2mm左右。抽穗后至成熟阶段：历时天

18、数约占总生长天数的15%，这一阶段气温比前两阶段更高，营养物质主攻籽粒，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，而且逐渐减小，一般日需水量小于1.7mm。对冬小麦的试验资料分析表明，其需水情况见表4-5。冬小麦日需水量统计表表4-5生育阶段阶段需水量(m3/亩)日平均需水量(m3/亩)模系数(%)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

19、，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，抽穗开花期达最高峰，抽雄穗前10天和以后20天左右的时期是玉米的需水临界期，到灌浆期仍需较多的水分，蜡熟期以后才显著减少。玉米各生育阶段需水量见表4-6。玉米日需水量统计表表4-6生育阶段需水量(m3/亩)占总需水量(%)天数（d）日需水量(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

20、45.7019.17222.08蜡熟收获18.907.93121.58合计238.39100.00912.623.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，五月上旬进行移栽，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密切，依照试验资料，棉花日需水量、阶段需水量如表4-7所示。棉花阶段需水量表表4-7生育阶段日需水量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备注（m3/亩）（）（）（）未计苗期需水移栽现蕾0.51.51580901020现蕾开花1.52.5152045554555

21、开花吐絮2.53.0456525307075吐絮以后2.0以下1020455545554.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”，可见水稻在本区的普遍程度。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，更重要的是能创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。水稻需水量因栽培季节、地 类型、栽培措施、管理方法不同而差异很大，见表4-8。表4-8水稻生育期蒸腾量mm蒸

22、发量mm腾发量mm渗漏量mm总计mm6.119.20330-400180-290510-69071-9380-2807-29550-970水稻蒸腾强度随绿叶面积的逐渐增大而增加，到成熟期又随叶片枯萎而减小，蒸腾强度高峰期出现在孕穗到抽穗期，蒸腾程度大小变化规律，基本上反映了水稻的需水规律，本区水稻腾发强度较大，高峰期（孕穗开花期）日需水量可达5.57.2mm/d，之后下降较快。腾发量约占总需水量的80%左右。4.2.2.2灌溉制度优化分析*县*灌区原设有灌溉试验站，但由于经费不足，正常运行不到3年时间，数据不完善，所测资料基本无使用价值。本次灌溉制度分析利用清河昝岗雨量观测资料及唐白河流域鸭河

23、口灌区的试验成果作类比分析。1. 作物的种植比例根据灌区实际情况，并结合*县“十五计划”和灌区各乡镇的社会发展规划，确定设计水平年代表作物为：小麦、玉米、棉花、水稻，相应种植比例为：小麦75%，玉米55%，棉花30%，水稻25%，复播指数185%。2.各种代表作物的灌溉定额及灌水定额：根据*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情况比较接近，见表4-9。主要农作物所需降水指标及本区降水鉴定表表4-9农作物时段（月/日）所需降水量指标（mm）本区历年降水量均值（mm）满足指标的保证率（）冬小麦全生育期10.185.31210347100关键需水时段2

24、.113.101227.777关键需水时段4.215.208098.573水稻全生育期6.119.20450547.159关键需水时段6.117.1012218568关键需水时段7.117.30121118.541玉米全生育期6.119.103655475.773关键需水时段7.218.2018814836从上表可以看出，*县几种主要农作物生育期内的降水量是比较充足的。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，需进行灌溉补充，分述如下：(1)冬小麦：冬小

25、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，部分降水不足年份，可以从其它时段降水中得到补充，灌水仅起补充作用，主要用来弥补降水不足引起的短历时旱情。故小麦呈生育期较长，但灌溉定额并不大，湿润年份70-80m3/亩，干旱年份80-90m3/亩，相应灌水定额湿润年份35-40 m3/亩，干旱年份40-45 m3/亩。(2)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少要有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，要有150mm的雨量。本灌区伏旱期雨量

26、不足，需要进行灌溉。湿润年份70-80m3/亩，干旱年份80-90m3/亩，相应灌水定额湿润年份35-40 m3/亩，干旱年份40-45 m3/亩。(3)棉花：从气候生态上讲*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，本区棉田灌水一定要坚持适时适量原则，并且注意排水，达到以水促肥，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%年份棉花灌溉定额为80-90m3/亩，正常年份60-70m3/亩，相应灌水定额分别为40-45m3/亩、30-35m3/亩。(4)水稻：水稻单位面积耗水量较大，因而是节

27、水灌溉中突出的重点，也是最具有节水潜力的农作物。自上世纪90年代以来，在水稻节水灌溉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：水稻以勤水浅灌为主， 分蘖后期可以按田间湿润直至晒田标准控制，中后期的灌水也可以大幅度减少，本次水稻灌溉制度优化时，既考虑了本区高产丰产的灌溉经验，同时也借鉴了水稻节水灌溉方面的先进成果，比如水栽旱管、薄浅湿晒、控制灌溉等。实际上，本区水稻灌溉实践上，长期习惯于深水灌溉，不纯粹是技术上的原因，也有其它方面的顾忌，比如，农业供水保证率不高，灌排体系不畅顺，用水时担心下次受旱的风险，故而次灌水较多，以求农业生产上的安全等。3.设计灌水率及农业灌溉用水量根

28、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：式中：q 净灌水率 (m3/s万亩)； M 灌水定额 (m3/亩)； T 灌水延续天数 (天)；作物种植比例 ( % ); 系数，灌区每天引水24小时，持续灌水，=8.64。作物次灌水的净灌水率（已经修正）见表4-10。*灌区75年份设计灌水率（修正）计算表表 4-10作物作物种植比例(%)灌水次数灌水定额（m3/亩）灌水定额（mm）灌水时间(月日)持续时间（天）灌水率q（m3/s万亩）始终小麦751452月26日3月5日70.558752404月27日5月4日70.49685棉花301407月8日7月15日80.174302408月17日8月24日70.19880玉米551407月8日7月15日8