高標準基本農田整理專案水資源平衡研究論文
高標準基本農田整理專案水資源平衡研究論文
目前，關於水庫、大型灌區的水量平衡分析及資料庫較為完善，隨著近幾年土地整理專案的深入，區域性新增耕地擴大，對灌區的供水量產生較大影響[1，2]。以青海省都蘭縣察汗烏蘇河流域高標準基本農田整理專案為例，對研究區的供水現狀進行詳細調查，預測水量供需，引入生態基流資料，計算並分析研究區域的需水量，對實現研究區域水資源可持續利用，保證該區域土地整理專案可持續發展具有重要意義。
1 研究區概況
1.1 自然條件
研究區位於都蘭縣城北郊約15 km處的下灘村至西河灘下村之間，109國道西側。區內僅發育有Ⅰ級階地，地處衝洪積平原。研究區南北長約4.8 km，東西長約5.5 km，地勢總體東南高，西北低，自然坡降在1/100左右，海拔3 079.68～3 135.98 m，相對高差56.30 m，地勢較平坦。研究區現有耕地土壤型別主要分為2個亞類，即棕鈣土、鹽化棕鈣土。表土層0.5～2.5 m。經土質分析，速效磷含量為2.97～6.27 mg/kg，速效鉀含量為87.67～215.67 mg/kg，有機質含量為8.23～12.14 g/kg；土壤pH平均8.69，屬鹼性。分析表明，區內土壤總體養分較差，基本適宜種植農作物。新增地主要位於下灘村，現狀均為其他草地，土質為礫石地，部分割槽域需要覆土後方可種植農作物。
1.2 水文與水文地質
研究區屬於都蘭縣察汗烏蘇河流域，該河流為內陸河，屬北霍布遜湖水系，位於柴達木盆地東部，發源於鄂拉山西南源的約根湧，河源海拔5 092 m，由東南流向西北，進入盆地後，與夏日老哈河匯合後，以潛流的形式注入柴達木河，最後流入北霍布遜湖。該河流是以降水補給為主，融冰融雪補給為輔的混合型補給河流，河床為沙礫石。察汗烏蘇河長123 km，落差1 912 m，河道平均坡降12.6‰。
1955年8月在察汗烏蘇河干流曾設有察汗烏蘇水文站，該站位於都蘭縣察汗烏蘇關角牙合，距上游河源123 km，控制流域面積4 384 km2，有1956～1967年的徑流和洪水資料。1968年1月1日基本測流斷面向下遊遷移約1 000 m，設臨時斷面觀測，同年3月14日又向下遊遷移約800 m至察汗烏蘇大橋處，即該站距上游河源124.8 km，控制流域面積 4 434 km2，有1968～2007年的徑流資料（包含1968～2007年渠道引水流量）。察汗烏蘇水文站與察汗烏蘇河流域各引水口的位置關係詳見圖1。
依據《都蘭縣哇沿水庫可行性研究報告》中設計年徑流分析成果，察汗烏蘇水文站不同頻率（P=25%、50%、75%）的年徑流成果Qp分別為6.28、4.52、3.18 m3/s，得出察汗烏蘇水文站多年平均流量Q為4.92 m3/s，同時確定Cv=0.50、Cs/Cv=2.00，多年平均徑流量為1.55億m3，根據察汗烏蘇水文站不同頻率的年徑流成果得出年徑流月分配成果，見表1。
區內地下水為鬆散巖類孔隙水，主要賦存於河漫灘、Ⅰ級階地中，為潛水，含水層為卵礫石層，厚度5～30 m。孔隙水主要為河水與大氣降水及冰雪融水補給，潛水埋深一般0.1～1.3 m，卵礫石層中孔隙潛水水量豐富。研究區內灌溉水源全部為地表水，可不考慮地下水的影響。
2 研究區水資源分析
2.1 供水量分析
研究區灌溉水源為察汗烏蘇總乾渠，屬察汗烏蘇河流域。本次水資源分析主要是針對察汗烏蘇河全流域內水資源進行平衡分析。察汗烏蘇河全流域現狀供水工程主要有西臺水庫、熱水灌區引水口、察汗烏蘇灌區引水口和察汗烏蘇城鎮引水口；供水區域分為熱水灌區、察汗烏蘇灌區和察汗烏蘇鎮城鎮，並將供水區域分為一區、二區和三區共3個區，其中三區包括察汗烏蘇河流域高標準基本農田整理專案（一期）、察汗烏蘇河流域土地開發整理（佔補平衡）專案一期和察汗烏蘇河流域高標準基本農田整理專案（二期），各區水土資源分析時採用相同的徑流資料、灌溉設計標準、用水定額及灌溉制度，各區灌溉面積統計結果見表2。
由表2可知，近10年新增耕地已達18%，由於流域灌溉期用水都比較緊張，需要透過各行業節水來減少水資源的浪費，為此規劃水平年需量對灌區進行節水改造。透過灌區節水改造、改進作物灌溉制度、推廣先進灌水技術和調整農業種植結構等措施提高農業灌溉水利用係數。基準年2010年供水工程可供水量見表3，規劃水平年2020年供水工程可供水量見表4。由表3、表4可知，基準年2010年供水工程可供水量約為5 800萬m3，規劃水平年2020年供水工程可供水量約為4 667萬m3，西臺水庫可調節供水量為200萬～800萬m3。
依據國家《灌溉與排水工程設計規範》（GB50288-2012）[3]灌溉工程的規定，乾旱地區灌溉設計保證率為50%～75%，根據研究區的水文氣象、水土資源、作物組成、灌水方法等因素，灌溉保證率為75%。
2.2 需水量預測
根據察汗烏蘇河流域國民經濟現狀和《海西州國民經濟和社會發展“十二五”規劃》、《都蘭縣國民經濟和社會發展“十二五”規劃》等相關的規劃成果對經濟社會發展指標進行預測[4]。察汗烏蘇河流域不同水平年各分割槽國民經濟發展指標預測結果見表5、表6。由表5、表6可知，①人口。2010年察汗烏蘇河流域總人口為2.92萬人，擬定2010～2020年人口年均增長率為9‰，經預測2020年察汗烏蘇河流域總人口為3.16萬人。②國民經濟指標。2010年察汗烏蘇河流域第一產業增加值為8 095萬元，工業增加值為13 342萬元，建築業增加值為3 617萬元，第三產業增加值為3 935萬元。擬定2010～2020年第一產業、工業、建築業、第三產業增加值年均增長率分別為8%、12%、9%、9%，經預測2020年察汗烏蘇河流域第一產業增加值為14 882萬元，工業增加值為31 460萬元，建築業增加值為7 230萬元，第三產業增加值為7 866萬元。2020年察汗烏蘇河流域國內生產總值達到61 439萬元。③農業發展指標。察汗烏蘇河流域氣候條件相對較好，具有進一步發展農業的資源優勢和物質基礎。考慮到對土地資源的合理利用和水資源條件，因地制宜地發展農業灌溉面積，進而提高農牧民收入。2010年察汗烏蘇河流域農田灌溉面積約0.42萬hm2；到規劃水平年2020年，察汗烏蘇河流域農田灌溉面積發展到約0.49萬hm2（包括一期整理和開發）。④牲畜。2010年察汗烏蘇河流域牲畜數量為10.488萬頭（只），考慮到流域承載能力和生態狀況，規劃水平年流域牲畜數量將維持現狀，不再增加。
1）居民生活。2010年城鎮居民生活毛用水定額為120 L/人·d，農村生活用水定額為50 L/人·d；根據《青海省用水定額》（青政辦[2009]62號），擬定2020年城鎮居民生活需水毛定額為140 L/人·d，農村生活需水定額為70 L/人·d（表7、表8）。
2）工業、建築業、第三產業需水定額。2010年工業、建築業、第三產業萬元增加值取水定額分別為160、40、38 m3/萬元。根據《青海省用水定額》（青政辦[2009]62號）及相關規劃，擬定2020年工業、建築業、第三產業萬元增加值定額分別為100、18、16 m3/萬元（表7、表8）。
3）農業灌溉定額。根據《灌溉與排水工程設計規範》（GB50288-2012）、現場實地調查和《青海省用水定額》（青政辦[2009]62號）等，整個察汗烏蘇河流域內的土地開發整理專案採用相同的灌溉制度，灌溉設計保證率採用75%。
現狀年灌溉水利用係數為0.4，依據《灌溉與排水工程設計規範》（GB50288-2012），確定規劃水平年灌溉水利用係數為0.6[4，5]，具體灌溉制度見表9。
由表9可知，區內綜合公頃淨灌水量為5 077.5 m3，最大淨灌水率為190 m3/s·hm2，設計淨灌水率為182.67 m3/s·hm2。根據灌溉水利用係數計算得出，基準年2010年和規劃水平年2020年農業灌溉毛定額分別為12 690、8 460 m3/hm2。
4）牲畜定額。根據《青海省用水定額》（青政辦[2009]62號），大牲畜定額擬定為40 L/頭（只）·d，小牲畜為10 L/頭（只）·d（表7、表8）。
5）國民經濟需水量。根據經濟社會發展指標和需水定額，計算基準年2010年和規劃年2020年需水量，其中察汗烏蘇河流域土地開發整理專案（一期）耕地總面積約0.16萬hm2已於2013年3月開工，目前正在實施，本次水量計算時將其視為已整理區，灌溉水利用係數按0.6進行計算[6，7]。經計算，基準年2010年察汗烏蘇河流域總需水量為5 800.74萬m3，其中居民生活需水量為74.50萬m3，城鎮生產（包括工業、建築業、第三產業）需水量為242.89萬m3，農業灌溉需水量為5 442.12萬m3，牲畜需水量為41.23萬m3。2020年察汗烏蘇河流域總需水量為4 666.95萬m3，其中居民生活需水量為103.85萬m3，城鎮生產（包括工業、建築業、第三產業）需水量為340.19萬m3，農業灌溉需水量為4 181.72萬m3，牲畜需水量為41.22萬m3（表10、表11）。
2.3 水資源供需分析
基準年2010年水資源供需分析見表12。由表12可知，在保證察汗烏蘇河控制斷面（察蘇水文站）河道生態需水的情況下，察汗烏蘇河流域國民經濟用水基本得到滿足，僅在7月出現缺水現象。
在現有工程條件下，實施節水措施後，2020年水資源供需分析見表13。由表13可知，2020年在保證察汗烏蘇河控制斷面（察蘇水文站）河道生態需水的情況下，察汗烏蘇河流域國民經濟用水得到滿足。
3 小結與討論
透過上述水資源供需平衡分析可知，察汗烏蘇河流域在75%天然來水年份2020年總需水量為 4 666.95萬m3，其中農業灌溉需水量為4 181.72萬m3。結果表明，西臺水庫和引水工程的可供水量為4 666.95萬m3，可供水量滿足研究區專案實施後的'農業灌溉需水量，水資源供需平衡。本研究水資源供需平衡分析方法是基於人工資料試算的一種最佳化模型，此方法便於處理資料量適中的土地整理專案水資源分析。後續工作將繼續深化對水資源供需平衡基礎理論與技術的研究，提出更加實用的水資源供需平衡模型，為專案規劃設計提供參考。
參考文獻：
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