高标准基本农田整理项目水资源平衡分析

      目前，關于水库、大型灌区的水量平衡分析及数据库较为完善，随着近几年土地整理项目的深入，局部新增耕地扩大，对灌区的供水量产生较大影响[1，2]。以青海省都兰县察汗乌苏河流域高标准基本农田整理项目为例，对研究区的供水现状进行详细调查，预测水量供需，引入生态基流数据，计算并分析研究区域的需水量，对实现研究区域水资源可持续利用，保证该区域土地整理项目可持续发展具有重要意义。 
　　1 研究区概况 
　　1.1 自然条件 
　　研究区位于都兰县城北郊约15 km处的下滩村至西河滩下村之间，109国道西侧。区内仅发育有Ⅰ级阶地，地处冲洪积平原。研究区南北长约4.8 km，东西长约5.5 km，地势总体东南高，西北低，自然坡降在1/100左右，海拔3 079.68～3 135.98 m，相对高差56.30 m，地势较平坦。研究区现有耕地土壤类型主要分为2个亚类，即棕钙土、盐化棕钙土。表土层0.5～2.5 m。经土质分析，速效磷含量为2.97～6.27 mg/kg，速效钾含量为87.67～215.67 mg/kg，有机质含量为8.23～12.14 g/kg；土壤pH平均8.69，属碱性。分析表明，区内土壤总体养分较差，基本适宜种植农作物。新增地主要位于下滩村，现状均为其他草地，土质为砾石地，部分区域需要覆土后方可种植农作物。 
　　1.2 水文与水文地质 
　　研究区属于都兰县察汗乌苏河流域，该河流为内陆河，属北霍布逊湖水系，位于柴达木盆地东部，发源于鄂拉山西南源的约根涌，河源海拔5 092 m，由东南流向西北，进入盆地后，与夏日老哈河汇合后，以潜流的形式注入柴达木河，最后流入北霍布逊湖。该河流是以降水补给为主，融冰融雪补给为辅的混合型补给河流，河床为沙砾石。察汗乌苏河长123 km，落差1 912 m，河道平均坡降12.6‰。

       1955年8月在察汗乌苏河干流曾设有察汗乌苏水文站，该站位于都兰县察汗乌苏关角牙合，距上游河源123 km，控制流域面积4 384 km2，有1956～1967年的径流和洪水资料。1968年1月1日基本测流断面向下游迁移约1 000 m，设临时断面观测，同年3月14日又向下游迁移约800 m至察汗乌苏大桥处，即该站距上游河源124.8 km，控制流域面积 4 434 km2，有1968～2007年的径流资料（包含1968～2007年渠道引水流量）。察汗乌苏水文站与察汗乌苏河流域各引水口的位置关系详见图1。 
　　依据《都兰县哇沿水库可行性研究报告》中设计年径流分析成果，察汗乌苏水文站不同频率（P=25%、50%、75%）的年径流成果Qp分别为6.28、4.52、3.18 m3/s，得出察汗乌苏水文站多年平均流量Q为4.92 m3/s，同时确定Cv=0.50、Cs/Cv=2.00，多年平均径流量为1.55亿m3，根据察汗乌苏水文站不同频率的年径流成果得出年径流月分配成果，见表1。 
　　区内地下水为松散岩类孔隙水，主要赋存于河漫滩、Ⅰ级阶地中，为潜水，含水层为卵砾石层，厚度5～30 m。孔隙水主要为河水与大气降水及冰雪融水补给，潜水埋深一般0.1～1.3 m，卵砾石层中孔隙潜水水量丰富。研究区内灌溉水源全部为地表水，可不考虑地下水的影响。 
　　2 研究区水资源分析 
　　2.1 供水量分析 
　　研究区灌溉水源为察汗乌苏总干渠，属察汗乌苏河流域。本次水资源分析主要是针对察汗乌苏河全流域内水资源进行平衡分析。察汗乌苏河全流域现状供水工程主要有西台水库、热水灌区引水口、察汗乌苏灌区引水口和察汗乌苏城镇引水口；供水区域分为热水灌区、察汗乌苏灌区和察汗乌苏镇城镇，并将供水区域分为一区、二区和三区共3个区，其中三区包括察汗乌苏河流域高标准基本农田整理项目（一期）、察汗乌苏河流域土地开发整理（占补平衡）项目一期和察汗乌苏河流域高标准基本农田整理项目（二期），各区水土资源分析时采用相同的径流资料、灌溉设计标准、用水定额及灌溉制度，各区灌溉面积统计结果见表2。 
　　由表2可知，近10年新增耕地已达18%，由于流域灌溉期用水都比较紧张，需要通过各行业节水来减少水资源的浪费，为此规划水平年需量对灌区进行节水改造。通过灌区节水改造、改进作物灌溉制度、推广先进灌水技术和调整农业种植结构等措施提高农业灌溉水利用系数。基准年2010年供水工程可供水量见表3，规划水平年2020年供水工程可供水量见表4。由表3、表4可知，基准年2010年供水工程可供水量约为5 800万m3，规划水平年2020年供水工程可供水量约为4 667万m3，西台水库可调节供水量为200万～800万m3。 
　　依据国家《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-2012）[3]灌溉工程的规定，干旱地区灌溉设计保证率为50%～75%，根据研究区的水文气象、水土资源、作物组成、灌水方法等因素，灌溉保证率为75%。 
　　2.2 需水量预测 
　　根据察汗乌苏河流域国民经济现状和《海西州国民经济和社会发展“十二五”规划》、《都兰县国民经济和社会发展“十二五”规划》等相关的规划成果对经济社会发展指标进行预测[4]。察汗乌苏河流域不同水平年各分区国民经济发展指标预测结果见表5、表6。由表5、表6可知，①人口。2010年察汗乌苏河流域总人口为2.92萬人，拟定2010～2020年人口年均增长率为9‰，经预测2020年察汗乌苏河流域总人口为3.16万人。②国民经济指标。2010年察汗乌苏河流域第一产业增加值为8 095万元，工业增加值为13 342万元，建筑业增加值为3 617万元，第三产业增加值为3 935万元。拟定2010～2020年第一产业、工业、建筑业、第三产业增加值年均增长率分别为8%、12%、9%、9%，经预测2020年察汗乌苏河流域第一产业增加值为14 882万元，工业增加值为31 460万元，建筑业增加值为7 230万元，第三产业增加值为7 866万元。2020年察汗乌苏河流域国内生产总值达到61 439万元。③农业发展指标。察汗乌苏河流域气候条件相对较好，具有进一步发展农业的资源优势和物质基础。考虑到对土地资源的合理利用和水资源条件，因地制宜地发展农业灌溉面积，进而提高农牧民收入。2010年察汗乌苏河流域农田灌溉面积约0.42万hm2；到规划水平年2020年，察汗乌苏河流域农田灌溉面积发展到约0.49万hm2（包括一期整理和开发）。④牲畜。2010年察汗乌苏河流域牲畜数量为10.488万头（只），考虑到流域承载能力和生态状况，规划水平年流域牲畜数量将维持现状，不再增加。 
　　1）居民生活。2010年城镇居民生活毛用水定额为120 L/人·d，农村生活用水定额为50 L/人·d；根据《青海省用水定额》（青政办[2009]62号），拟定2020年城镇居民生活需水毛定额为140 L/人·d，农村生活需水定额为70 L/人·d（表7、表8）。 
　　2）工业、建筑业、第三产业需水定额。2010年工业、建筑业、第三产业万元增加值取水定额分别为160、40、38 m3/万元。根据《青海省用水定额》（青政办[2009]62号）及相关规划，拟定2020年工业、建筑业、第三产业万元增加值定额分别为100、18、16 m3/万元（表7、表8）。 
　　3）农业灌溉定额。根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-2012）、现场实地调查和《青海省用水定额》（青政办[2009]62号）等，整个察汗乌苏河流域内的土地开发整理项目采用相同的灌溉制度，灌溉设计保证率采用75%。 
　　现状年灌溉水利用系数为0.4，依据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-2012），确定规划水平年灌溉水利用系数为0.6[4，5]，具体灌溉制度见表9。

       由表9可知，区内综合公顷净灌水量为5 077.5 m3，最大净灌水率为190 m3/s·hm2，设计净灌水率为182.67 m3/s·hm2。根据灌溉水利用系数计算得出，基准年2010年和规划水平年2020年农业灌溉毛定额分别为12 690、8 460 m3/hm2。 
　　4）牲畜定额。根据《青海省用水定额》（青政办[2009]62号），大牲畜定额拟定为40 L/头（只）·d，小牲畜为10 L/头（只）·d（表7、表8）。 
　　5）国民经济需水量。根据经济社会发展指标和需水定额，计算基准年2010年和规划年2020年需水量，其中察汗乌苏河流域土地开发整理项目（一期）耕地总面积约0.16万hm2已于2013年3月开工，目前正在实施，本次水量计算时将其视为已整理区，灌溉水利用系数按0.6进行计算[6，7]。经计算，基准年2010年察汗乌苏河流域总需水量为5 800.74万m3，其中居民生活需水量为74.50万m3，城镇生产（包括工业、建筑业、第三产业）需水量为242.89万m3，农业灌溉需水量为5 442.12万m3，牲畜需水量为41.23万m3。2020年察汗乌苏河流域总需水量为4 666.95万m3，其中居民生活需水量为103.85万m3，城镇生产（包括工业、建筑业、第三产业）需水量为340.19万m3，农业灌溉需水量为4 181.72万m3，牲畜需水量为41.22万m3（表10、表11）。 
　　2.3 水资源供需分析 
　　基准年2010年水资源供需分析见表12。由表12可知，在保证察汗乌苏河控制断面（察苏水文站）河道生态需水的情况下，察汗乌苏河流域国民经济用水基本得到满足，仅在7月出现缺水现象。 
　　在现有工程条件下，实施节水措施后，2020年水资源供需分析见表13。由表13可知，2020年在保证察汗乌苏河控制断面（察苏水文站）河道生态需水的情况下，察汗乌苏河流域国民经济用水得到满足。 
　　3 小结与讨论 
　　通过上述水资源供需平衡分析可知，察汗乌苏河流域在75%天然来水年份2020年总需水量为 4 666.95万m3，其中农业灌溉需水量为4 181.72万m3。结果表明，西臺水库和引水工程的可供水量为4 666.95万m3，可供水量满足研究区项目实施后的农业灌溉需水量，水资源供需平衡。本研究水资源供需平衡分析方法是基于人工数据试算的一种优化模型，此方法便于处理数据量适中的土地整理项目水资源分析。后续工作将继续深化对水资源供需平衡基础理论与技术的研究，提出更加实用的水资源供需平衡模型，为项目规划设计提供参考。 
　　参考文献： 
　　[1] 董延军，王 琳，邹华志.水资源供需平衡理论技术与实践[M].北京：中国水利水电出版社，2013. 
　　[2] 徐 蕾，张中旺.基于全局主成分分析的汉江生态经济带水资源承载力研究[J].湖北农业科学，2015，54（18）：4459-4463. 
　　[3] GB 50288-2012，灌溉与排水工程设计规范[S]. 
　　[4] 郭友红，韩丽萍，李津立，等.曹妃甸湿地水资源平衡分析[J].湖北农业科学，2014，53（5）：1048-1050. 
　　[5] 陈 迟，邹自力.土地整理中的水资源分析——以高安市杨圩镇土地整理项目为例[J].安徽农业科学，2012，40（11）：6907-6908. 
　　[6] 唐海弢，陈天华，郑文刚.土壤墒情监测预报技术研究进展[J].灌溉排水学报，2010，29（2）：140-142. 
　　[7] 周先竹，胡正梅，杨文兵，等.湖北农业水资源的脆弱性分析与对策[J].湖北农业科学，2012，51（15）：3212-3215.