水资源平衡分析

1水资源平衡分析国家投资实施的土地开发整理项目，为了提高耕地质量，绝大多数都规划了灌溉工程。为此，这样的项目区地形图灌区必须进行水资源的平衡分析。灌区的水资源平衡分析，包含着水质、水量和水位等方面内容，水位的来用水平衡分析比较简单，经过对地形与取用水位相互关系的分析，结合取水工程的设置，划定出自流区和扬水区（扬程大小）即可。这里侧重讨论水量平衡分析的内容。灌区的水土资源平衡分析是根据水源来水过程和灌区用水过程进行的，这两个过程是逐年变化的，在规划设计时必须先确定用哪个年份的水源来水过程和灌区用水过程进行平衡计算，这个特定的水文年份叫设计典型年，简称设计年，而设计年又是根据灌溉设计标准确定的。一、灌溉设计标准选择设计年所依据的标准称为灌溉设计标准。它综合反映了水源对灌区用水的保证程度，关系到灌溉工程的规模、投资和效益。国标（GB50288-99）规定，设计灌溉工程时，应首先确定灌溉设计保证率，南方小型水稻灌区的灌溉工程也可按抗旱天数进行设计。（一）灌溉设计保证率1．定义：指灌区用水量在多年期间能够得到充分满足的机率，一般用得到满足的年数占总年数的百分率表示。它综合反映了用水和2来水两方面的情况。将多年（长系列）的年灌溉用水量按大小顺序排列，用数理统计方法计算并绘制年灌溉用水量频率曲线，在此曲线上选用的频率值即为灌溉设计保证率值。如灌溉设计保证率P＝80％，则表示频率P＝80％对应的灌溉用水量出现的机会为P＝80％，意味着每百年中有80年这样的年灌溉用水量可以得到保证，只有20年供水不足或中断，换一种说法（用重现期的语言）就是相当于平均每五年出现一次（五年一遇）供水不足或中断的情况。2．灌溉用水保证率的确定①国标（GB50288-99）规定：灌水方法地区作物种类灌溉设计保证率（％）地面灌溉干旱地区或水资源紧缺地区以旱作为主50－75以水稻为主70－80半湿润、半干旱地区或水资源不稳定地区以旱作为主70－80以水稻为主75－85湿润地区或水资源丰富地区以旱作为主75－85以水稻为主80－95喷灌、微灌各类地区各类作物85－95注：1、作物经济价值较高的地区，宜选用表中较大值；作物经3济价值不高的地区，可选用表中较小值。2、引洪淤灌系统的灌溉设计保证率可取30％－50％。②确定原则：低压管道输水灌区取大于75％丰水区比缺水区取值高些提水区比自流区取值高些大型灌区比小型灌区取值高些经济发达地区比经济后进区取值高些中远期（10－20年）工程比近期（10年以内）工程取值高些保证率取值过高，虽然保证率强，但是会使水源的灌溉能力不能充分发挥出来。反之，保证率取得过低，虽然可以扩大灌溉面积，但是保证性较差，使工程费用有不必要的增加。应当根据当地的经济条件、水源条件以及国家对当地农业生产的要求等因素综合确定。3、保证率用法，指在规划设计中如何体现选定的保证率值。由于年灌溉用水量值很难具有长系列的数值，所以灌溉设计保证率对应的设计年灌溉用水量值也不能由年灌溉用水量频率曲线上查得，可以就需要用以下方法选择设计年，进行年灌溉用水量计算。最常用的方法是按降雨量选择设计年法。介绍如下：由于：降雨量大，灌溉定额（用水量）就小，降雨量小，灌溉定额（用水量）就大，而：降雨量频率愈大，降雨量值愈小，灌溉用水保证率就愈大，降雨量频率愈小，降雨量值愈大，灌溉用水保证率就愈小，4可见：降雨量与灌溉用水量存在相关关系。可以近似的用降雨量频率曲线表灌溉用水量频率曲线。用降雨频率取代灌溉涉及保证率。即：中等年（降雨频率P＝50％相当灌溉设计保证率P＝50％）表示平均每两年中就有一年供水不足或中断。中旱年（降雨频率P＝75％相当灌溉设计保证率P＝75％）表示平均每四年中就有一年供水不足或中断。干旱年（降雨频率P＝85－90％相当灌溉设计保证率P＝85－90％）表示平均每6－10年中就有一年供水不足或中断。现降雨资料条件情况，具体做法有三：其一：按降雨量选择。把历年的年降雨量从大到小排列，进行频率计算，选择降雨频率和灌溉涉及保证率相同或相近的年份作为灌溉用水设计典型年。此法考虑年雨量的年内分配情况及对作物用水的影响，按此年份计算出来的灌溉用水量和作物实际要求的灌溉用水量往往差别较大。其二：按作物生育期雨量选择。统计历年主要作物生育期的降雨量，进行频率计算，选择设计年。此法能反映主要作物的用水要求，但仍未能解决作物生育期内降雨量的分配及对作物用水的影响，仍与实际有一定的差别。其三：按干旱年份雨量分配选择。对历史上出现旱情较重的一些年份雨量年内分配进行分析，选择对作物生长不利的雨量分配作为设计雨型。再按第一种方法确定设计5中降雨量，然后把设计中雨量按设计雨型进行分配，作为设计年的降雨过程。这是一种比较好的方法。除按降雨量选设计年外还有按灌溉定额、按用水来水选择设计年等方法，限于实用中资料来源困难，就不作介绍了。（二）抗旱天数：1．定义：指抗旱期间，每天消耗的水量（腾发量和水田渗漏量）乘以抗旱的天数，作为单位面积上灌溉用水量的计算标准，即单位面积上灌溉用水量W值以下式表示：tdeW式中de－抗旱季节平均日耗水量，mm/d。湖北：稻别早稻中稻单季晚稻双季晚稻(e+d)(mm/d)6－78－108－106－7生长天数(d)859513075浙江：土壤粘土壤土沙壤土(e+d)(mm/d)567南方许多省份e值、d值的实验资料可以对照选用。t－抗旱天数，d。2．标准：国标（GB50288-99）规定：单季稻灌区可用30－50d，双季稻灌区可用50－70d。经济发达6地区，可按上述标准提高10－20d。目前我国采用的抗旱天数为50－100d。丰水区和水稻为主的南方江苏、广东等省，多采用70－100d。缺水区和旱作为主的北方陕西、宁夏等省多采用60－90d。湖北：30－40天不下雨为小旱，约相当于灌溉设计保证率为50－70％，40－70天不下雨为中旱，约相当于灌溉设计保证率为70－80％，70－100天不下雨为大旱，约相当于灌溉设计保证率为80－95％。3．方法：灌溉库容＝抗旱期平均每天亩耗水量×灌溉亩数×抗旱天数灌溉定额＝抗旱期平均每天每亩耗水量×抗旱天数例：某水稻灌区1000亩，连续下雨期为4月16日至6月24日计70天。已知：泡田期耗水量为160mm，补水天数为抗旱天数减去10天，为60天，日均腾发量为5.2mm/d，日均渗漏量为3mm/d。求：所需灌溉定额（净）和相应库容（灌溉用水总量）大小。解：生长期降水量＝32.560＝492mm灌溉定额（净）＝49216032＝435m3/亩需灌溉库容＝1000435＝43.5万m37二、灌溉用水量：灌溉用水量的确定应该在灌区土地利用规划和作物种植结构设计的基础上进行。这里重点讨论总量值计算，基本不涉及用水过程。（一）灌溉原理：1．旱作物的灌溉定额如下式示：①生育期灌溉定额：KNNPEm002式中：m2－生育期灌溉定额，m3/亩E－生育期作物田间需水量，m3/亩《中国主要农作物需水量等值成图研究》给出了详尽的数值可供查用。P0－生育期有效降雨量，m3/亩P0＝P这里，P－对应灌溉设计保证率的生育期内降雨量，mm（1332mmm/亩）－降雨入渗系数一次降雨量（mm）55－5050－100100－150150－20001.00.80.750.70N0，N-播前和生育期末土壤耕作层（计划层）的储水量，m3/亩K－生育期内作物对地下水的利用量，m3/亩一般情况下，N0、N、K值均较小（占比重小），可忽略不计，则上式变为：02PEm8对于一种作物而言，其丰产的作物需水量（E）可以视为是固定的。如此，M值的大小随P0而变。②播前灌水定额：播前灌水定额如下式示：水土0max1667wwHm式中：m1-播前灌水定额，m3/亩土－土壤干密度，t/m3水－水的密度，t/m3H－计划湿润层，取0.8－1mmaxw,0w－田间持水率和播前土层内土壤含水率（占干土质量百分数）如此，旱作物的灌溉定额（M）如下式示：M=m1+m2我国北方地区几种主要旱作物的灌溉制度（调查）：作物生育期灌溉制度备注灌水次数灌水定额灌溉定额小麦3－640－80200－300干旱年份棉花2－430－4080－150玉米3－440－60150－2502．水稻的灌溉定额如下式示：①生育期灌溉定额：cpdetm29式中：m2－生育期灌溉定额，mmp－对应灌溉设计中保证率的生育期降雨量，mmc－生育期内排水量，mme－水稻的腾发量，mm/dd－水田的渗漏量，mm/dt－生育期累计时间，dt(e+d)－生育期内田间水量②泡田定额如下式示：111110'11000ptetshwwHm水土饱式中：m1’－泡田定额，mm饱w，0w－土壤饱和含水率和泡田前土壤含水率（以干土质量百分数计）土，水－饱和土层土壤干密度和泡田水的密度，t/m3h－插秧时要求的田面水层深度，mm；一般为30－50mms1－泡田开始时至插秧时稻田渗漏强度，mm/dt1－泡田期日期，de1－泡田期水田田面的蒸发强度，mm/dp1－泡田期降雨量，mm泡田定额可参考下表给出数值。单位：m3/亩10土壤类别地下水埋深22粘土和粘壤土50－80——中壤土和沙壤土70－10080－120轻沙壤土80－130100－160如此，水稻的灌溉定额（M’）如下式示：'2'1'mmM湖北省水稻泡田定额及生育期灌溉定额调查成果表（中等干旱年）单位：m3/亩项目早稻中稻一季晚稻双季晚稻泡田定额70－8080－10070－8030－60灌溉定额200－250250－350350－500240－300总灌溉定额270－330330－450420－580270－360这部分灌溉原理主要是讲述了灌溉制度及作物灌溉的有关概念。在计算灌溉定额时，注意不要漏掉播前灌水定额和泡田定额值。（二）灌溉用水量1．各种作物（水稻、小麦、玉米、棉花…）年灌溉用水总量（W）如下式示：水1...332211AMAMAMW=水1...332211AMAMAM11=水AMMM...332211=水综AM式中：M1，M2，M3…－单种作物（水稻、小麦、玉米…）的灌溉定额，m3/亩A1，A2，A3…－单种作物（水稻、小麦、玉米…）的种植面积，亩1，2，3…－单种作物（水稻、小麦、玉米…）的种植比A－灌区耕地面积，亩M综－各种作物的综合灌溉定额，m3/亩水－灌溉水利用系数田系水强制性规范规定：系－渠道（管道）系统水利用系数系统大型灌区（30万亩）中型灌区（30万亩）小型灌区（1万亩）井灌区渠道防渗管道输水系0.550.650.750.90.95田－田间水利用系数灌区种植作物水稻旱作物田0.950.9水－灌溉水利用系数灌区类型大型灌区中型灌区小型灌区井灌区喷灌、微灌区滴灌区水0.50.60.70.80.850.912井渠结合灌区：水这里：j，jw－井灌水利用系数和地下水用量，m3q，qw－灌溉水利用系数和地表水用量，m3w－井渠灌区总用水量，m3提示：A、上述系数内容是国务院通令要各设计单位强制性执行的指标。B、井灌区低压管道输水灌溉符合田管水水稻：水0.95×0.95=0.9025旱作物：水0.95×0.9=0.8552．问题讨论：①计算年灌溉用水总量还有一种方法：TQw式中，Q－灌溉引水流量，m3/sT－灌溉引水历时，s由于此法须借助于灌溉用水过程线等资料，实际操作比较麻烦，较少采用。②在土地开发整理规划设计中，曾出现过如下做法，请判别一下对错，为什么。A．水总/AMw=水/...321AMMMB．水1321...AMw13M1指一种主要作物的灌溉定额C．水/1MAwD．1MAw③如果项目区分成n片，则灌溉用水量也应对n片分别计算。④同一项目区内的不同水