水量平衡计算（通用7篇）
水量平衡计算 篇1
1 前言
水资源是人类不可缺少的自然资源, 也是生物赖以生存的环境资源之一。水资源可持续开发利用关系全球发展, 淡水短缺已经成为21世纪人类继全球变暖之后的第二大问题, 由于我国水资源存在时空分布不均、供需矛盾突出, 开发利用程度高, 利用效率低, 浪费严重等特点, 随着社会经济的快速发展, 水资源的短缺已成为制约各行业发展的关键因素。
水资源优化配置评价问题是在20世纪90年代初提出来的, 并逐步应用到水资源的规划与管理中。水资源优化配置评价不仅要考虑适应经济发展和人民生活的需求, 还应尽可能地满足人类所依赖的生态环境对水资源的需求, 以及未来社会对水资源的基本需求。水资源优化配置评价是需水管理的核心之一, 是区域水资源系统可持续发展的关键, 也是可持续发展观在水资源利用上的具体体现。本文主要是通过对邙山生态园水资源的供需水量平衡进行计算, 为水资源优化配置奠定基础。
2 生态园区需水量计算模型
2.1 林地生态需水量计算模型
林地蒸散量是林地生态系统的水分消耗项, 也是林地生态需水的主要组成部分, 在树林调节水文过程和林地生态系统水分平衡分析中占有十分重要的地位, 约占植被总需水量的97%~99%, 因此可以将其作为森林系统的生态需水量。而林地实际蒸散量受大气环境、植被生态特性与生长状况以及土壤水分条件的综合影响, 当气候条件和林木种类一定时, 林地实际耗水量主要取决于土壤水分含量。从植被蒸散与土壤水分的关系来看, 当土壤水分充足时, 植被蒸散主要取决于植物的类型和气候因素 (如风速、大气温度和湿度等) , 与土壤水分含量无关。而当土壤含水量低于一定临界土壤含水量 (S*) 时, 植物的气孔开始关闭, 水分的蒸散速度开始降低。此时, 土壤水分含量就成为林木实际蒸散量的主要限制因素。根据土壤水分常数的概念, 暂时凋萎含水量 (St) 和生长阻滞含水量 (Sr) 分别是能保证林木基本生存和正常生长的土壤含水量下限。因此, 可以将这两种情况下的林地耗水量, 分别作为最小生态需水定额和适宜生态需水定额 (林地单位面积、单位时间内所需要消耗的水量) , 而将土壤临界含水量作为水量供给的上限。其数值可以通过林地潜在蒸散的计算, 并利用林木系数K和土壤水分修正系数Ks进行订正:
式中:Ea—林地实际蒸散量;
ET0—由气候决定的潜在蒸散量;
Ks—土壤水分修正系数, 不同土壤类型的水分系数见下表2-1;
Kt—林木系数, 与林木种类和生长状况有关。本文中Kt值依据陈丽华等的研究结果, 水保林、经济林、果园三种作物系数分别取0.765, 0.700和0.735。
在黄河中下游地区, 林地的耗水时段主要集中在生长季节, 即每年的4月到10月。因此, 计算黄河流域林地的耗水支出时, 以生长季 (4~10月) 作为生态需水量的计算时段。
2.2 农业需水量计算模型
研究区的农作物主要以小麦和夏玉米为主, 因此农业需水量主要按照小麦和夏玉米的需水量进行计算。参考有关文献得到研究区小麦不同生育期的作物系数见表2-2, 夏玉米不同生育期的作物系数见表2-3, 利用公式 (3-1) 即可计算出研究区的不同作物的需水量, 进而求出研究区的农业需水量。
2.3 生活需水模型
研究区的生活需水主要是指居民生活用水。本次生活需水量的计算, 采用需水定额法。根据资料查得, 该研究区人口密度为491人/km2, 平均需水量定额河南城镇现状为109 L/人.日, 远景2030年达到134 L/人.日, 所以平均需水定额取值为109 L/人.日。
3 生态园区可用水量计算
该区域无入境水源的补给, 境内水源全部为大气降水, 而树冠截留部分主要消耗于蒸发, 不能利用, 故应从区域的降雨量中扣除。转化为地表径流及地下水部分, 则考虑完善的工程措施后可全部得到利用。生态园区内的水资源主要用来满足居民生活用水、农作物用水以及生态用水三部分, 生活及农作物用水是区域经济的基础, 应首先尽最大可能的满足。考虑上述因素, 经计算, 各小分区生态可用水量见表3-11。
单位:104m3
4 生态园区供需平衡分析
根据各区需水量计算结果和水资源量评价结果 (见表3-12) , 进行供需平衡分析, 即用各区不同典型年的水资源量减去各区需水量, 结果见表3-13。
单位:104m3
单位:104m3
5 结论
本文主要是在邙山生态园区水资源现状以及维护园区生态环境的紧迫性的基础上, 对其生态环境需水进行的计算, 通过计算可以对园区水资源进行供需平衡分析, 为园区植被进行水资源的优化配置提供基础数据。
参考文献
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水量平衡计算 篇2
1.1 地下水补给量计算
地下水可供水量以开采区能有多少水补给地下含水层, 用补给量[1]表示, 开采量超过补给量, 造成地下水水位下降, 因此开采量不能超过补给量。
进入含水层的补给水量有下列途径:
(1) 降水渗入补给;
(2) 区外地下水侧向径流渗入补给;
(3) 地表水渗入补给, 包括江河、湖泊、水库、渠系;
(4) 农田灌溉补给;
(5) 越层补给。
1.1.1 降水渗入补给量
式中:
Q降为降水渗入补给量 (m3/a) ;
α为降水渗入系数;
P为多年平均年降水量 (mm) ;
F为降水渗入补给面积 (km2) 。
P可由水文图集中查得, F即为开发区面积, 如无法求得α值时, 可取含水层岩 (土) 样颗粒分析, 确定岩 (土) 类后, 取附表值。
1.1.2 河渠地表水渗入补给量
采用地下水稳定流法计算。
式中:
Q河渠为河渠渗入补给量 (m3/a) ;
K为渗透系数 (m/d) ;
I为垂直于计算剖面的水力坡度;
A为单位长度河段的计算剖面面积 (m2) ;
L为计算河段长度 (m) ;
T为河道渗入补给时间 (d/a) 。
K由抽水试验资料确定;I由地下水等水位线量得;T是根据河道水位高于岸边附近地下水位的时间;L指河道沿开发区边缘能补给开发区的河段长度。如有湖泊、水库等地表水补给, 亦可参照上述公式计算。
1.1.3 地下水侧向渗入量补给
式中符号意义同上。
1.1.4 农田灌溉渗入补给量Q灌回
此值可根据农田灌入水量减去排放量、蒸发量及其消耗量进行计算, 习惯上将渗漏补给地下水称为灌溉回归水, 一般可采用灌溉量的15%。
1.1.5 越层补给量
当深层承压水水头高于浅层潜水位时, 通过弱透水层的水量称为越层补给量。
式中:
越流系数Ke=K/M;
ΔH为压力水头差 (m) ;
F为计算面积 (km2) ;
t为时段;
M为弱透水层厚度 (m) 。
1.1.6 总补给量计算
1.2 地下水可开采量计算
地下水可开采量是指在技术可能, 经济上合理和不造成水质恶化, 水位持续下降及其它不良后果的条件下, 能够从取水地段中取得的水量[1]。
可开采量计算方法很多, 有开采模数类比法, 开采系数法等。在农田供水中常用平均布井法, 即根据当地的开采条件确定单井出水量、影响半径、年开采时间, 在计算区内进行平均布井, 这些井年内开采量可代表本区的地下水可开采量, 但应注意该开采量是本地区总的可开采量, 它应小于地下补给量扣除已有的人、畜、工业、农业用水, 以及考虑今后规划发展迫切需要的用水后的量。即
式中
Q开采为计算区地下水可开采量 (m3/a) ;
q为单井出水量 (m3/h) ;
N为计算区平均布井数 (眼) ;
t为机电井年开泵时间 (h) ;
F为计算区适宜布井面积 (km2) ;
R为单井影响半径 (m) 。
2 需水量计算
利用地下水的农田灌溉可分水田、旱田两部分。水田需水量据农田水利工程选集查灌溉需水量。
黑龙江省目前旱田灌溉均实行节水喷溉。旱田设计灌水定额应根据当地实验资料确定, 在缺乏试验资料的地区, 可按邻近地区的喷溉试验结合实地调查确定需水量, 无试验资料地区可按下列公式计算:
式中
m为喷一次的设计灌水定额 (mm) ;
r为土壤容重 (t/m3) ;
h为计划湿润层深度 (cm) ;
β1为适宜土壤含量上限 (重量百分比) ;
β2为适宜土壤含量下限 (重量百分比) ;
η为喷晒水利用系数。
喷晒水利用系数η有条件时宜实测研究确定, 无实测资料时, 可根据气候条件在下列数值内选用。风速低于3.4m/s时, η=0.8~0.9, 风速为3.4~3.5m/s时, η=0.7~0.8。
h一般采用40~60cm, β1相当于田间持水量, β2相当于田间持水量的60%~70%, β1和r值根据土壤特性确定。
3 灌溉面积确定
水田灌溉面积=可开采量/水田灌溉定额
旱田喷灌灌溉面积=可开采量/旱田喷灌定额
因喷灌用水量较少, 一般可开采量均能满足设计面积要求。
在地下水丰富地区, 加之旱田用水量小, 且要延长灌溉时间, 只要在作物耗水最旺时期的允许最大间隔时间内灌完即可, 该间隔时间称为灌溉周期。设计灌溉周期由下式确定:
式中T为设计灌溉周期 (d) ;e为作物耗水最旺期的日平均耗水量 (mm/d) 。
因此单井灌溉面积不再受上述平均布井法的井距控制, 井距加大布井数量可减少。
单井灌溉面积A=qt/ηm
式中符号意义同前。
4 供水水质要求
地下水总含盐量和钠盐的含量应在规定的农田灌溉水质要求范围内, 可取样化验确定可否应用。
参考文献
[1]吴曾生.地下水水文学[M].北京:水利水电出版社, 1985:130-142, 177.
广州市水量平衡测试现状分析 篇3
1 广州市水量平衡测试现状
1.1 全面启动水量平衡测试工作
20世纪80年代起, 我国北方地区如北京、天津、河北、河南、山西等地率先开展了水量平衡测试方面的探索。随着相关法规和标识的不断完善, 广州市在总结水量平衡测试试点工作的经验后, 于2010年5月正式举办首次水量平衡测试服务机构培训班, 为社会培育了广州市水务科学研究所等7家本地水量平衡测试机构, 配合相关法规制度的施行, 正式启动了广州市全面的水量平衡测试工作。
1.2 逐步开展, 普及全市
由于广州市目前处于水量平衡测试工作的起步阶段, 开展测试的用水户数量相对较少, 涉及的行业类型范围较窄。按照相关文件要求, 广州市 (中心城区) 内需要开展水量平衡测试的用水户约1000家, 目前已开展测试工作约200家, 占20%, 如将剩余番禺区、花都区、南沙区、从化市、增城市纳入统计, 则有更大的社会需求。按照水量平衡测试管理部门的规划, 结合用水户的宣传教育, 对中心城区先逐步开展水量平衡测试, 然后循序渐进的推广到全市范围各种行业类型。
1.3 管理基础不断完善
水量平衡测试属于节水领域的基础性工作, 其管理需依托完善的法规政策体系, 目前广州市除了参考国家及行业的相关法律、法规、标准、规章制度外, 自主颁发了《广州市城市计划用水管理办法》和《广州市城市供水用水条例》, 对水量平衡测试作出了基本的相关规定, 为广州市水量平衡测试管理提供了必要的法规基础。相关职能部门正结合测试工作过程中的实际需要, 制定补充相关法规办法, 完善管理法规体系, 保证水量平衡测试工作的专业性、科学性及合理性, 为节水工作打下良好的技术基础。
2 广州市水量平衡测试工作需完善的地方
2.1 政策法规需健全
由于国家相关规范政策没有强制性规定用水户必须进行水量平衡测试, 广州市出台的《广州市城市计划用水管理办法》第七条明确规定“用水户应当定期进行水量平衡测试。”并对相关测试周期及用水量进行了界定;同时在办法中明确用水户要求调整用水计划应当提交《水量平衡测试报告》。这些都是水量平衡测试工作开展的重要法律基础, 但是仍需深入研究出台水量平衡测试规范性文件, 如《北京市用水单位水量平衡测试管理规定》、《天津市水平衡测试管理办法》、《上海市水平衡测试办法》和《深圳市水量平衡测试实施办法》等, 健全广州市水量平衡测试的政策法规体系。
2.2 需加强用水户的认知水平
由于过往对节约用水宣传力度不足, 水量平衡测试的功能性作用没有让用水户全面了解, 一些企业和个别部门对水量平衡测试工作认识不到位, 工作主动性较差, 存在应付心态。针对这种情况需对用水户加强节约用水和水量平衡测试宣传教育, 通过水量平衡测试的实施培养用水户的节水意识, 重点需让用水户的技术人员参与到测试工作中去, 让其学会全面了解单位管网状况及各单元用水现状, 掌握水量平衡关系的分析方法, 了解节水措施及技术, 可以在测试机构的协助下挖掘日常用水潜力, 提升用水户的用水管理水平。
2.3 加强技术人员的培养
水量平衡测试对测试技术人员的综合素质要求很高, 测试技术人员不仅要了解测试工作的基本原理、方法、程序和步骤, 更要具备较强的学习能力与各方面的知识储备, 可以对不同行业类型的测试对象的所有用水环节的整体用水体系进行平衡测试, 对测试数据进行计算、分析及合理性评价, 了解用水户的用水管理现状, 并针对薄弱环节和节水潜力制定出相应整改措施。测试原理是一定的, 但不同类型测试对象要求技术人员既要有全面的知识积累与丰富的经验, 也需要有强大的责任心。目前的相关标准规范显得过于简单, 定期的技术人员培训与交流对于行业的人才培养具有重要的作用。
2.4 增加财政政策扶持力度
节约用水一方面可以为用水户带来直接的成本效益, 但也具有很重要的公益性意义。目前水量平衡测试费用全部是企业承担, 很有必要研究水费优惠、公益性退税等财政支持政策, 提高用水户的积极性, 提升水量平衡测试工作的社会效益。同时应逐步制定广州市水量平衡测试指导价格标准, 完善定价机制, 保证水量平衡测试工作合理健康的发展。
2.5 组建行业协会, 规范从业人员素质
由于目前广州市的水量平衡管理工作由广州市节约用水办公室主管, 工作量大, 随着广州市水量平衡测试工作的逐步扩大, 测试机构与从业人员的不断增加, 对测试机构与从业人员的管理也要提上日程, 很有必要借鉴其他成熟行业的经验, 主管部门将部分服务型功能下放到行业协会, 由协会组织安排从业人员的定期培训、合格考评、上岗服务记录等基础性工作, 同时对于测试服务机构的资质管理工作也应逐步完善, 另外行业协会也可以在长期规划与行业发展等方面丰富主管部门的工作内容。
3 工作展望
广州市正式启动水量平衡测试工作的时间虽然不长, 但各项工作均已逐步取得成效, 存在的困难与不足也可以在发展中不断解决与完善, 相关职能部门、测试服务机构及从业人员应把握时机, 结合广州市推广节水型企业评定与创办节水型城市相关工作的开展进度, 不断推进水量平衡测试行业的健康全面发展, 为广州市的节约用水打下牢固的技术基础。
参考文献
[1]朱厚华.我国水平衡测试现状分析[J].中国水利, 2011 (19) .[1]朱厚华.我国水平衡测试现状分析[J].中国水利, 2011 (19) .
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[3]庞广珠, 张跃恒等.水平衡测试技术适用性分析[J].黑龙江水专学报, 2005, 32 (3) .[3]庞广珠, 张跃恒等.水平衡测试技术适用性分析[J].黑龙江水专学报, 2005, 32 (3) .
[4]廖承彬.水平衡测试技术及其实践[J].浙江水利科技, 2000 (6) .[4]廖承彬.水平衡测试技术及其实践[J].浙江水利科技, 2000 (6) .
景电调度员平衡水量的探索与思考 篇4
景泰川电力提灌管理局调度室属局调度室, 科级建制, 目前有调度员17名, 负责调度一期工程和二期工程306台 (套) 机电设备的运行、各支渠及部分斗渠的泄流分配等各项调度工作, 但技术业务、人员管理属机电处主管。它是景电管理局的一个窗口单位。调度员主要借助计算机监控系统, 对部分泵站进行监控和远程操作。二期工程1996年底实现了14座泵站以相对独立的可编程控制器为核心的远程终端单元即RTU, 中心调度以2台DECstation5000/133采用以太网络形成的网络热备用为核心的监控工作站, 以远程终单元与监控工作站通过专线组成的分布式计算机监控系统;一期工程2003年南京自动化控制有限公司研制的一套类似二期工程监控系统, 对10座泵站可以监控并进行远程操作。计算机监控主要是对系统运行参数的监控, 有电压、电流、功率;每台机组的定子电流、开关量、前池水位、蝶阀的启闭和二期干渠支口流量。随着自动化的投入使调度工作向高效、低耗、安全、平稳的方向发展, 也使调度工作向科学性、合理性明显的上了一个台阶。但是, 半自动化的领域还占很多, 远程控制不能完全贯穿于整个调度工作, 也就是说, 很多指令的下达都要靠调度员来整合、分析, 最终做出判断。比如说运行方式的组织、各支渠泄流流量的大小、事故或者故障状态下运行方式的调整、对故障点迅速做出准确的判断等, 这就要求每个调度员除了熟练掌握机电运行、灌溉配水、水工建筑物等方面的专业知识, 最主要要具备敏锐的洞察力, 还要有丰富的实践经验做支撑。
二、调度员的基本工作—平衡水量
景电工程调度作为全局的生产指挥中心, 它负责泵站机组运行调度、区间配水调度、设备检维修调度以及特殊情况的事故处理调度等几个方面。它不是直接参与运行、配水、检修而是指挥、协调这些工作, 将机、电、水以及水工建筑物的运行构成的一个统一的整体。根据上述特点, 在目前已经实现计算机远程控制的今天, 综合分析、判断并指挥各级泵站的运行和操作, 保证实现平稳、高效、节能的目的, 是至关重要的运行环节。
遵守社会主义市场经济规律, 让我们意识到“水”就是景电人的商品, 因此, 最佳调配水量, 合理分配水量, 做到节约能源, 最大限度地提高各种渠系利用率是我们不懈的追求之一。平衡各渠间水量, 这是调度中的一项经常性的工作。平衡配水流量就是调、配来水与去水的关系, 使来水与去水平衡, 并反映到各泵站前池水位和支渠流量的稳定性上。前池水位或支渠流量恒定不变, 或变化幅度缓慢, 均证明来水与去水平衡, 系统运行稳定。例如:渠间总流量为Q, 泵站的机组出水量为Q1, 支口流量为Q2, 当Q-Q1>Q2时, 需要开机冲水;当Q-Q1
三、存在的问题与解决方法
目前只有一期一泵站和二期一泵站出水管道上装有电磁流量计, 能准确计量管道出水量。如果能在每个泵站的出水口加上水量监测装置, 就如同给每个调度员装上了“千里眼”, 那样能使调度水平大幅度的提高。但该方案必须投入过千万的资金, 这在目前全局资金短缺的情况下显然行不通。调度岗位上人力资源的配置, 不仅要求熟练掌握本专业的知识, 熟悉工程系统运行的各个环节, 还要有一定实践调度的实际经验。因为它所调度的机、电、水量和水工建筑物的性能参数是在不断变化的, 是一个动态的量而非静态的, 调度员面临的运行方式有可能随时改变, 存在很大的机动性, 丰富的实践经验就显得尤为重要。一个合格调度员的培养需3年~5年, 而往往由于多种原因造成调度岗位人员轮换频繁, 这在某种意义上造成一种人力资源的浪费。
四、结语
水量平衡计算 篇5
受丁苯橡胶装置、新电厂排水水质、水量超标影响,污水处理场外排水量处于最大运行负荷状态,外排量420t/h,主要存水构筑物处于高液位运行状态,见表一。在雨季即将到来之际,污水处理场外排能力明显不足,容易造成装置降量生产,并存在环境污染的风险。
2目前存在的问题
2.1对生产装置运行负荷的影响目前即将进入雨季,一旦降雨,初期污染雨水将进入2501单元,造成2501单元处理量显著上升,外排水量明显增加,而污水处理场外排泵已没有余量来排放此部分污水,容易造成装置降量生产。
2.2对周围环境造成污染的风险由于新电厂排水水质超标,只能通过该厂西侧的雨水系统排入雨水池,然后送到2501单元进行处理。而目前雨水池液位较高,不具备大量收集雨水的条件,在雨季时,存在电厂超标污水与清净雨水同时通过西雨排外排进入河流,污染周围环境的风险。
3各排水点废水排放情况分析
净水车间(污水场)接收的生产废水主要来自于六个方面:
3.1装置生产废水八套生产装置以及其他辅助装置生产过程中排放的生产污水215t/h,与设计值基本相符合。
3.2新电厂生产废水新电厂生产过程中排放的阴阳床再生废水、过滤器反洗废水等共105t/h。新电厂设计排放废水60t/h进2502单元,浓水27t/h外排至沈抚灌渠。目前由于电厂排水COD、氯离子等超标,实际生产废水105t/h全部进入2501单元,外排至沈抚灌渠。综上所述,由于电厂排水原因,造成污水处理场排水总量与设计相比增加75t/h。
3.3生活污水生活污水设计10t/h,目前实际排水在20-30t/h。
3.4循环水场排水第一、第二循环水场设计排水量为320t/h,进入2502单元处理后回用。目前实际排水150t/h。
3.5乙烯废碱液乙烯废碱液设计排水量5t/h,目前与实际排水基本相符。
3.6通过雨水系统排入污水处理场的污水目前通过雨水系统排入污水处理场的水量在20t/h左右。此部分水主要包括装置私排雨水系统的污水、中油安全环保技术研究院中试排水等。
4外排能力不足情况分析
造成当前污水处理场外排压力较大的原因主要有以下三个方面:①受丁苯装置排水水质超标影响,2501单元产水不能达到回用标准,造成2501单元产水全部外排。②由于新电厂排水水质、水量与设计严重背离,造成净水车间2502单元产水氯离子超标、双膜系统污堵,为确保净水车间2502单元安全稳定运行,将电厂排水全部引至2501单元进行处理,造成净水车间外排水水量增大。③在设计上，原设计污水处理场2501、2502单元产水混合回用,2503单元产水外排,设计外排水量150t/h。目前由于受以上两个因素的影响,污水处理场2501、2503两个单元产水同时外排,只有2502单元产水回用,造成净水车间外排水量严重超出设计外排负荷,现外排水水量达到两台外排水泵最大负荷420t/h。
水量平衡图,见附件一。
5已采取的措施
①开启外排水泵流量计跨线,增大外排水量。②增设臭氧接触池提升泵至外排水线的跨线,利用臭氧接触池提升泵提高外排水量。
6下步工作建议
要解决污水处理场当前面临的排水压力问题,主要应考虑以下三个方面:
6.1减少生产废水排放量①加强对生产、辅助装置水、汽消耗的管理,下达考核指标,优化水、汽的使用,减少生产废水产生量。②对工艺流程进行改造,不再使用脱盐水对过滤器进行反洗,采用2501单元产水作为过滤器反洗用水,既减少外排水量,又可以节约回用水。
6.2增大污水回用量①建议新电厂改进生产操作,保证排水水质合格,水量在设计范围内,具备进入2502单元进行回用的条件。②循环水场实现连续稳定排水,保证2502单元稳定运行,增大污水回用量。
6.3增大污水处理场外排量对污水处理场排水系统进行优化,将2501单元产水通过活性炭单元直接外排,或通过回用水泵增大污水排放量,解决外排能力不足的问题。
附件一:
摘要：介绍了某石油化工企业生产废水排放面临的产生量过大,外排能力不足的问题,对当前废水排放面临的形势进行了深入的探讨,并提出了下步整改措施。
关键词：废水排放,外排能力不足,排放量,回用量
参考文献
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水量平衡计算 篇6
1 研究区域概况
延津县位于河南省北部,开封市西北部,地处华北黄河冲击平原的偏南端,司寨乡位于县城东北部,该项目区位于司寨乡小留固村,总面积196.5 hm2,处于黄河故道区,水资源丰富。项目区属华北黄河冲积平原,地形平坦,土质较好,主要以沙壤土为主,部分为粉砂土和细粉砂土。根据延津县水文地质资料得知,该项目地处古黄河的河槽带,水资源丰富,地下水位稳定,水位埋深较浅,约为7 m,含水层厚,蓄水空间大。本区浅层地下水主要接受降水入渗补给、灌溉水回渗补给和侧向径流补给。项目区内地下水主要以蒸发、人工开采等方式排泄出地表,以径流方式排泄出区外的量较小。项目区所在的黄河冲积平原属暖温带大陆性季风气候,四季分明,雨热同期。项目区的自然植被类型属热带阔叶林带,农作物主要以小麦和花生为主。
2 供需水量分析
2.1 需水量分析
2.1.1 灌溉设计保证率
结合项目区所在的地理位置、水资源状况、作物种植类型以及当地社会经济情况和近远期目标,本着与当地标准接近,略高于当地水平的原则,选取灌溉设计保证率为75%。
2.1.2 灌溉制度的确定
1)灌溉时期和灌溉次数的确定。
项目区作物种植的主要方式为小麦—花生一年两熟,参照水利部农村水利司1995年编著的《机井技术手册》第102页表6-5“河南省不同地区小麦生长期水量供需平衡与灌溉时期”,确定项目区75%频率年灌水时间和灌水次数为:小麦灌溉3次,灌溉时期分别为拔节期、孕穗期、灌浆期;花生灌溉2次,灌溉时期分别为拔节期、灌浆期。
2)需水量的计算:
W=M×A (1)
其中,W为灌溉需水量,m3;M为毛灌溉定额,m3/亩;A为灌区面积,hm2。
农作物灌溉需水量详细列表计算见表1。
注:毛灌溉定额=净灌溉定额/灌溉水利用系数。根据GB 50288-99灌溉和排水工程设计规范,管网水利用系数取0.95,田间水利用系数取0.90(参数选取参照水利部农村水利司编制的SL/T 153-95节水灌溉技术标准选编,灌溉水利用系数=管网水利用系数×田间水利用系数=0.85
从表1可知,项目区农作物总需水量为86.10万m3。
2.2 供水量分析
2.2.1 降雨入渗补给量Q降
降雨入渗是浅层地下水的主要补给源之一,可根据由灌溉保证率选取得典型降雨年份和降雨入渗补给系数计算:
Q降=αFX (2)
其中,Q降为降雨入渗补给量;α为降雨入渗补给系数,取0.10;X为75%的保证率典型年降水量,取540 mm;F为地下水补给面积,取项目区总面积。
降水入渗面积即项目区面积:
F=196.5 hm2=196.5×104 m2。
项目区大气降水补给量:
Q降=αFX=0.1×0.54×196.5×104=11.04×104 m3/年。
2.2.2 灌溉水回渗补给
项目区内井灌水均会部分入渗补给地下水。灌溉水回渗补给量受多种因素的影响,因此,一般由当地水文地质资料查得的灌溉回归系数计算灌溉水回渗补给量:
Q回渗=βM毛A (3)
其中,Q回渗为灌溉回渗量,m3/年;β为灌溉回渗系数(取0.15);M毛为毛灌溉定额,m3/年;A为项目区耕地面积。
灌溉回渗系数β是参考邻区试验站灌溉回渗试验成果,并根据项目区实际资料确定β=0.15。灌溉用水量由上面计算项目区需水量可得知:
2.2.3 侧向径流补给量
侧向径流补给量是影响浅层地下水储量的因素之一。根据延津县水文资料可知,项目区周边主要承受南部边界地下水补给,北部水力坡度为Js=0.005,项目区补给边界长2 764 m。根据区域均衡法将项目区作为一个储水整体,计算一年内区域边界补给量:
Q侧=TKM∑(liji) (4)
其中,Q侧为侧向径流补给量,m3/年;K为含水层的渗透系数,20 m/d;M为含水层厚度,31 m;ji为计算断面水力坡度;li为计算断面的长度,m;T为计算时段,365 d。
Q侧=TKM∑(liji)=365×20×31×2 764×0.005=312.7×104 m3/年。
项目区合计可供水量为:
Q供=Q降+Q回渗+Q侧=336.65万m3/年,经地方水利部门的分析论证,取0.7的开采系数,该项目可开采地下水235.66万m3。
3 结果与供需水量平衡分析
由以上分析可以得到项目区水资源供需对比情况,见表2。
万m3
由表2可知,项目区可开采地下水量235.66万m3远远大于总需水量86.10万m3,余水量为149.56万m3,项目实施后完全可以满足灌溉需要。
水量供需平衡分析应考虑到工业和乡镇企业的发展及人口的增长。若可供水量不小于总用水量之和,说明管灌系统规划的面积有灌溉保证,不会引起地下水超采。若可供水量小于总用水量,应开辟新水源。无新水源可开辟时,应调整作物种植结构布局,或减少灌溉面积。为了达到整个规划区节水增产的目的,应采用先进的节水灌溉技术,减少灌水定额,但绝不应以超量开采地下水来提高供水保证程度。
4 结语
本文介绍了土地开发整理的平原区井灌工程中低压管灌的供需水量平衡分析的方法和步骤,利用项目区作物组成、灌水方法等基本情况和《用水定额》等相关资料,得出需水量;利用项目区水土资源、水文气象等概况以及相关的公式得出供水量。在此基础上对供需水量进行对比分析,以达到证实项目区有充足、可靠的水资源保证的目的。同时,对项目区供水不能满足灌溉需求的情况,提出了具体对策。
参考文献
[1]李宗尧.节水灌溉技术[M].北京:中国水利水电出版社,2004.
[2]郭元裕.农田水利学[M].北京:中国水利水电出版社,1995.
[3]高向军.土地整理工程设计[M].北京:中国人事出版社,2005.
水量平衡计算 篇7
当前,国内外对农业节水潜力的研究取得了一定进展,一方面是在高耗水的情况,采取节水措施进行水量分析,如:刘路广[1]以柳园口灌区为例,提出了农业理论节水潜力的概念,并利用水量平衡原理对相应计算方法进行了推导;裴源生[2]认为耗水节水潜力是在考虑各种可能节水措施的情景下的耗水与不采取节水措施的耗水差值;段爱旺[3]认为,工程节水措施和管理节水措施的结合在狭义节水潜力的开发过程中起主导作用,在广义节水潜力的实现中发挥着主要作用。另一方面,一些学者通过利用田间作物的灌溉制度、田间灌溉水利用系数以及灌溉定额来推算灌区节水水量平衡[4,5]。因此重点实施高效节水,能有效地改善农业灌溉条件,从根本上解决灌溉水利用率低的现状,提高农业用水效率,达到农业增产、农民增收的目的。
1 研究区概况
永济市地处山西省运城市西南部的涑水盆地,是全国重要的商品粮基地和优质棉基地。总人口为44.6万,国民生产总值为65.5亿元。国土面积为1143km2,其中,耕地面积79.48万亩,有效灌溉面积71.43万亩,灌溉水利用系数只有0.4~0.5。
永济市的气候特点是降雨集中,且多雷暴雨,时空分布极不均匀。多年平均降雨量540.8mm,多年平均蒸发量2052mm,多年平均气温13.4℃。多年平均水资源总量为10842万m3(不含黄河沿岸水源地水资源量)。全市地下水多年平均开采量为11241万m3,地下水超采严重。
2 存在的主要问题
永济是一个传统农业市,农业在全市经济中占有举足轻重的地位。近年来随着农业的快速发展,地下水严重超采,地下水位连年下降,地下水环境不断恶化等一系列问题逐渐暴露。
a.水资源总量紧缺,可用量少,超采严重,难以满足当地工农业生产的需要。
b.引黄灌区末级渠系建筑物不配套,有效灌溉面积锐减。
c.灌溉亩用水量大,水利用效率低下。
3 水量供需平衡分析及水质分析
3.1 灌溉设计标准确定
引黄灌区主要农作物以小麦、棉花和果树为主,根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB 50288—99),灌溉设计保证率应为50%~75%,考虑到该区缺水严重,且为全省粮棉生产基地,随着农村产业结构的调整和农民致富奔小康的需求,水果及经济作物的种植面积不断增大,对作物的灌溉要求愈来愈高,则灌溉设计保证率取75%。
高效节水灌溉区域主要分布在南部纯井灌区,采用管灌、喷灌、大棚滴灌等方式,以管道输水为主,灌溉设计保证率可适当提高。管灌设计保证率取80%,喷灌和大棚滴灌设计保证率取85%。
3.2 需水量计算
3.2.1 灌溉水利用系数拟定
用水系数根据灌区大小、水源情况、渠系布置以及渠道长度、土质、防渗措施和管理水平等因素综合确定,灌溉渠系设干、支、斗三级固定渠道,农渠直接进入田间。
根据项目区的实际情况,引黄灌区灌溉水利用系数和高效节水灌溉水利用系数见表1、表2。
3.2.2 引黄灌区需水量计算
根据作物灌水时段的净灌水率和灌溉面积以及灌溉水利用系数,推求各条渠的引水流量和灌区引水总量。此次工程涉及灌溉面积7.08万亩,其中,井灌区面积2.04万亩,黄灌区面积5.24万亩,经计算,该项目区年需引水量1636.9万m3,其中引黄水1323.8万m3。
3.2.3 高效节水灌溉需水量计算
a.喷灌灌水定额。根据《喷灌工程技术》中公式进行计算:
式中m———设计灌水定额,mm;
h———计划湿润层深度,cm,小麦取80cm;
θmax———适宜土壤含水量上限,取田间持水量的95%,项目区壤土田间持水量为17%;
θmin———适宜土壤含水量下限,取田间持水量的65%;
η———喷洒水利用系数,取0.9。
计算得喷灌的设计灌水定额为
b.管灌灌水定额。项目区农作物现为小麦、玉米、棉花及果树,结合现有灌水经验,管灌灌水定额按小麦考虑。
管灌设计灌水定额计算公式为
式中m———灌水定额,m3/亩;
γs———土壤容重,k N/m3;
h———计划湿润层深度,m,小麦取0.8m;
β1———适宜土壤含水量上限(重量百分比),取田间持水量的90%;
β2———适宜土壤含水量下限(重量百分比),取田间持水量的65%;
η———灌溉水利用系数,取0.8。
计算得管灌的设计灌水定额为38.51mm(25.7m3/亩)。
c.滴灌设计灌水定额。采用《微灌工程技术》中公式进行计算:
式中m———设计灌水定额,mm;
z———计划湿润土层深度,m,蔬菜取0.5m;
p———设计土壤湿润比,%,蔬菜取90%;
Fd———田间持水量(占土壤体积的百分比),取17%;
W0———凋萎系数(占土壤体积的百分比),取7%;
η———灌溉水利用系数,取0.9;
β———土壤中允许消耗水量占有效水量的百分比,蔬菜取30%。
项目区土壤多为中壤土,计算得滴灌的设计灌水定额为15mm(10m3/亩)。
d.灌溉用水量。灌溉用水量等于设计灌溉定额与相对应的灌溉面积的乘积,其计算结果见表3。
3.2.4 水土平衡计算
在水源供水流量稳定且无调蓄时可用下式确定单井灌溉面积:
式中A———可灌面积,hm2;
Q———可供流量,m3/h,项目区水井出水量大都在50m3/h左右;
Ea———设计耗水强度,mm/d;
t———水源每日供水时数;
η———灌溉水利用系数。
单井控制面积为
项目区现有水井出水量大都为50m3/h,运行正常,可满足用水需求。
3.2.5 水土资源平衡分析
项目区是尊村引黄和夹马口小樊引黄灌区末级渠系配套工程,其灌溉面积已完全包含在两处大中型灌区灌溉范围之内,灌区的用水要求完全有保证。纯井灌区高效节水工程均采用现有水源井,改大水漫灌方式为节水灌溉方式,其水源亦有保证,而且随着节水农业的发展和引黄水替代井水灌溉的实施,地下水位将可能尽快止降回升,水源保证率将会进一步提高。
3.3 灌溉水质分析
根据现场调查了解,该项目所用水源为黄河水和现有农灌水井的地下水,黄河水作为灌溉水源,可为土壤带入大量有机质,有机质的增加,将改善土壤团粒结构,增加作物需要的养分,增加土壤的保肥性能,有利于农业健康、持久发展,现有农灌水井的水质良好,其水质均完全满足《农田灌溉水质标准》(GB 5084—92)。
4 工程总体方案和布局
项目区水源主要为抽取地下水,首先从沟底水源(机井)抽水至井旁200m3矩形调节水池,然后经一级站加压输水至石料厂200m3矩形调节水池,再由二级站加压输水至现有规划滴灌蓄水池,入蓄水池流量由阀门控制,以满足控制面积范围内的用水量要求。
根据水源条件,结合项目区实际地形条件,总体上分为三个灌水小区(单元),每个蓄水池控制片区为一个滴灌系统。蓄水池均位于各灌水小区的最高处,通过各输水干管和配水支管将压力水输送至毛管,实行重力滴灌。其中1号水池控制面积985.93亩,2号水池控制面积380.02亩,3号水池控制面积234.94亩,合计1600亩。
项目区目前有雨水集蓄工程1处,建有400m3蓄水池1座。另有50~100m3蓄水池5座。现有蓄水池可并入输水管网,以提高供水保证率。
5 结语
永济市南部地区因无引黄客水可以利用,多为纯井灌区,农业灌溉用水主要依靠开采地下水。近年来,随着节水技术的推广,明渠输水和管道输水逐步得到应用,但由于田面工程配套不完善,目前的灌溉大多还是采用传统的土渠和大水漫灌方式,水资源浪费严重。不但加重了农民灌溉成本,更使地下水位严重下降。因此,随着产业结构调整,在项目区积极开展引黄水灌溉,对引黄灌区进行末级渠系配套,大力发展节水灌溉,提高水的利用率,减少灌溉用水,提高作物产量,增加农民收入,成为现代农业发展的首要任务。
参考文献
[1]刘路广,崔远来,王建鹏.基于水量平衡的农业节水潜力计算新方法[J].水科学进展,2011,22(5):696-702.
[2]裴源生,张金萍,赵勇.宁夏灌区节水潜力的研究[J].水利学报,2007,38(2):239-243.
[3]段爱旺,信乃诠,王立祥.节水潜力的定义和确定方法[J].灌溉排水,2002,21(2):25-28.
[4]董斌,崔远来,李远华.水稻灌区节水灌溉的尺度效应[J].水科学进展,2005,16(6):833-839.