水工设计手册(第2版)第2卷:规划、水文、地质
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1.9 灌溉规划

灌溉规划的主要内容包括灌溉现状与发展需求分析、灌溉发展目标与规划任务拟定、灌溉分区与灌溉设计标准拟定、规划区水土资源供需平衡分析、灌区总体布置与主要工程规划等。

1.9.1 灌溉现状与发展需求分析

调查规划区内农业灌溉现状,调查统计与规划有关的基础资料,分析规划区农业灌溉存在的主要问题及发展需求。

1.9.1.1 农业灌溉现状

调查分析规划区自然地理、水土资源、经济社会、自然灾害、农业生产与发展潜力以及对灌溉的要求等;调查统计规划区总面积、现状耕地面积、作物种植结构、耕地后备资源以及各类灌溉工程的数量、规模、分布;分析现有灌溉工程的总体能力,包括灌溉保证率、有效灌溉面积、灌溉水利用系数、粮食综合生产能力等;分析规划区农业灌溉存在的主要问题。

1.9.1.2 发展需求分析

根据上述农业灌溉现状调查分析,结合区域经济社会发展及其对农业和粮食安全的要求等方面,分析规划区农业灌溉存在的主要问题及灌溉发展需求,作为拟定灌溉规划的主要基础。

1.9.2 灌溉发展目标与规划任务拟定

结合规划区土地利用规划、农业发展规划等相关规划以及农业灌溉存在的主要问题,确定灌溉规划的指导思想和基本原则,制定农业灌溉发展目标和任务。

1.9.2.1 灌溉发展目标

根据规划区地形地貌、水源条件以及农业生产特点和发展要求,结合农业区划、土地利用规划,以发展灌溉面积、改善灌溉条件、合理抑制用水需求、提高灌溉水利用率和粮食综合生产能力为中心,兼顾区内其他生产用水、生活用水和生态用水要求,按山区、丘陵、平原分片确定不同水平年灌溉发展目标。

1.9.2.2 灌溉规划任务

根据灌溉发展目标,灌溉规划的任务应为提出新建和改造水源工程的数量、规模,新建、扩建和续建配套灌区的数量、规模及新增的灌溉面积、节水灌溉面积,由此提高灌溉水利用系数、灌溉保证率等。

1.9.3 灌溉分区与灌溉设计标准拟定

灌溉分区应根据规划区内的自然条件,结合农业区划进行分区;灌溉设计标准应根据水源条件、农业生产要求与相应作物组成和经济社会发展水平等因素,合理选定。

1.9.3.1 灌溉片区划分

当规划区地形、地貌、水系等自然条件等差异较大时,应进行灌溉分区。应以流域或水系为主,结合农业区划和水资源平衡分区,按照水系相对独立、地形地貌一致、水资源和土壤条件基本接近的原则,兼顾行政区划的完整性,划分灌溉片区。对水资源贫乏、需水量大、供需矛盾突出的地区,分区宜小一些。

1.9.3.2 灌溉设计标准

灌溉设计标准综合反映了灌溉水源对灌区用水的保证程度。灌溉设计标准越高,灌溉用水得到水源供水的保证程度越高。目前,灌溉设计标准的指标有灌溉设计保证率和抗旱天数两种。

(1)灌溉设计保证率。灌溉设计保证率是指灌区用水量在多年期间能够得到充分满足的程度,一般以正常供水的年数或供水不破坏的年数占总年数的百分数表示。灌溉设计保证率通常采用经验频率法确定,计算系列年数不宜少于30年。

灌溉设计保证率选定时不仅要考虑水源供水的可能性,同时要考虑作物的需水要求,具体应根据水文气象、水土资源、作物组成、灌区规模、灌水方法及经济效益等因素确定。

(2)抗旱天数。抗旱天数是指作物生长期间遇到连续干旱时,灌溉设施的供水能够保证灌区作物用水要求的天数。用抗旱天数作为设计标准,适用于以当地水源为主的小型灌区。

选取抗旱天数时,应根据当地水资源条件、作物种类及经济状况等,全面考虑,分析论证,以期选择切合实际、经济效益较高的抗旱天数。

1.9.4 规划区水土资源供需平衡分析

明确不同规划水平年各类用地面积、空间布局,合理确定灌区用地和灌区发展范围,进行农用地资源潜力分析。在此基础上,分别分析和预测各灌区可供水量和灌溉用水量,按灌区进行水土资源供需平衡分析,以确定灌区范围及规模和水土资源平衡方案。

1.9.4.1 农用地资源潜力分析

根据规划区或灌区内地形、地貌特点和土地资源利用现状、历年耕地增减情况、耕地后备资源、农业和经济可持续发展等因素,并结合土地利用总体规划,分析土地资源农业利用潜力,主要包括可用于耕地、林地、牧草地、园地等土地资源量以及通过后备资源开发利用形成的农用地,明确不同规划水平年各类农用地面积、空间布局和种植结构。

1.9.4.2 可供水量分析

(1)地表水资源的可供水量应考虑已建和拟建水源工程的引水、提水、蓄水能力,依据长系列的河流实测流量或入库径流资料等,按下列要求确定。

1)以河流(包括过境水量)为水源时,灌区总取水量及其在年内的分配比例,应符合供水河道所属流域的整体规划方案或取水分配方案。

2)以水库为水源时,大型水库和可供水量大的中型水库,可通过长系列法进行水库调节计算确定可供水量;其他中型水库和小型水库,可采用典型年法;小型水库和塘堰,还可采用兴利库容乘复蓄系数法估算。

(2)地下水资源的可供水量应是可开采水量、开采能力两者中的较小者,深层地下水不应计入可供水量。

(3)再生水的可供水量应按当地污废水处理利用规划分配给农业的用水量确定。

(4)灌溉回归水的可供水量通常根据试验资料直接估算,也可通过水量平衡求得。

(5)可供水量的计算应考虑水质状况,符合灌溉水质标准的水量才能计入可供水量,还应保留灌区及河流下游生态用水量。

1.9.4.3 灌溉用水量分析

1.作物需水量

作物需水量是确定灌溉制度和灌溉用水量的依据,因受气候条件、土壤含水量与农业措施等因素的影响,各地作物需水量相差悬殊,应根据当地或邻近地区的灌溉试验和群众丰产经验确定。

在水资源短缺的地区,作物需水量在经济分析的基础上可按非充分灌溉要求估算,并优先采用先进的节水灌溉方式和灌水技术。

2.灌溉制度

灌溉制度是确定农业灌溉用水量、灌溉用水过程和灌溉工程规模的主要依据。农作物灌溉制度指播种前及全生育期内的灌水次数、灌水时间、灌水定额和灌溉定额,需根据当地的具体条件分析确定。通常采用总结群众丰产灌水经验、灌溉试验资料和按水量平衡原理三种方法分析确定。

大中型灌区应采用时历年法确定历年各种主要农作物灌溉制度,选出2~3个符合设计保证率的年份,以其中灌水分配最不利年份的灌溉制度作为设计灌溉制度;小型灌区可根据降水频率分析选出2~3个符合设计保证率的年份,以灌水分配最不利年份的灌溉制度作为设计灌溉制度。

3.灌溉用水量

灌溉用水量与灌溉面积、作物组成、各种作物的灌溉制度、渠系输水和田间灌水的水量损失等因素有关。

灌溉用水量计算参见本卷第5章5.5节。

根据典型年灌溉用水过程线(灌区各时段毛灌溉用水量)可求得总灌溉用水量。

1.9.4.4 水土资源平衡分析

根据土地利用条件、水资源条件、生态环境要求,结合当地国民经济与社会发展规划、土地利用总体规划,确定各灌溉片区在不同水平年的农业、林业、牧业用地数量结构和空间布局,拟定各灌溉片区的灌溉范围、灌溉面积以及粮食作物、经济作物、饲料作物的种植比例。

水土资源平衡分析与灌区规模论证相互联系、相互影响,需要经过几个过程的反复,才能合理确定灌区规模。新建灌区,可按照以供定需、以水定地的原则,合理确定灌区范围和规模。已建灌区,应根据新的水土资源平衡结论复核灌区范围与规模。

1.灌区范围和规模

(1)只有一个水源的灌区,可取水量是一定的,根据可取水量并参考不同灌溉设计保证率时的灌溉定额,可得相应的可灌面积,并结合地形地貌条件,以确定灌区范围和灌溉面积。

(2)具有多个水源、含有多个灌溉片区的灌区,一般以各灌溉片区水源可用水量为基础,根据作物布局及其不同灌溉设计保证率的灌溉用水量,初步确定各灌溉片区的范围和灌溉面积。当各灌溉片区可供水量余缺差异较大时,应提出各灌溉片区之间的水资源调配方案,据此调整各灌溉片区的范围和灌溉面积。

灌区最终规模确定后,可视实际情况将灌溉工程分为远期、近期工程。近期工程应是投资少且效益显著的工程。

2.水土资源平衡方案

灌区水资源配置应在优先保证生活用水的前提下,统筹考虑生态环境用水,合理安排农业及国民经济各部门用水,同时科学分析各类用水的节水潜力。

对灌区不同水平年的可供水量、土地资源、土地利用结构和作物种植结构,以及生活用水、农业及各部门生产用水、环境用水等进行综合分析,确定生活用水、农业及各部门生产用水、环境用水的次序,以及不同供水水源的供水次序,并采用长系列或典型年法进行水量平衡计算,对可供选择的组合方案进行对比分析,确定经济合理的水土资源平衡方案。

1.9.5 灌区总体布局与水源工程

应遵循旱、涝、洪、溃、盐、碱、沙综合治理,水土资源合理、高效、持续利用的原则,对灌区和水源工程等进行合理布局,并编制灌区总体布局图,在此基础上布置水源工程。

1.9.5.1 灌区总体布局

应根据规划区的水资源状况、地形地貌、工程地质和水文地质条件等,因地制宜选择灌溉水源和取水方式,进行水源工程布置。

(1)自然条件有较大差异的灌区,应区别情况,结合社会经济条件确定灌排分区,并分区进行工程布置。

(2)土壤盐碱化或可能产生土壤盐碱化的地区,应根据水文气象、土壤、水文地质条件以及地下水运动变化规律和盐分积累机理等,进行灌区土壤改良分区,分别提出防治措施。

(3)提水灌区应根据地形、水源、电源和行政区划等条件,按照总功率最小和便于运行管理的原则,进行分区、分级。

(4)山区、丘陵区灌区应遵循高水高用、低水低用的原则,采用长藤结瓜式的灌溉系统,并宜利用天然河道与沟溪布置排水系统。

(5)平原灌区宜分开布置灌溉系统和排水系统;可能产生盐碱化的平原灌区,灌排渠沟经论证可结合使用,但必须严格控制渠沟蓄水位和蓄水时间。

(6)沿江滨湖圩垸灌区应采取联圩并垸、整治河道、修筑堤防涵闸、分洪蓄涝等工程措施,在确保圩垸防洪安全的前提下,按照以排为主、排蓄结合、内外水分开、高低水分排、自排提排结合和灌排结合的原则,设置灌排系统和必要的截渗工程。

(7)滨海感潮灌区应在布置灌排渠系的同时,经技术经济论证设置必要的挡潮、防洪海塘、涵闸及引蓄淡水工程,做到拒咸蓄淡,适时灌排。

(8)排水承泄区应充分利用江河湖淀,并应与灌区内排水分区以及排水系统的布置相协调,排水干沟与承泄河道的交角宜为30°~60°。

(9)灌溉渠系应结合排水沟系、交通道路规划进行布置,并符合自流灌溉面积最大、渠线顺直、配水方便、工程量节省等原则要求。

1.9.5.2 水源工程

水源工程包括地表水水源工程和地下水水源工程。地表水水源工程一般有蓄水工程、引水工程、提水工程和调水工程等;地下水水源工程一般有井灌工程等。灌溉取水方式随水源类型、水位和水量的状况而定,主要有无坝取水、有坝取水、抽水取水和水库取水四种取水方式。有时综合采用多种取水方式,引取多种水源,形成蓄、引、提结合的灌溉系统。

地表水水源工程一般包括以下几种。

1.蓄水工程

蓄水工程包括水库、塘坝等。从水库、塘坝中引水或提水,均属蓄水工程供水量。根据灌区需水量及其他综合利用要求,拟定水库或塘坝规模及主要特征指标。

2.引水工程

引水工程指从河流、湖泊中自流引水的工程,包括无闸引水和有闸引水工程。无闸引水渠首一般由进水闸、冲沙闸和导流堤三部分组成;有闸引水枢纽主要由拦河闸(坝)、进水闸、冲沙闸及防洪堤等建筑物组成。引水工程有如下布置原则。

(1)根据灌区布局及河道地形地质条件状况,合理选择枢纽工程位置。

(2)做好水源水沙分析,根据需要和可能合理确定引水规模,以满足用水需求。

(3)拦河闸(坝)、进水闸和冲沙闸的布置要协调。

3.提水工程

提水工程是指利用泵站从河道(或湖泊)中直接取水的工程,应根据水位、地形、地质等条件合理布置。根据灌区需水量及其他综合利用要求,拟定提水泵站规模及主要特征指标。

4.调水工程

调水工程是将多水地区的水调往少水地区的水利工程(见本章1.12节)。

地下水水源工程详细内容见相关文献。