故城縣運河灌區水資源供需平衡分析

胡志強，左 君，王雯濤，馬洪斌

（河北省水利水電勘測設計研究院集團有限公司，石家莊 050086）

水資源是灌區建設發展不可或缺的重要資源，發展節水灌溉是運河灌區農業的長遠大計和基本戰略。河北省灌區地下水超采問題日益突出，為降低地下水開采量，改善灌區生態環境，建設運河灌區并進行現代化改造十分必要。 灌區水資源供需平衡分析是灌區規劃設計和現代化改造的基礎性工作之一，對保障灌區用水安全具有重要意義。 為進一步了解運河灌區水資源開發利用狀況， 合理規劃灌區農業灌溉用水，需對運河灌區進行水資源供需平衡分析，為灌區可持續發展提供科學依據。

1 工程概況

1.1 灌區基本情況

故城縣地處河北省東南部，衛運河西側，運河灌溉范圍包括故城縣的13 個鄉鎮，占據了故城縣全域95%的面積，地勢平坦，是衡水市的糧食主產區，農業布局均為提高農業綜合生產能力， 運河灌區總面積為8.94 萬hm2， 其中耕地面積5.67 萬hm2， 園地0.26 萬hm2，林地0.26 萬hm2，草地0.25 萬hm2，城鎮村及工礦用地1.37 萬hm2，交通運輸用地0.45 萬hm2，水域及水利設施用地0.59 萬hm2，其他用地0.09 萬hm2。灌溉面積為5.67 萬hm2。

1.2 水源情況

運河灌區現狀灌溉水源主要是引調提工程供水和地下水。衛運河取水口為衛運河上的青年閘、和平閘、草寺閘、蘆莊閘4 座引水閘，引黃取水口為清涼江上的賈莊閘、西里屯閘2 座引水閘。

1.3 灌區工程情況

故城縣境內有骨干渠道20 條，總長209.81 km，蓄水能力1338 萬m3；鄉鎮級支渠90 條，總長344.41 km；村級渠道462 條，總長852.4 km。全縣河道、干、支渠縱橫交錯、 相互連通， 在渠道狀況較好的情況下，能把地表水送到全縣所有鄉鎮，具有得天獨厚的引水條件， 對故城縣的防洪排澇及農田灌溉有顯著作用。

全縣共有納入坑塘長管理的坑塘758 個， 現狀坑塘通過引渠與上級渠道連通的有310 座，未與上級渠道連通的獨立坑塘有448 座，蓄水能力2900 萬m3。2021 年，故城縣地下水取水井共9023 眼，其中淺井8061 眼，深井962 眼。

1.4 灌區土地利用現狀

運河灌區處于河北中南部平原，地勢平坦，光熱條件良好，土地資源豐富，根據本次核定的灌區范圍，利用全國第二次土地普查的GIS 圖量算灌區范圍內耕地面積、園地面積及林地面積等。經量算，運河灌區總用地面積為8.94 萬hm2，耕地面積5.67 萬hm2。

灌區由20 條干渠組成，有效灌溉面積4.38 萬hm2，渠灌面積2.78 萬hm2，井渠雙灌面積1.6 萬hm2。灌區主要農作物為小麥、夏玉米、棉花、蔬菜等農作物及蘋果、梨、桃等林果，農作物種植復種指數為152%。

1.5 灌區水資源利用情況

1.5.1 水資源開發利用現狀

運河灌區主要供水水源為外來水和當地地下水。 運河灌溉現狀外來水主要為引衛水和南水北調中線引江水， 故城的南水北調中線劃給引水指標為1674 萬m3/a，近幾年變化不大，引衛運河水量需要根據上游水庫蓄水及衛運河基流情況相機而定， 自衛運河和平閘，取多年平均引水量作為外來水量計列。根據故城縣地下水資源條件，2014、2015、2020 年壓減淺層地下水開采量的情況下，地下水超采現象得到有效遏制，但在農業灌溉方面，地下水開采量仍占較大比重。2020 年，故城縣實際灌溉水量為8953 萬m3，其中地表水引水量為4153 萬m3，占46.4%，地下水開采量為4800 萬m3，占53.6%，地下水在農業灌溉水源中占仍在50%以上。

1.5.2 存在問題

故城縣由于自產地表水水資源不足、 河渠水網不暢導致過境水利用率低， 以及現狀水資源供需存在一定矛盾。農業用水量偏大，由于灌溉方式落后、灌溉水利用率低下、工程配套不完善、管理粗放等原因，用水浪費現象嚴重。不科學用水問題已影響到經濟發展，進而嚴重威脅到故城縣的水資源和水環境安全［1］。

1.6 灌區供用水現狀情況

1.6.1 用水現狀

2020 年全縣總用水量為10453 萬m3。農業用水量為8953 萬m3（占比85.65%），生活用水量為1180 萬m3（占比11.29%）， 工業用水量為300 萬m3（占比2.87%），生態用水量為20 萬m3（占比0.19%）。

1.6.2 供水現狀

根據 《衡水市水資源公報》 （2020 年度），2020 年全縣供水總量為10453 萬m3，各類水源供水情況如表1。

表1 故城縣2020 年各類水源供水情況統計

2 灌溉制度分析

2.1 灌溉保證率

運河灌區地處水資源短缺的華北平原， 作物以小麥、玉米等旱作為主，灌溉方式為地面灌溉。根據GB50288—2018《灌溉與排水工程設計標準》，灌溉方式為地面灌溉，所處地區為干旱地區或水資源緊缺地區，以旱作為主的灌溉設計保證率為50%～75%［2］。結合運河灌區實際情況，灌溉設計保證率取50%。

2.2 作物組成

運河灌區多年平均降水量531.5 mm， 年平均蒸發量1196.9 mm，屬溫帶、半濕潤季風氣候，適于小麥、玉米、棉花等農作物及蘋果、梨、桃等林果生長，運河灌區耕地面積5.67 萬hm2， 主要農作物為小麥、玉米、 棉花及蔬菜，現狀年灌區復種指數為152%。 運河灌區主要農作物種植比例如表2。

表2 運河灌區主要農作物種植比例

2.3 作物灌溉制度

依據DB 13/T5449—2021《農業用水定額》，綜合分析確定主要作物凈灌溉定額。 小麥灌溉定額為2580 m3/hm2，玉米灌溉定額為885 m3/hm2，棉花灌溉定額為1890 m3/hm2，蔬菜灌溉定額為3135 m3/hm2。結合實際情況，確定項目區農作物灌溉制度及年內分配。并根據灌溉制度進行灌水率計算［3］，灌水率計算公式如下：

式中q 為某種作物的灌水率；α 為作物種植面積占灌溉面積的百分數；m 為農作物各次灌水定額（m3/hm2）；T 為各次灌水時間（d）。

項目區灌溉制度及灌水率如表3，根據所得灌水率繪制灌水率如圖1。設計灌水率為5.4m3/s/萬hm2。

圖1 運河灌區設計灌水率

地下水壓采綜合治理實施后， 渠道輸水能力變強， 過程損失減小， 同時對農作物灌溉方式進行調整，采用高效節水灌溉方式后，灌溉水有效利用系數提高，植物生長期用水量縮減，從而可以減少灌溉需水量［4］。根據實測資料計算，現狀渠灌灌溉水利用系數0.69，渠灌渠系水利用系數為0.77，田間水利用系數0.915，井灌灌溉水利用系數為0.83。依據《河北省節水行動實施方案》、GB 50288—2018 《灌溉與排水工程設計標準》及相關文件要求，加強灌區渠道輸水功能，同時做好土地平整和田間灌溉管道建設，規劃2025 年，渠灌渠系水利用系數提高到0.80，田間水利用系數達0.93，渠灌灌溉水利用系數達0.74，井灌灌溉水利用系數達0.85；規劃2035 年，渠灌渠系水利用系數提高到0.83，田間水利用系數達0.94，渠灌灌溉水利用系數達0.78， 井灌灌溉水利用系數達0.9。

3 灌區水資源供需平衡分析

3.1 灌區需水量預測

3.1.1 生活需水量預測

根據《故城縣水資源開發利用規劃》，至2025 年，全縣城鎮人口為28.70 萬人，用水定額為85 L/（人·d），農村人口為25.51 萬人，用水定額為48 L/（人·d）；至2035 年，全縣城鎮人口將達36.17 萬人，用水定額為115 L/（人·d），農村人口為23.12萬人， 用水定額為 60 L/（人·d），生活需水量預測結果如表4。

表4 故城縣城鎮生活需水量預測成果

3.1.2 工業需水量

根據 《故城縣水資源開發利用規劃》， 至2025年， 全縣工業增加值260975 萬元， 工業用水定額9.5 m3/萬元；2035 年，全縣工業增加值390038 萬元，工業用水定額8.6 m3/萬元； 預測全縣工業需水量2025 年為248 萬m3，2035 年為337 萬m3。

3.1.3 農業需水量

農業灌溉需水量主要取決于灌區規劃的有效灌溉面積、單位灌溉面積用水量及灌溉水利用系數。結合縣域內已進行地下水壓采綜合治理后的灌溉用水情況，預測農業灌溉需水量。運河灌區農業總需水量預測結果如表5。

表5 （P=50%）運河灌區農業總需水量預測成果 單位:萬m3

3.1.4 生態環境需水量

根據《故城縣水系整合建設項目工程規劃》，通過水系規劃的聯合調度， 有計劃有步驟的分河段引水，從而實現整個城區內的河道生態用水需求。運河灌區農業總需水量預測結果如表6。

表6 生態需水量成果

3.1.5 總需水量

根據前述生活、農業、工業、生態需水量預測，2025 年總預測需水量為18941 萬m3，2035 年預測總需水量為20619 萬m3。

3.2 灌區可供水量預測

運河灌區供水水源主要包括當地地表水、 地下水、引調水水源和非常規水。

3.2.1 地表水可供水量

根據《故城縣水資源開發利用規劃》，故城近期規劃年2025 年和遠期規劃年2035 年50%保證率下，蓄水工程可供水量均為110 萬m3。

3.2.2 引調提工程供水

（1）引衛運河水供水。自衛運河和平閘，取多年平均引水量作為外來水量計列，為9000 萬m3，主要供農業用水兼顧生態用水。

（2）引黃河水供水。根據《故城縣水資源開發利用規劃》，2025 年故城縣年申請引黃河水量為1000 萬m3，故近期和遠期水平年可供水量為1000 萬m3。

（3）南水北調供水。故城縣南水北調中線、東線一期和東線二期工程的引江水指標分別為1674 萬、862 萬、3674 萬m3。由于工程的不確定性，本次近期平年中不考慮南水北調東線二期分水指標， 遠期可計入可供水量。

3.2.3 地下水供水

根據《故城縣水資源開發利用規劃》，2025 年故城縣地下水開采控制總量為6373 萬m3。2035 年故城縣淺層地下水可開采量為5012 萬m3。

3.2.4 其他水源開發利用

故城縣其他供水水源主要為非常規水利用。根據《故城縣水資源開發利用規劃》，2025 年運河灌區非常規水量為319 萬m3，2035 年運河灌區非常規水量為519 萬m3。

綜上所述，2025 年運河灌區可供水量為19338 萬m3，2035 年可供水量為21851 萬m3。

3.3 供需平衡分析

根據前述成果，不同年份故城縣水資源供需平衡分析成果如表7。從表7 可知，在2025 年、2035 年故城縣運河灌區需水量均小于可供水量，且富余水量增加，故城縣運河灌區滿足大型灌區建設的要求［5-6］。

表7 供需平衡成果 單位：萬m3

4 結語

（1）大型灌區的建設離不開水土資源，根據分析計算得出故城縣從現狀年到規劃年剩余水資源量呈上升趨勢，可供水量可滿足用水需求，整個運河灌區可實現水資源供需平衡。

（2）建設運河灌區，可合理利用地表水，適當限采地下水， 有利于調整水源結構， 改變農業生產方式，提高農業產量，促進農業現代化建設［7-8］。