井渠結合灌區(qū)不同尺度水資源高效利用評價與調配研究.pdf

1、目前我國農(nóng)業(yè)用水效率低，水資源浪費嚴重，供需矛盾十分突出，水資源已成為制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素。井渠結合灌區(qū)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中扮演越來越重要的角色。高效利用井渠結合灌區(qū)的水資源對緩解我國農(nóng)業(yè)水資源危機的意義尤為重要。開展井渠結合灌區(qū)不同尺度水資源高效利用的評價與調配研究，對于正確認識農(nóng)業(yè)水資源高效利用的真正內涵，改變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)用水發(fā)展模式，建設節(jié)水高效農(nóng)業(yè)有著十分重要的意義。
　　本文界定了井渠結合灌區(qū)水資源高效利用的內涵。圍繞該內涵，基

2、于國際水管理研究院(IWMI)的水平衡方法，提出了井渠結合灌區(qū)水資源高效利用尺度效應分析方法，以人民勝利渠灌區(qū)為例，研究不同水平年不同井渠結合模式下灌區(qū)水資源高效利用評價指標的尺度效應及其演變規(guī)律。在此基礎上，構建了井渠結合灌區(qū)不同尺度的水資源高效利用綜合評價指標體系，建立了灌區(qū)尺度和田間尺度相結合的井渠結合灌區(qū)水鹽聯(lián)合動態(tài)優(yōu)化調配模型，在人民勝利渠灌區(qū)進行了實例應用。研究取得的主要成果如下:
　　(1)剖析了井渠結合灌區(qū)的概念和

3、系統(tǒng)組成，對井渠結合灌區(qū)的主要類型和工程的布置形式做了詳細的歸納和總結，分析了井渠結合灌區(qū)水資源高效利用的功能，從可持續(xù)發(fā)展思想和資源可持續(xù)利用的實質出發(fā)，闡明了從水資源高效利用到灌區(qū)水資源高效利用的概念和特點，揭示了井渠結合灌區(qū)水資源高效利用的機理，在此基礎上，明確界定了井渠結合灌區(qū)水資源高效利用的內涵。
　　(2)基于IWMI的水平衡方法，針對井渠結合灌區(qū)存在地下水回歸利用及渠灌、井灌的投入產(chǎn)出效果不同的實際情況，提出灌溉回歸

4、水分析指標和灌溉效益費用分析指標等，作為井渠結合灌區(qū)水資源高效利用尺度效應研究分析指標，拓展了IWMI水平衡方法的適用性，提出了井渠結合灌區(qū)水資源高效利用尺度效應分析方法。
　　(3)針對SWAT模型對平原灌區(qū)特點及早作物模塊考慮較少的缺點，對SWAT模型毛管上升水、地下水埋深、渠道滲漏、騰發(fā)量計算模塊和旱作物模擬模塊進行了修改，并與MODFLOW耦合，構建了分布式地表水地下水耦合模擬模型，采用人民勝利渠灌區(qū)實測徑流、騰發(fā)量和地下

5、水位資料進行了率定和驗證，結果表明所構建的模型可用于平原井渠結合灌區(qū)不同尺度水平衡要素的模擬。
　　(4)以人民勝利渠灌區(qū)為例，設置不同灌溉情景模式，將研究區(qū)劃分為田間、支渠、分干渠、灌區(qū)4個尺度，采用構建的耦合模型對灌區(qū)不同尺度水平衡要素進行模擬，研究水分生產(chǎn)率、回歸水分析以及效益費用分析指標隨尺度的變化規(guī)律。結果表明:回歸水分析指標灌區(qū)尺度優(yōu)于其他尺度，水分生產(chǎn)率指標和效益費用分析指標田間尺度最優(yōu);平水年比枯水年用水高效;在比

6、選灌溉模式時，依據(jù)的指標不同得到的結論不同，因此，只有全面考慮各種指標進行灌區(qū)水資源高效利用綜合評價，才能得到更加準確的結論。
　　(5)根據(jù)井渠結合灌區(qū)水資源高效利用的內涵，考慮評價指標的尺度效應，以田間尺度評價為基礎，灌區(qū)尺度評價為核心，構建了井渠結合灌區(qū)田間尺度和灌區(qū)尺度的水資源高效利用綜合評價指標體系，田間尺度包含了用水效率、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益3大類6個指標，灌區(qū)尺度包含用水效率、經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益4大類11個指

7、標，并建立了多層次模糊綜合評價模型。
　　(6)在明確調配模型與評價指標關系的基礎上，灌區(qū)尺度以水分生產(chǎn)函數(shù)為依據(jù)，建立地表水地下水聯(lián)合優(yōu)化調配模型，田間尺度以水鹽生產(chǎn)函數(shù)為依據(jù)，引入臨界土壤含鹽量、臨界地下水礦化度、臨界地下水位，建立水鹽動態(tài)優(yōu)化調配模型。為了協(xié)調平衡各尺度管理主體的利益，將二者耦合建立井渠結合灌區(qū)水鹽聯(lián)合動態(tài)優(yōu)化調配大系統(tǒng)分解協(xié)調模型，并給出各尺度模型求解方法及耦合模型的運行過程。所建模型可實現(xiàn)井渠結合灌區(qū)水鹽

8、的多尺度、多維度調控。
　　(7)在人民勝利渠灌區(qū)，以2010年為現(xiàn)狀年，進行了不同尺度水資源高效利用綜合評價與調配應用研究。應用結果表明:所構建的綜合評價指標體系和評價模型可行，可為灌區(qū)不同尺度水資源高效利用提供決策依據(jù);建立的優(yōu)化調配模型合理，可對水資源高效利用評價指標進行調控。以2020年為規(guī)劃年，基于不同水資源調配技術，設置7個灌區(qū)水資源調配方案，采用灌區(qū)尺度綜合評價指標體系和模糊綜合評價模型，優(yōu)選出規(guī)劃年最佳的灌區(qū)水資源