渠井双灌区水资源管理途径的探讨

泾惠渠灌区是一个渠井结合的大型灌区。渠水和井水两种水源相互补充 ,为灌区的农业丰收提供了有力的水源保证。但随着农村联产承包责任制的实施和市场经济的发展 ,两种水源由于缺乏统一管理 ,开发、利用矛盾日趋突出 ,已成为制约灌区农业经济发展主要因素之一。为此 ,作者对水资源管理作了探讨。

耦合地下水模拟的渠井灌区水资源时空优化配置

为控制渠井灌区地下水位,合理确定地表水和地下水的分配方案,构建水资源时空优化与地下水数值模拟耦合的模型体系。以灌区缺水量最小、时段缺水率均衡和渠系单元缺水均衡为原则建立灌区地表水地下水联合利用的时间和空间优化模型,分别采用人工鱼群算法和粒子群算法求解,以优化的地表水供水量和地下水开采量为耦合变量,作为地下水模拟模型的输入,以丰、平、枯水年地下水位变幅之和最小为模拟目标,获得不同水文年地表水地下水的时空优化配置方案。泾惠渠灌区优化结果表明,丰水年和平水年不缺水,枯水年在2020年和2030年灌溉缺水分别为4 489万m3和3 941万m3,主要分布在12月、3月、6月、7月、8月。2020年丰、平、枯水年灌区平均地下水位变幅分别为0.49、0.06、-0.42 m,2030年丰、平、枯水年灌区平均地下水位变幅分别为0.21、-0.08、-0.26 m,基本上实现多年采补平衡。耦合地下水模拟的水资源时空优化配置方法,是渠井灌区实现水资源合理利用和生态健康的有效途径。

泾惠渠灌区作物种植结构变化对灌溉需水量的影响

研究种植结构变化对灌区作物需水量和灌溉需水量的影响,能够为作物生育期的灌溉用水管理和农业水资源规划提供基础数据。依据泾惠渠灌区实测降水和蒸发蒸腾等气象数据,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式和作物系数法计算灌区主要作物需水量;通过频率计算和配线法确定灌区丰水年(25%)、平水年(50%)和枯水年(75%)的有效降水量;根据1988—2014年Landsat卫星遥感影像提取的泾惠渠灌区不同历史时期农业种植结构数据,计算典型水文年份灌区总灌溉需水量,并分析作物需水量和灌溉需水量在不同典型水文年的年际和月际变化。结果表明,随着泾惠渠灌区农业种植结构的变化,灌区总的作物需水量和灌溉需水量都呈现显著下降趋势。但泾惠渠灌区在1988—2005年间,单位面积平均作物需水量和平均灌溉需水量都基本保持不变,随后均呈小幅下降趋势。各月份作物总需水量和总灌溉需水量除6月份之外,其余各月份都呈现显著下降趋势;但在此期间,灌区单位面积平均作物需水量和平均灌溉需水量除在4、8、9月份呈下降趋势,而6月份呈显著增加趋势外,其余各月份基本保持不变。灌区总的作物需水量和灌溉需水量的下降主要是由农作物种植面积大量减少所致,种植结构的变化对其影响较小,但灌区种植结构调整后的作物需水量状况更符合区域有效降水特点。

渠井双灌区水资源统一调控的管理机制研究

分析制约泾惠渠灌区渠井协调发展的主要原因,开展水资源统一调控管理机制研究。在了解泾惠渠渠井双灌区发展历程的基础上,指出水资源管理主体不一致、地下水无计量设施和水价不统一是制约渠井协调发展的主要原因。通过完善水资源管理体制、建立水量计量与监控机制、实施总量控制与定额管理相结合的用水管理制度、建立"异水同价、阶梯水价"的水价形成机制、建立水资源联合调控智能管理决策系统、建立舆论监督制度等一系列措施,对泾惠渠灌区水资源统一调控管理机制进行了初步研究探讨。

泾惠渠灌区冬小麦适宜灌溉模式研究

采用大田试验,分别在冬小麦越冬期、返青期及灌浆期进行灌水处理,以确定一般水平年型下冬小麦的适宜灌水模式。结果表明,地上部分及根系干物质量和株高均随全生育期灌水量的增加而增大,越冬期和返青期灌水有利于冬小麦根冠生长。全生育期灌水下产量比全生育期不灌水和返青期灌水分别增加了24.72%和13.55%,全生育期不灌水处理下千粒质量最小,"返青期+灌浆期"灌水条件下产量和千粒质量大于"越冬期+返青期"灌水与"越冬期+灌浆期"灌水。株高与根系干物质量对产量均显著正相关,可作为评价冬小麦产量的主要因素。"返青期+灌浆期"灌水处理下,水分利用效率最高,产量也相对较高,实现了高产与高效的统一,为泾惠渠灌区适宜的灌水模式。

泾惠渠灌区浑水泥沙输移特征

通过对泾惠渠灌区2013年夏秋灌期干支斗渠浑水资料的实时取样分析,探究渠灌区渠系挟沙水流含沙量及泥沙级配的时空变化规律,量化描述不同粒径悬移质泥沙颗粒的输移特征,旨在获得灌渠渠系内挟沙水流历经冲淤过程不同粒径悬沙沿程的垂向分布与输移规律,为渠灌区的运行及泥沙问题的处理提供理论基础。灌区内进行的原型取样测流工作在选定的具有代表性的干-支-斗渠线路上进行,观测分析了灌区渠系含沙量及不同粒径泥沙颗粒沿垂线分布的特征,验证分析了挟沙水流历经淤积过程含沙量分布的变化规律。通过对典型渠系线路不同粒径悬移质泥沙的沿程调整计算分析,表明不同粒径泥沙沿程的输移特征不同,各分组沙的冲淤特征并不都和全沙平均计算结果一致,其中级配曲线左端一定粒径范围(约>0.015 mm)的粗沙与全沙具有同冲同淤的规律。该研究可为泾惠渠灌区泥沙处理利用以及渠灌区浑水调控理论与技术的进一步研究提供依据。

基于主成分分析法的ANFIS模型及其应用

利用泾惠渠灌区1981—2010年的地下水埋深数据,采用主成分分析法对影响地下水埋深的7个因子进行分析,结果表明降水量、蒸发量、渠灌引水量、地下水开采量以及渠井用水比5个因子作为主要影响因子,构造ANFIS模型,经训练后模拟结果与实际值较吻合,可以较精确地对未来的地下水埋深进行预测。

基于地下水合理埋深的井渠结合灌区水资源联合调控

以泾惠渠灌区为例,针对井渠结合灌区地下水超采及地下水位上升而导致的农田灌溉水环境等问题,从水位调控水量的角度出发,提出了基于地下水位合理埋深的水资源调控模式。在确定不同水文地质单元和不同植被类型条件下地下水位合理埋深上下限的基础上,结合PSO-RBF神经网络对地下水位埋深预测的结果,设计了基本、节水两种水资源联合方案,对不同保证率下的灌区水资源进行了联合调控。结果表明：泾惠渠灌区地下水位合理埋深上限介于1.76-3.50m,下限介于8.7-25.0m,不同水文地质单元、植被类型的水位埋深上下限值差异较大;水资源联合调控时,局部地区出现地下水超采,需加强节水灌溉和多水源的联合调控。