井渠结合灌区农业水资源优化调配耦合模型研究
灌区作为保障国家粮食安全、维系社会稳定、推广先进技术、促进农村进步、支撑经济发展、减免灾害破坏、保护生态环境等方面的重要角色,具有国家基础性和国际战略性重要地位。由于目前水资源紧缺,农业用水形势更为严峻,水量不足、生态恶化,严重影响着农业生产发展。改善灌区水资源开发利用过程,科学合理调配各项水源,提高农业水资源利用效率,是解决农业水资源危机、改善灌区生态环境质量、促进灌区生产可持续发展的重要手段。本文从灌区实际状况出发,在查阅总结国内外学者对于灌区农业水资源调配研究成果的前提下,针对灌区用水的部分问题,在明确水资源配置理论、四水转化理论、耦合理论等的基础上,构建灌区农业水资源优化调配耦合模型,并以人民胜利渠灌区为研究对象展开实例研究,为灌区提供一定的科学指导。主要研究内容包括以下几个方面:(1)灌区农业水资源优化调配耦合模型构建。针对灌区特性,以总用水量最小为目标,以不同时段、不同分区的地下可供水量、地表可供水量、需水量等为条件,以控制实际蒸散发、作物根部土壤含水率、地下水位埋深等为约束,建立灌区农业水资源优化调配模型;以数据的时空尺度转换为要素,以四水转化模型的灌溉模块为纽带,以各水源利用过程为耦合点,将四水转化模型与农业水资源优化调配模型进行耦合,构建灌区农业水资源优化调配耦合模型。(2)研究区概况及灌区四水转化模型参数率定。选定人民胜利渠灌区为研究区域,查阅、收集相关数据资料,包括气象、土壤、地形、地质等,以MIKE SHE分布式水文模型为基础,选取蒸散发、坡面流、饱和流、非饱和流、灌溉等主要模块,设定合适的模拟范围及计算单元等,将灌区有关数据资料以正确格式输入相应模块,以相关系数和纳什效率系数为评价指标,以灌区内23口观测井实测数据为依据,选用2009~2011年进行参数率定,并采用2012年的实测数据进行模型验证,校准期与验证期内的地下水位实测值与模拟值的变化趋势基本一致,拟合结果较好,所建模型合理可行。(3)灌区农业水资源优化调配耦合模型应用。针对人民胜利渠灌区特点,应用灌区农业水资源优化调配耦合模型,分别对现状情景、引黄水量减少情景、考虑引黄调蓄工程三种不同来水情景进行模拟优化分析研究,提出最佳调配方案,为其提供一定科学指导。三种情境下,最终优化调配方案的总用水量分别为43305.5万m3、42119.0万m3、45137.6万m3,减少总用水量分别为:11.22%、13.66%、7.47%,总体井渠比例分别为1∶3.155、1∶2.192、1∶2.803,均处于较为理想的状态;地下水位埋深变化过程中,总体变化趋势均为先降后增,总体保持一致;灌区全年实际蒸散发控制在650mm以下;灌区全年平均土壤含水率大体维持在10%~30%之间,适宜作物生长。可见,经模型优化,三种情景下,其结果均得到了显著改善。
