賈曉蕾

(寶雞市馮家山水庫(kù)管理局，陜西 寶雞 721300)

灌區(qū)水資源利用優(yōu)化調(diào)度以實(shí)現(xiàn)水資源的開發(fā)利用、節(jié)約保護(hù)的綜合效益為目標(biāo)，通過(guò)水資源優(yōu)化調(diào)度模型的建立，實(shí)現(xiàn)水資源科學(xué)合理的調(diào)配。對(duì)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的灌溉效益，發(fā)揮水資源在生產(chǎn)、生活和生態(tài)中的資源價(jià)值具有重要的意義［1］。

1 研究區(qū)概況

某灌溉工程包括水庫(kù)水源工程和總干渠、干渠、支渠及田間配套等灌溉工程。該區(qū)域多年平均降水量1 120 mm，蒸發(fā)量610 mm，徑流量5 055萬(wàn)m3。水庫(kù)控制流域面積70 km2，總庫(kù)容2 020萬(wàn)m3。汛期5—9月，汛限水位為2 469.28 m，相應(yīng)庫(kù)容為1 765.17萬(wàn)m3?？偢汕L(zhǎng)58.85 km，控制灌溉面積89.4萬(wàn)hm2，設(shè)計(jì)引水流量4.3 m3/s。灌區(qū)內(nèi)區(qū)植被大部分為落葉林帶，農(nóng)作物以小麥、玉米、花生、棉花、大豆、水稻為主。該灌區(qū)灌溉系統(tǒng)見圖1。

2 水資源利用優(yōu)化調(diào)度方案

2.1 灌區(qū)需水量分析預(yù)測(cè)

根據(jù)該灌區(qū)農(nóng)作物種植種類的分析，以及近年來(lái)該灌區(qū)資料的分析，設(shè)計(jì)灌溉保證率為50%，灌溉水利用系數(shù)為0.65，運(yùn)用彭曼公式對(duì)灌區(qū)需水量進(jìn)行計(jì)算，得出2012，2013年以及2020年的需水量分別為4 818、4 920萬(wàn)m3和4 352萬(wàn)m3，詳見表1。

圖1 灌區(qū)灌溉系統(tǒng)

2.2 水庫(kù)模擬調(diào)度計(jì)算

結(jié)合上述灌區(qū)需水量的分析預(yù)測(cè)，綜合考慮渠道輸水損失因素，設(shè)計(jì)灌溉保證率為50%，計(jì)算出水庫(kù)長(zhǎng)系列模擬調(diào)度，得到水庫(kù)每年實(shí)際供水量。

表1 不同水平年調(diào)度運(yùn)行計(jì)算結(jié)果 萬(wàn)m3

2.3 灌區(qū)水資源優(yōu)化調(diào)度

根據(jù)該灌區(qū)水庫(kù)不同水平年調(diào)度運(yùn)行計(jì)算結(jié)果的分析，通過(guò)采用WEAP(Water Evaluation and Planning Sys—tem，WEAP)模型，即水資源評(píng)估和規(guī)劃系統(tǒng)對(duì)該灌區(qū)的水資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。WEAP模型運(yùn)用中，以2012年為基準(zhǔn)年，對(duì)該灌區(qū)2012—2020年的用水狀況進(jìn)行模擬分析?？傻霉鄥^(qū)生態(tài)環(huán)境供水量以及不同渠系的優(yōu)化配水量和不同用水戶的供水量。然后，根據(jù)該灌區(qū)水資源利用現(xiàn)狀的分析，結(jié)合水資源優(yōu)化調(diào)度原則，主要從水庫(kù)蓄水量、灌區(qū)規(guī)模及各干支渠規(guī)劃、種植結(jié)構(gòu)3個(gè)方面來(lái)實(shí)施灌區(qū)水資源的優(yōu)化調(diào)度方案。具體分析如下:

2.3.1 水庫(kù)蓄水量的優(yōu)化調(diào)度

從水庫(kù)不同水平年調(diào)度運(yùn)行計(jì)算結(jié)果中，可發(fā)現(xiàn)該灌區(qū)水庫(kù)的下泄水量大于來(lái)水量。該情況下水庫(kù)蓄水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足灌溉用水期的需水。在優(yōu)化調(diào)度方案上:

1)水庫(kù)來(lái)水量的優(yōu)化調(diào)度主要在于水庫(kù)汛期防洪優(yōu)化調(diào)度。其主要策略是根據(jù)洪水預(yù)報(bào)信息對(duì)水庫(kù)最優(yōu)蓄洪、泄洪策略進(jìn)行決策。本灌區(qū)水庫(kù)來(lái)水量的優(yōu)化調(diào)度方案主要以保證水庫(kù)最小泄洪水量為前提，引入懲罰函數(shù)β(k)，懲罰超過(guò)水庫(kù)下游安全泄量QS 的泄洪決策，從而使下泄洪水盡量均勻，在保證灌區(qū)下游防洪的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)蓄水量的優(yōu)化調(diào)度。

2)實(shí)現(xiàn)水庫(kù)水量的優(yōu)化調(diào)度是保證水庫(kù)蓄水量使用效益的關(guān)鍵。在該灌區(qū)水庫(kù)水量有限的條件下，該灌區(qū)大力推行節(jié)水灌溉措施，從傳統(tǒng)的粗放型灌溉農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)水高效的現(xiàn)代灌溉農(nóng)業(yè)。推廣地面灌溉節(jié)水技術(shù)，如平地、溝灌、間歇灌等。推行并渠結(jié)合的灌溉方式，如發(fā)展噴灌和滴灌等。

2.3.2 灌區(qū)規(guī)模及各干支渠規(guī)劃的優(yōu)化調(diào)度

本研究中，設(shè)計(jì)灌溉保證率為50%條件下，從灌區(qū)各渠系水資源供需分配情況來(lái)看，在灌區(qū)種植面積和缺水量的綜合分析上，計(jì)算結(jié)果顯示:該灌區(qū)總2 支渠控制灌溉面積最小，缺水量也最小;3 干渠控制面積最大，缺水量也最大。因此，要保證灌溉效益，必須對(duì)灌區(qū)規(guī)模及各干支渠的規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。在灌區(qū)規(guī)模和各干支渠規(guī)劃上，干渠應(yīng)盡可能布置在高處，位置盡量居中，以便使整個(gè)灌區(qū)都能采用自流灌溉，并縮短渠系長(zhǎng)度。渠道斷面由通過(guò)的設(shè)計(jì)流量加保護(hù)高度確定。渠中流速應(yīng)保證不淤、不沖。各級(jí)干渠的設(shè)計(jì)流量Q(m3/s)可按下式計(jì)算:

式中:F 為渠道所控制的灌溉面積，m2;ai為灌溉面積內(nèi)某些作物的種植面積占所控制面積的分率;qi為灌溉在該作物上的水量，m3/(s·m2);k 值可取0.5～0.6。

2.3.3 種植結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

該灌區(qū)在水庫(kù)資源一定的前提下，要實(shí)現(xiàn)水資源利用的優(yōu)化調(diào)度，可對(duì)灌區(qū)農(nóng)作物的種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)水型種植結(jié)構(gòu)。根據(jù)該灌區(qū)的農(nóng)作物種類，該灌區(qū)的節(jié)水型種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型主要是在水量約束條件下，以小麥、玉米、花生、棉花、大豆、水稻6 種類型的農(nóng)作物種植面積的優(yōu)化為主要目標(biāo)。具體實(shí)踐中，采用DPS 線性分析軟件，得出該灌區(qū)節(jié)水型種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案見表2。

表2 灌區(qū)節(jié)水型種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案 萬(wàn)hm2

3 結(jié)語(yǔ)

灌區(qū)水資源利用的優(yōu)化調(diào)度需在灌區(qū)需水量分析預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，計(jì)算出水庫(kù)長(zhǎng)系列模擬調(diào)度。并結(jié)合灌區(qū)的實(shí)際灌溉情況，從水庫(kù)蓄水量、灌區(qū)規(guī)模及各干支渠規(guī)劃、種植結(jié)構(gòu)3個(gè)方面來(lái)實(shí)施灌區(qū)水資源的優(yōu)化調(diào)度方案，實(shí)現(xiàn)水資源科學(xué)合理的調(diào)配，提高灌溉效益。

［1］戴長(zhǎng)占，陳兆生，戴曉舟.江東灌區(qū)水資源分析及節(jié)水途徑探討［J］.黑龍江水利科技，2006，34(04):165.