董起廣 ，李 娜

（1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075）

作為一個(gè)典型的渠井雙灌區(qū)，陜西涇惠渠灌區(qū)水資源利用不合理，引起農(nóng)業(yè)灌溉問題凸顯，地下水超采，造成大面積地下水位持續(xù)下降，從而引發(fā)了諸多環(huán)境地質(zhì)問題。針對(duì)以上問題，結(jié)合灌區(qū)自然條件、作物種植及水分利用的情況，設(shè)定地下水位閾值及用水量區(qū)間，進(jìn)行灌區(qū)地表水——地下水水資源聯(lián)合配置，為當(dāng)?shù)厮Y源合理開發(fā)及農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

文章所用到的氣象資料，地表灌溉引水量和地下水開采量等水資源量資料通過(guò)陜西省氣象局及涇惠渠管理站收集獲得。

2 水資源配置模型建立

針對(duì)涇惠渠灌區(qū)的具體情況，以保證灌區(qū)合理、可持續(xù)發(fā)展及不引起環(huán)境地質(zhì)問題為原則，為達(dá)到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)目標(biāo)最優(yōu)，對(duì)整個(gè)灌區(qū)水資源在利用方式、空間布局和綜合效益等方面系統(tǒng)地進(jìn)行設(shè)計(jì)和布局，并形成水資源優(yōu)化配置方案。

涇惠渠灌區(qū)包括兩區(qū)四縣，供水水源為地表水和地下水兩種水源，文章在充分了解灌區(qū)供需水量的基礎(chǔ)上，采用大系統(tǒng)理論建立三層結(jié)構(gòu)的水資源配置模型，并求解得出在50%和75%兩種頻率年下的地表水——地下水配置方案。

2.1 單一作物水資源配置

（1）目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)采用Jensen模型，單位面積實(shí)際產(chǎn)量（Ya）與最高產(chǎn)量（Ym）比值最大為目標(biāo)：

式中，ETa為作物實(shí)際蒸發(fā)蒸騰量；ETm為作物最大蒸發(fā)蒸騰量；λi為作物敏感系數(shù)。

（2）約束條件。單一作物水資源配置中約束條件分為兩種，即水量約束和騰發(fā)量約束：①水量約束。分配給某種作物全生育期的水量不能超過(guò)其水源向作物提供的最大水量；②騰發(fā)量約束。不同作物各生育階段的騰發(fā)量不能超過(guò)其最大騰發(fā)量。

2.2 多種作物灌水量分配

在同一灌區(qū)內(nèi)常種植多種作物，在種植結(jié)構(gòu)和上層供給水量不變的情況下，水量分配不同，效益也不同，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)內(nèi)用水量和經(jīng)濟(jì)效益協(xié)調(diào)最優(yōu)是本層的計(jì)算目的。

式中：i為子系統(tǒng)序號(hào)；j為作物序號(hào)；fij（Qij）為i子系統(tǒng)j作物的單產(chǎn)；Qij為i子系統(tǒng)j作物單位面積灌溉水量；Sij為i子系統(tǒng)j作物種植面積；Cj為作物單價(jià)。

（2）約束條件。在同一灌區(qū)內(nèi)，子系統(tǒng)中各種作物灌溉用水量之和應(yīng)小于等于灌區(qū)分配給該子系統(tǒng)的水量。

2.3 子區(qū)間水量?jī)?yōu)化分配模型

在本層計(jì)算中，將灌區(qū)全年可供總水量分配給下一層內(nèi)各子系統(tǒng)，對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)，可根據(jù)管理站多種作物最優(yōu)水量分配方法，確定其效益最大的該子系統(tǒng)水量最優(yōu)分配方案，并將獲得的該子系統(tǒng)效益反饋給上層，通過(guò)交替計(jì)算，即可獲得整個(gè)系統(tǒng)效益最大的水量分配方案。

（1）目標(biāo)函數(shù)。以全灌區(qū)效益最大為目標(biāo)函數(shù)：

（1）目標(biāo)函數(shù)。以子系統(tǒng)效益最大為目標(biāo)：

式中：Z為全灌區(qū)總效益；zi為灌區(qū)子系統(tǒng)i效益；Wi為灌區(qū)分配給i子系統(tǒng)的總灌溉水量；yg為地下水單方水成本；Qgi為子系統(tǒng)i地下水灌溉用水量；ys為地表水單方水成本；Qsi為系統(tǒng)i地表水灌溉用水量。

（2）約束條件。對(duì)于該子系統(tǒng)而言，包括地表水約束和地下水約束，即：①各子系統(tǒng)渠道供水量之和不能大于渠首全年可引總水量；②各子系統(tǒng)地下水灌溉用水量之和不能大于灌區(qū)全年允許地下水開采量。

對(duì)水資源配置模型的3層結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化求解，推求作物的最優(yōu)灌溉用水制度，確定作物在50%和75%降水頻率下的配置方案。經(jīng)計(jì)算，50%平水年總灌溉量為2.69億m3，渠灌水量1.52億m3，井灌水量1.17億m3；75%枯水年為2.5億m3，渠灌水量1.33億m3，井灌水量1.17億m3。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）由于水資源配置不合理，涇惠渠灌區(qū)多年以來(lái)一直存在地下水超采情況；文章在前人的研究基礎(chǔ)上，提出了井渠結(jié)合灌區(qū)水資源優(yōu)化配置方案。

（2）采用Jensen模型，以綜合效益最大為目標(biāo)，以供水量限制等條件為約束，進(jìn)行求解，得出50%平水年和75%枯水年下作物的灌溉水源分配方案。

［1］周維博，李佩成.我國(guó)農(nóng)田灌溉的水環(huán)境問題［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2001，12（3）：413-417.