灌區水資源利用優化調度研究

賈曉蕾

(寶雞市馮家山水庫管理局，陜西 寶雞 721300)

灌區水資源利用優化調度以實現水資源的開發利用、節約保護的綜合效益為目標，通過水資源優化調度模型的建立，實現水資源科學合理的調配。對提高農業生產的灌溉效益，發揮水資源在生產、生活和生態中的資源價值具有重要的意義［1］。

1 研究區概況

某灌溉工程包括水庫水源工程和總干渠、干渠、支渠及田間配套等灌溉工程。該區域多年平均降水量1 120 mm，蒸發量610 mm，徑流量5 055萬m3。水庫控制流域面積70 km2，總庫容2 020萬m3。汛期5—9月，汛限水位為2 469.28 m，相應庫容為1 765.17萬m3。總干渠全長58.85 km，控制灌溉面積89.4萬hm2，設計引水流量4.3 m3/s。灌區內區植被大部分為落葉林帶，農作物以小麥、玉米、花生、棉花、大豆、水稻為主。該灌區灌溉系統見圖1。

2 水資源利用優化調度方案

2.1 灌區需水量分析預測

根據該灌區農作物種植種類的分析，以及近年來該灌區資料的分析，設計灌溉保證率為50%，灌溉水利用系數為0.65，運用彭曼公式對灌區需水量進行計算，得出2012，2013年以及2020年的需水量分別為4 818、4 920萬m3和4 352萬m3，詳見表1。

圖1 灌區灌溉系統

2.2 水庫模擬調度計算

結合上述灌區需水量的分析預測，綜合考慮渠道輸水損失因素，設計灌溉保證率為50%，計算出水庫長系列模擬調度，得到水庫每年實際供水量。

表1 不同水平年調度運行計算結果 萬m3

2.3 灌區水資源優化調度

根據該灌區水庫不同水平年調度運行計算結果的分析，通過采用WEAP(Water Evaluation and Planning Sys—tem，WEAP)模型，即水資源評估和規劃系統對該灌區的水資源進行優化調度。WEAP模型運用中，以2012年為基準年，對該灌區2012—2020年的用水狀況進行模擬分析。可得灌區生態環境供水量以及不同渠系的優化配水量和不同用水戶的供水量。然后，根據該灌區水資源利用現狀的分析，結合水資源優化調度原則，主要從水庫蓄水量、灌區規模及各干支渠規劃、種植結構3個方面來實施灌區水資源的優化調度方案。具體分析如下:

2.3.1 水庫蓄水量的優化調度

從水庫不同水平年調度運行計算結果中，可發現該灌區水庫的下泄水量大于來水量。該情況下水庫蓄水量遠遠不能滿足灌溉用水期的需水。在優化調度方案上:

1)水庫來水量的優化調度主要在于水庫汛期防洪優化調度。其主要策略是根據洪水預報信息對水庫最優蓄洪、泄洪策略進行決策。本灌區水庫來水量的優化調度方案主要以保證水庫最小泄洪水量為前提，引入懲罰函數β(k)，懲罰超過水庫下游安全泄量QS 的泄洪決策，從而使下泄洪水盡量均勻，在保證灌區下游防洪的同時，實現水庫蓄水量的優化調度。

2)實現水庫水量的優化調度是保證水庫蓄水量使用效益的關鍵。在該灌區水庫水量有限的條件下，該灌區大力推行節水灌溉措施，從傳統的粗放型灌溉農業轉變為節水高效的現代灌溉農業。推廣地面灌溉節水技術，如平地、溝灌、間歇灌等。推行并渠結合的灌溉方式，如發展噴灌和滴灌等。

2.3.2 灌區規模及各干支渠規劃的優化調度

本研究中，設計灌溉保證率為50%條件下，從灌區各渠系水資源供需分配情況來看，在灌區種植面積和缺水量的綜合分析上，計算結果顯示:該灌區總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，必須對灌區規模及各干支渠的規劃進行優化調度。在灌區規模和各干支渠規劃上，干渠應盡可能布置在高處，位置盡量居中，以便使整個灌區都能采用自流灌溉，并縮短渠系長度。渠道斷面由通過的設計流量加保護高度確定。渠中流速應保證不淤、不沖。各級干渠的設計流量Q(m3/s)可按下式計算:

式中:F 為渠道所控制的灌溉面積，m2;ai為灌溉面積內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 種植結構的優化

該灌區在水庫資源一定的前提下，要實現水資源利用的優化調度，可對灌區農作物的種植結構進行優化，實現節水型種植結構。根據該灌區的農作物種類，該灌區的節水型種植結構優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 種類型的農作物種植面積的優化為主要目標。具體實踐中，采用DPS 線性分析軟件，得出該灌區節水型種植結構優化方案見表2。

表2 灌區節水型種植結構優化方案 萬hm2

3 結語

灌區水資源利用的優化調度需在灌區需水量分析預測的基礎上，計算出水庫長系列模擬調度。并結合灌區的實際灌溉情況，從水庫蓄水量、灌區規模及各干支渠規劃、種植結構3個方面來實施灌區水資源的優化調度方案，實現水資源科學合理的調配，提高灌溉效益。

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