涇惠渠灌區(qū)水資源配置研究

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、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)目標(biāo)最優(yōu)，對整個(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；j為作物序號；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)間水量優(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

（1）由于水資源配置不合理，涇惠渠灌區(qū)多年以來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.