灌區(qū)庫塘系統(tǒng)聯(lián)合水資源調(diào)控技術(shù)研究

吳云山

(安徽省淠史杭總局灌溉試驗(yàn)總站，安徽 六安　237010)

?

灌區(qū)庫塘系統(tǒng)聯(lián)合水資源調(diào)控技術(shù)研究

吳云山

(安徽省淠史杭總局灌溉試驗(yàn)總站，安徽 六安237010)

文章擬以現(xiàn)代系統(tǒng)工程理論為基礎(chǔ)，采用系統(tǒng)模擬與系統(tǒng)優(yōu)化相結(jié)合的方法，從定性定量綜合集成方法論的角度，運(yùn)用大系統(tǒng)試驗(yàn)選優(yōu)方法對灌區(qū)水資源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置研究。

水資源；蒸騰量；反調(diào)節(jié)塘；庫塘系統(tǒng)；優(yōu)化調(diào)控

大官塘水庫，是滁河干渠上1座以灌溉為主、結(jié)合防洪、城鎮(zhèn)供水和水產(chǎn)養(yǎng)殖等的反調(diào)節(jié)水庫，灌區(qū)流域面積21km2，設(shè)計(jì)灌溉面積2166.7hm2畝。水庫灌區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫為15.0℃，多年平均降雨量 961.9mm，年平均網(wǎng)速為2.7m/s，年均水面蒸發(fā)量為835mm。

1　研究方法與技術(shù)路線

本研究擬在灌區(qū)系列水資源系統(tǒng)模擬基礎(chǔ)上進(jìn)行多種水資源的配置方案研究，既要解決空間上水資源配置的合理性問題，又要解決時(shí)間尺度上的蓄豐補(bǔ)枯問題。本項(xiàng)目沿著大型灌區(qū)水資源“系統(tǒng)調(diào)研→系統(tǒng)模擬→系統(tǒng)綜合評價(jià)→系統(tǒng)優(yōu)化配置”這一技術(shù)路線逐步進(jìn)行研究。

2　灌區(qū)庫塘水利工程系統(tǒng)組成

灌區(qū)庫塘系統(tǒng)主要由中小型水庫、塘壩、滁河干渠及提水泵組成的蓄、引、提聯(lián)合水資源調(diào)控系統(tǒng)。

(1)蓄水工程。水庫灌區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)有骨干中型水庫大官塘水庫1座，水庫壩址以上集水面積21.0km2，復(fù)核后總庫容1021×104m3，設(shè)計(jì)灌溉面積0.2×104hm2，是滁河干渠上一個(gè)以灌溉為主，兼顧防洪、城市供水和水產(chǎn)養(yǎng)殖的綜合利用反調(diào)節(jié)水利工程。

本水庫灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有梅沖小型水庫1座，集水面積15.66km2，復(fù)核后總庫容619.6×104m3，是以防洪為主，兼有灌溉和旅游開發(fā)等綜合利用的小(1)型水庫。

塘壩是灌溉工程必不可少的重要組成部分，具有工程小，收效快，灌水及時(shí)，就地受益的特點(diǎn)。本灌區(qū)塘壩點(diǎn)多面廣，缺乏必要的維修和管理，經(jīng)過多年運(yùn)行，灌溉、蓄水功能萎縮，總量較多。

(2)引水、提水工程。由于大官塘水庫為滁河干渠的一條重要反調(diào)節(jié)水庫，在上游大別山區(qū)水庫群有多余棄水時(shí)期，水庫可通過左岸進(jìn)出水閘從滁河干渠引水。

大官塘水庫左右岸各設(shè)置提水泵站1座，設(shè)計(jì)提水能力約2.3m3/s。但由于建于20世紀(jì)60年代，原建工程標(biāo)準(zhǔn)偏低，加之年久失修，現(xiàn)提水能力已大大降低。

3　水庫灌區(qū)主要農(nóng)作物需水分析

3.1灌區(qū)范圍及灌溉面積

表1　灌區(qū)上游片占地面積分布

大官塘水庫灌區(qū)位于安徽省中部地區(qū)，灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積0.2×104hm2，其中水田占79%，旱地占21%。灌區(qū)上游片是大官塘水庫主要部分，占地面積分布如表1所列。

3.2灌區(qū)作物種植狀況

該地區(qū)主要種植水稻，僅在地勢過高的崗嶺地帶，缺乏灌溉水源的地區(qū)才種植旱雜糧和經(jīng)濟(jì)作物。春夏播作物主要有玉米、小麥、油菜和棉花。大官塘水庫灌區(qū)水旱作物種植結(jié)構(gòu)如表2所列。

表2　灌區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)表

3.3灌溉需水量計(jì)算

作物各階段的需水量ETci的計(jì)算可利用同階段的參考作物蒸發(fā)量EToi與相應(yīng)階段的作物系數(shù)Kci的乘積求得：

其中，ETci是作物各階段的需水量；EToi是各階段的參考作物蒸發(fā)量；Kci是作物系數(shù)，是反映該作物實(shí)際騰發(fā)量與參照作物騰發(fā)量關(guān)系的參數(shù)。本灌區(qū)以水稻和小麥作為主要作物進(jìn)行計(jì)算作物年蒸騰量，計(jì)算結(jié)果表3所列。

表3　基于彭曼公式的作物年蒸騰量計(jì)算結(jié)果

4　水庫灌區(qū)水資源系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀分析

大官塘水庫灌區(qū)是一項(xiàng)采用骨干水庫與塘壩聯(lián)合運(yùn)用，以提高灌區(qū)灌溉效率，緩解灌溉水供需矛盾，提高水資源利用保證率的綜合水利工程。灌區(qū)以滁河干渠為界分為上游片和下游片，在現(xiàn)狀水利工程規(guī)模及控制運(yùn)行規(guī)則情況下，模型模擬的灌區(qū)運(yùn)行效果如表4所列。

表4　現(xiàn)狀情況下灌區(qū)運(yùn)行綜合效果

大官塘水庫水資源平衡來水要考慮大官塘水塘初始水庫蓄水量，水庫水面凈集水量以及由于上游塘壩、農(nóng)田的滲流和塘壩的排水。當(dāng)上下游灌區(qū)需要用水時(shí)，先由上下游塘壩供水，如供水不足以滿足需要，則須大官塘水庫提水。

根據(jù)文獻(xiàn)[4]，多年平均年徑流量364.4×104m3,本模型獲得的大官塘水庫灌區(qū)1991-2011年水庫調(diào)節(jié)計(jì)算，多年平均入庫徑流為383.55×104m3。

5　灌區(qū)庫塘系統(tǒng)水資源聯(lián)合優(yōu)化調(diào)控

5.1水稻適宜水深優(yōu)化調(diào)控結(jié)果

本研究首先考慮在水稻現(xiàn)狀適宜水深的基礎(chǔ)上，進(jìn)行適當(dāng)增減( 10mm)以觀察其對系統(tǒng)水資源利用的響應(yīng)關(guān)系，結(jié)果如表5所列。

表5　不同水稻適宜水深下水資源系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

由表5可見，隨著水稻適宜水深的降低，農(nóng)作物對水資源的需求有所減少，相應(yīng)灌區(qū)的缺水量、提水量、滁河干渠引水量及系統(tǒng)綜合水量均下降，相對整個(gè)灌區(qū)水資源系統(tǒng)而言，其綜合運(yùn)行效果總體是改善的，如表6所列。

表6　適宜水深減少10mm情況下灌區(qū)運(yùn)行綜合效果

5.2塘壩及反調(diào)節(jié)塘水量引用率優(yōu)化調(diào)控

田間需水灌溉時(shí)，徹底用完塘壩水量，不夠再向骨干水庫及滁河干渠引水。本研究考慮在塘壩、反調(diào)節(jié)塘及小水庫運(yùn)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進(jìn)行適當(dāng)塘壩水量預(yù)留，以觀察其對系統(tǒng)水資源利用的響應(yīng)關(guān)系，結(jié)果如表7所列。

表7　不同塘壩水量預(yù)留下水資源系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

由表7可見，隨著塘壩水量預(yù)留的加大，受水庫提水引水水量的限制，農(nóng)作物缺水量增加，另外由于塘壩本身的蒸發(fā)、滲漏損失也相應(yīng)增加，導(dǎo)致系統(tǒng)水資源利用率下降，為彌補(bǔ)這種損耗，灌區(qū)系統(tǒng)的提水量、滁河干渠引水量及系統(tǒng)綜合水量均上升，相對整個(gè)灌區(qū)水資源系統(tǒng)而言，其綜合運(yùn)行效果總體是不利的。

5.3骨干水庫提、引水位優(yōu)化調(diào)控

為充分利用水資源，本研究考慮骨干水庫的提引水位進(jìn)行適當(dāng)升降，以觀察其對系統(tǒng)水資源利用的響應(yīng)關(guān)系，結(jié)果如表8所列。

表8　骨干水庫不同提引水位下水資源系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

由表8可見，隨著骨干水庫提引水位下降，水庫的可用水資源量相應(yīng)增加，因此農(nóng)作物缺水量、滁河干渠引水量以及骨干水庫棄水量隨著減少，對整個(gè)灌區(qū)水資源系統(tǒng)而言，其綜合運(yùn)行效果總體是改善的。

6　結(jié)　　論

通過對大官塘水庫灌區(qū)庫塘系統(tǒng)水資源聯(lián)合優(yōu)化調(diào)控研究表明：

(1)對現(xiàn)有工程進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)控?？墒构鄥^(qū)上游作物缺水、上游水泵提水、骨干水庫棄水、滁河干渠引水以及系統(tǒng)綜合水量有顯著減少，即使水資源系統(tǒng)具有更好的運(yùn)行效果。

(2)對農(nóng)田水稻水深的調(diào)整。有利于農(nóng)田對降雨徑流的攔蓄、提高供水保證程度，作物灌溉保證率由59.09%提高到63.64%。

(3)對水源工程實(shí)行聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用/有利于降雨徑流的攔蓄、增加塘壩的復(fù)蓄次數(shù)，小水庫、塘壩的供水能力由現(xiàn)在的464.8×104m3提高到468.0×104m3，骨干水庫供水能力由現(xiàn)在的345.1m3增加到351.0×104m3。

由此可見，采用小水庫、塘壩聯(lián)合運(yùn)用對提高灌溉效率，緩解灌溉水供需矛盾，提高水資源利用保證程度作用非常明顯。實(shí)行聯(lián)合調(diào)節(jié)后，可以保證塘壩水源達(dá)到及時(shí)補(bǔ)充，從而促進(jìn)灌溉水的快捷運(yùn)行，提高灌溉質(zhì)量。小水庫與塘壩聯(lián)合運(yùn)用，還可以縮短水庫渠系長度，減少輸水損失，節(jié)省土方工程量和水利配套工程投資，同時(shí)也便于灌溉管理，深受農(nóng)民群眾歡迎。

[1]安徽省水利科學(xué)研究院.江淮丘陵區(qū)糧食增產(chǎn)節(jié)水技術(shù)和生態(tài)系統(tǒng)重建[R].2012.

[2]SL13-2015，灌溉試驗(yàn)規(guī)范[S].

[3]李青.淠史杭灌區(qū)中稻“淺濕間歇”灌溉制度及節(jié)水、增產(chǎn)機(jī)理[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001，(6)：740-741.

[4]安徽省水利水電勘察設(shè)計(jì)院.合肥市大官塘水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].2008.

(責(zé)任編輯陳化鋼)

Study on regulation technique of irrigation district lighten bank and pond system combined water resources

WU Yun-sahan

(Pishihang Irrigation Experimental Station of Anhui Province,Luan 237010,China)

Based on the modern systems engineering theory， using a combination methods of system simulation and system optimization，F(xiàn)rom the comprehensive integration of qualitative and quantitative methodological point of view， The optimal allocation research of water resources systems in irrigation district are studied with the selection method of large test systems。

water pesources; transpiration rate; reverse regulation of pond; lighten bank and pond system; optimal regulation.

2016-03-24；

2016-03-28

吳云山(1963-)，男，安徽六安人，高級工程師，主要從事灌溉試驗(yàn)研究及工程項(xiàng)目管理工作。

10.3969/j.issn.1671-6221.2016.03.018

TV213.9

A

1671-6221(2016)03-0054-05