灌区水资源利用优化调度研究

贾晓蕾

(宝鸡市冯家山水库管理局，陕西 宝鸡 721300)

灌区水资源利用优化调度以实现水资源的开发利用、节约保护的综合效益为目标，通过水资源优化调度模型的建立，实现水资源科学合理的调配。对提高农业生产的灌溉效益，发挥水资源在生产、生活和生态中的资源价值具有重要的意义［1］。

1 研究区概况

某灌溉工程包括水库水源工程和总干渠、干渠、支渠及田间配套等灌溉工程。该区域多年平均降水量1 120 mm，蒸发量610 mm，径流量5 055万m3。水库控制流域面积70 km2，总库容2 020万m3。汛期5—9月，汛限水位为2 469.28 m，相应库容为1 765.17万m3。总干渠全长58.85 km，控制灌溉面积89.4万hm2，设计引水流量4.3 m3/s。灌区内区植被大部分为落叶林带，农作物以小麦、玉米、花生、棉花、大豆、水稻为主。该灌区灌溉系统见图1。

2 水资源利用优化调度方案

2.1 灌区需水量分析预测

根据该灌区农作物种植种类的分析，以及近年来该灌区资料的分析，设计灌溉保证率为50%，灌溉水利用系数为0.65，运用彭曼公式对灌区需水量进行计算，得出2012，2013年以及2020年的需水量分别为4 818、4 920万m3和4 352万m3，详见表1。

图1 灌区灌溉系统

2.2 水库模拟调度计算

结合上述灌区需水量的分析预测，综合考虑渠道输水损失因素，设计灌溉保证率为50%，计算出水库长系列模拟调度，得到水库每年实际供水量。

表1 不同水平年调度运行计算结果 万m3

2.3 灌区水资源优化调度

根据该灌区水库不同水平年调度运行计算结果的分析，通过采用WEAP(Water Evaluation and Planning Sys—tem，WEAP)模型，即水资源评估和规划系统对该灌区的水资源进行优化调度。WEAP模型运用中，以2012年为基准年，对该灌区2012—2020年的用水状况进行模拟分析。可得灌区生态环境供水量以及不同渠系的优化配水量和不同用水户的供水量。然后，根据该灌区水资源利用现状的分析，结合水资源优化调度原则，主要从水库蓄水量、灌区规模及各干支渠规划、种植结构3个方面来实施灌区水资源的优化调度方案。具体分析如下:

2.3.1 水库蓄水量的优化调度

从水库不同水平年调度运行计算结果中，可发现该灌区水库的下泄水量大于来水量。该情况下水库蓄水量远远不能满足灌溉用水期的需水。在优化调度方案上:

1)水库来水量的优化调度主要在于水库汛期防洪优化调度。其主要策略是根据洪水预报信息对水库最优蓄洪、泄洪策略进行决策。本灌区水库来水量的优化调度方案主要以保证水库最小泄洪水量为前提，引入惩罚函数β(k)，惩罚超过水库下游安全泄量QS 的泄洪决策，从而使下泄洪水尽量均匀，在保证灌区下游防洪的同时，实现水库蓄水量的优化调度。

2)实现水库水量的优化调度是保证水库蓄水量使用效益的关键。在该灌区水库水量有限的条件下，该灌区大力推行节水灌溉措施，从传统的粗放型灌溉农业转变为节水高效的现代灌溉农业。推广地面灌溉节水技术，如平地、沟灌、间歇灌等。推行并渠结合的灌溉方式，如发展喷灌和滴灌等。

2.3.2 灌区规模及各干支渠规划的优化调度

本研究中，设计灌溉保证率为50%条件下，从灌区各渠系水资源供需分配情况来看，在灌区种植面积和缺水量的综合分析上，计算结果显示:该灌区总2 支渠控制灌溉面积最小，缺水量也最小;3 干渠控制面积最大，缺水量也最大。因此，要保证灌溉效益，必须对灌区规模及各干支渠的规划进行优化调度。在灌区规模和各干支渠规划上，干渠应尽可能布置在高处，位置尽量居中，以便使整个灌区都能采用自流灌溉，并缩短渠系长度。渠道断面由通过的设计流量加保护高度确定。渠中流速应保证不淤、不冲。各级干渠的设计流量Q(m3/s)可按下式计算:

式中:F 为渠道所控制的灌溉面积，m2;ai为灌溉面积内某些作物的种植面积占所控制面积的分率;qi为灌溉在该作物上的水量，m3/(s·m2);k 值可取0.5～0.6。

2.3.3 种植结构的优化

该灌区在水库资源一定的前提下，要实现水资源利用的优化调度，可对灌区农作物的种植结构进行优化，实现节水型种植结构。根据该灌区的农作物种类，该灌区的节水型种植结构优化模型主要是在水量约束条件下，以小麦、玉米、花生、棉花、大豆、水稻6 种类型的农作物种植面积的优化为主要目标。具体实践中，采用DPS 线性分析软件，得出该灌区节水型种植结构优化方案见表2。

表2 灌区节水型种植结构优化方案 万hm2

3 结语

灌区水资源利用的优化调度需在灌区需水量分析预测的基础上，计算出水库长系列模拟调度。并结合灌区的实际灌溉情况，从水库蓄水量、灌区规模及各干支渠规划、种植结构3个方面来实施灌区水资源的优化调度方案，实现水资源科学合理的调配，提高灌溉效益。

［1］戴长占，陈兆生，戴晓舟.江东灌区水资源分析及节水途径探讨［J］.黑龙江水利科技，2006，34(04):165.