毕业论文：位山引黄灌区水资源合理调度研究.doc

本科生本科生毕业论毕业论文（文（设计设计） ） 题题 目：目：位山引黄灌区水位山引黄灌区水资资源合理源合理调调度研究度研究 专业专业代代码码： ： 070701 作者姓名：作者姓名：李李帅帅攀攀 学学 号：号： 2007201915 单单 位：位： 环环境与境与规规划学院划学院 指指导导教教师师： ： 李李庆庆朝朝 2011 年年 5 月月 31 日日 聊聊城城大大学学本本科科毕毕业业论论文文（设计）（设计） 装订线 目目 录录 前言前言-1 1 1 灌区水资源现状灌区水资源现状-1 1.1 灌区地表水资源-1 1.2 地下水资源-2 2 2 灌区存在的问题及分析灌区存在的问题及分析-3 2.1 输水渠道衬砌率低，配套程度差，渠系渗漏损失大-3 2.2 田间工程不配套，灌水技术落后，灌溉水浪费严重- 3 2.3 引沙量大，池渠泥沙淤积严重，泥沙处理困难- 3 2.4 黄河水资源日趋紧缺，灌区引水受到限制- 3 2.5 水资源的统一调配难度大-3 3 3 灌区水资源的调度实践灌区水资源的调度实践-4 3.1 严格执行用水制度，减少管理损失-4 3.2 选择引水时机，科学调度水资源-4 3.3 推行计划用水，促进节约用水-5 3.4 严格控制引水量，防止土壤返盐-5 3.5 采取“高水位、大流量、速灌速停”的引水方案- 5 3.6 采用计算机管理灌区，加快灌区信息化建设-6 参考文献参考文献-8 致谢致谢-9 聊聊城城大大学学本本科科毕毕业业论论文文（设计）（设计） 装订线 摘摘 要要 本文介绍了位山引黄灌区的水资源现状，分析了灌区关于水资源调度方面存在的 主要问题，探讨了灌区水资源合理调度的实践方法。 关键词：关键词：位山引黄灌区；水资源合理调度；研究。 聊聊城城大大学学本本科科毕毕业业论论文文（设计）（设计） 装订线 Abstract This paper introduces the present situation of water of WeiShan Yellow River irrigation areas and analyzes the main problems of water resources of the irrigation water resources scheduling aspects and probes into the practice of reasonable irrigation scheduling method. Key words：WeiShan Yellow River irrigation areas；water resources reasonable dispatch；research. 聊聊城城大大学学本本科科毕毕业业论论文文（设计）（设计） 1 装订线 位山引黄灌区水资源的合理调度研究位山引黄灌区水资源的合理调度研究 前言前言 位山灌区始建于 1958 年，1962 年停灌，1970 年复灌。渠首设计引水流量 240m，设计灌溉面积 36 万公顷，控制聊城 8 个县（市区）90 个乡（镇）的全部或大 部分耕地，是黄河下游最大的引黄灌区，居全国特大型灌区的第 5 位。灌区骨干工程 设有东、西 2 条输沙渠，2 个沉沙区和 3 条干渠，总长 274km；分干渠 53 条，总长 797km；流量大于 1.0m/s 的支渠 393 条，总长 1419km；各类水工建筑物 5000 余座， 形成了以 2 条输沙渠、2 个沉沙区和 3 条干渠为骨干工程的灌溉网络体系，固定资产 达 7 亿多元。位山灌区作为确保聊城农业丰产增收的重要基础设施，有效地缓解了十 年九旱给聊城农业带来的严重困难，提高了粮食生产能力，保障了粮食安全。复灌至 今，灌区累计引水 365 亿 m，年均增产效益达 10 多亿元，灌区粮食生产总量达 5300 万吨，占全市粮食总产量的 72%，单产约为非灌区的 2 倍。与此同时，灌区还为聊城 工业、城镇居民生活及环境用水提供了大量优质水源。引黄补源，有效地缓解了地下 水位下降的趋势，保障了机井的正常使用，改善了区域生态环境。向电厂供水，有力 地服务了工业建设。向东昌湖、古运河、徒骇河供水，为打造“江北水城”提供了水 源支持，改善了投资环境，促进了旅游业的发展。灌区自 1981 年以来还先后承担了 6 次引黄济津和 10 次引黄入卫跨流域调水任务，向天津、河北送水 52 亿 m，有力地 支援了两省市的经济建设。 1 1灌区水资源现状灌区水资源现状 1.11.1 灌区地表水资源灌区地表水资源 灌区地表水资源主要包括当地地表水资源、入境河水资源和过境河水资源。 1.1.1 当地地表水资源 降水量：位山灌区所在区域具有比较鲜明的北温带半干旱湿润的气候特征, 春季 少雨, 干旱多风 秋季雨少, 天高气爽 冬季少雪, 气候干燥。根据对灌区内各分区雨 水资料统计分析, 灌区多年平均降水量为557.47mm，折合成水量为32.0亿m，其多年 聊聊城城大大学学本本科科毕毕业业论论文文（设计）（设计） 2 装订线 平均降水量是山东省多年平均降水量的82.4%是山东省降水量低值区。当地地表径流 量：经计算灌区多年平均径流量22461万m，多年平均径流深为39.2mm，是山东省平 均径流量的2%。 1.1.2 入境河水资源 入境河水资源指从灌区纵穿的徒骇河、马颊河的境外来水部分。位山灌区处于 徒骇河、马颊河的上游, 汇水面积较小, 且两河来水受降水的影响较大。由于受大气 降水和上游栏蓄利用程度的影响, 入境水量小、年际变化大, 其水量的年内变化同降 水一样以汛期为主, 枯水季节常出断流、干涸现象。 1.1.3 过境河水资源 过境河水资源主要指黄河水资源和卫运河水资源。其中黄河水资源是位山灌区水 资源的主要来源，灌区年均引黄河水12亿m。 1.1.4 地表水资源特点 位山灌区地表水资源具有以下特点：水资源贫乏：灌区内多年平均地表径流量 为22461万m，多年平均径流深为39.2mm，是山东省平均径流深的27%，是山东省水资 源贫乏的地区之一。年际变化大：灌区地表径流主要来源于大气降水, 受大气降水年 际间变化的影响, 地表径流量年际间的变化也比较大。年内分配不均：灌区年降水量 年内分配很不均匀, 经过对各分区降水资料的分析, 灌区降水多集中在汛期，6至9月, 多年平均汛期降水量为410.mm，占全年降水量的73.64%，多以慕雨形式出现。春灌期 3至5月份降水量为85.1mm，约占全年的15.27%，10月至翌年2月降水量为61.87mm约占 全年的11.1%由于降水年内分配不均, 造成地表径流量的也具有明显的季节性,全年径 流量80%集中在讯期，而其余8个月仅占全年的20%，因地表径流过于集中, 汛期经常 出现洪涝灾害，使大量汛期径流无法利用, 而非汛期河道断流, 给当地地表水的开发 利用带来了困难。空间分布不均衡：尽管相对来说, 位山灌区范围不大, 但降水的空 间分布却存在明显的不均衡性, 暴雨的区域差异更为明显。从对灌区雨量站降雨资料 的分析看, 灌区内降水由东南向西北呈递减趋势, 灌区降水地域分布上的不均, 使灌 区上游水资源量多于下游, 客观上加剧了灌区上、下游的用水矛盾, 给水资源的调配 增加了难度。 1.21.2 地下水资源地下水资源 灌区水文地质条件好, 浅层淡水面积大、沙层厚、储量丰富、埋藏浅、易于开采, 聊聊城城大大学学本本科科毕毕业业论论文文（设计）（设计） 3 装订线 且灌区南临黄河、西靠卫运河, 境内又有徒骇河、马颊河穿过, 地下水补给条件较好。 据分析计算, 灌区可利用地下水资源量为101667万m1。 2 2灌区存在的问题及分析灌区存在的问题及分析 2.12.1 输水渠道衬砌率低输水渠道衬砌率低, , 配套程度差配套程度差, , 渠系渗漏损失大渠系渗漏损失大 位山灌区经过多年的续建配套，干渠渠道衬砌率大大提高，渗漏损失有所减少， 但分干、支渠以下工程几乎全部为土渠，且配套工程进展缓慢，渠道渗漏损失仍然非 常严重，影响了灌区正常运行和灌溉效益的发挥。 2.22.2 田间工程不配套田间工程不配套, , 灌水技术落后灌水技术落后, , 灌溉水浪费严重灌溉水浪费严重 田间工程标准普遍偏低，工程配套率差，土地平整度差；田间固定渠道衬砌率低， 现仍以土渠为主；灌水技术落后，大部分仍以大水漫灌、串灌、淹灌为主，田间灌溉 水利用率低,灌溉水浪费严重。 2.32.3 引沙量大引沙量大, , 池渠泥沙淤积严重池渠泥沙淤积严重, , 泥沙处理困难泥沙处理困难 经过四十年的运用，造成沿渠部分分干、支渠分水口引水困难，部分引水口门淤 死，引水条件恶化。干渠和沉沙条渠沿岸堆积了大量清淤弃土，并向两岸不断展宽、 加高。清淤弃土占压耕地，使当地农民人均耕地面积不断减少，土地沙化严重，区域 环境日渐恶化，当地群众的生产生活受到很大影响，泥沙处理矛盾日益突出。 2.42.4 黄河水资源日趋紧缺，灌区引水受到限制黄河水资源日趋紧缺，灌区引水受到限制 受气候干旱和人类活动的影响，90年代以来，黄河来水量明显减少，变得可用而 不可靠。近年来，国家不断加大对黄河引用水的监控力度，并规定对引黄灌区实行限 量引水，使依靠引黄的工农业生产受到严重影响。 2.52.5 水资源的统一调配难度大水资源的统一调配难度大 目前，灌区地表水资源属灌区管理，但地下水资源由地方水行政主管部门管理， 灌区虽然有地下水取水许可证，但管理十分薄弱，地上、地下水资源不能统一调配。 引黄灌区的管理目标是“以井保丰，引黄补源” ，即在引水灌溉的同时，还承担着补 充地下水的任务。特别是下游地区地下水水位较深，通过引黄灌溉补充地下水后，不 但保证了机井供水量，而且为群众饮水提供保障，但对这部分水量没有补充机制，影 响了灌区的可持续发展2,3。 聊聊城城大大学学本本科科毕毕业业论论文文（设计）（设计） 4 装订线 3 3灌区水资源的调度实践灌区水资源的调度实践 3.13.1 严格执行用水制度，减少管理损失严格执行用水制度，减少管理损失 渠道的输水损失包括渗水损失、漏水损失和水面蒸发三部分。漏水损失是指由于 地质条件、生物作用或施工不良而形成的漏洞或裂隙所损失的水量，或因管理不善、 工程失修、建筑物漏水等原因造成的水量损失。在漏水损失中，第二种原因造成的水 量损失通过加强管理是可以减少或避免的。位山灌区在用水管理工作中，制定了位 山灌区干渠管理暂行办法、位山灌区水(沙)情测报规定等较为完善的规章制度, 严格用水管理程序，并大力加强建筑物的养护与维修，将由此造成的漏水损失减少到 最低限度，取得了良好效果。 3.23.2 选择引水时机，科学调度水资源选择引水时机，科学调度水资源 根据灌区的自然特点，选择合理的引水时机和引水次数，制定科学的时空调度方 案，是实现灌区水资源优化调度的关键4。 3.2.1 合理选择引水时机 位山灌区的自然特点是：春旱接夏旱，夏旱接秋旱，洪涝大部分出现在夏末秋 初5。灌区历年灌溉统计资料分析，3至6月与9月是灌水次数最多的两个时期。一般情 况下，全年进行4次灌溉，即2次春灌(2至5月)、1次初夏灌(6月)及1次秋灌(9至10月)， 则基本上能满足农作物(主要是小麦棉花和玉米)规律性的干旱用水。7至8月正值灌区 汛期，旱情也时有发生，但多为局部短时间的干旱，且该时段黄河水含沙量大，易造 成渠道严重淤积，给秋灌引水造成困难，甚至与暴雨遭遇，加重渍涝灾害。因此，对 于汛期中的局部干旱，力争用井灌解决。 3.2.2 科学调度水资源，缓解用水矛盾 由于位山灌区控制面积大、输水距离远，上下游县(市)不可能同时满足用水要求。 因此，在水量调配上，通过改变水量的时空分配，充分挖掘各种水源，可缓解用水矛 盾。如第1次春灌提前10天左右(2月下旬至3月上旬)，集中向下游县(市)供水，可大大 缓解春灌高峰期的用水矛盾，保证上下游作物的适时需水。当渠首引水流量只为计划 流量的60%至70%时，干渠间按各自控制的灌溉面积比例分水；当渠首引水流量小于 计划流量的60%时，有计划地实行渠段间轮灌，以求灌区均衡受益。 聊聊城城大大学学本本科科毕毕业业论论文文（设计）（设计） 5 装订线 3.33.3 推行计划用水，促进节约用水推行计划用水，促进节约用水 位山灌区于每年年初，根据黄河水情及各县(市)的上报计划与实际情况，经平衡 调整后制定当年的灌区用水计划, 上报省有关部门，下发各县(市)、各管理所。每次 引水前，将水量、流量指标下达到县(市)、各管理所；引水过程中则对各管理所的用 水计划执行情况进行监督(即实行流量包段)，向各县(市)通报情况，并根据已变化的 情况(如黄河来水、灌区降雨等)及时调整有关指标；引水结束后，则对用水计划执行 情况进行总结，对用水指标进行核定，实行“节奖超罚”用水管理办法，促进了节水 工作的开展6。 3.43.4 严格控制引水量，防止土壤返盐严格控制引水量，防止土壤返盐 黄河水虽属于淡水，但仍含有一定的盐分，特别是在排水不畅、出路不好的情况 下，盐分将不断积累，造成土壤返盐。引进的盐分一是随径流排走，二是被作物吸收， 三是积累在土壤或地下水中，参与了土壤的盐分活动7。根据“盐随水来，盐随水去， 盐随水上，水去盐留”的特点，严格控制引水量和灌水量，是防止地下水位回升、导 致土壤返盐的重要措施。位山灌区在实践中总结“四不引”，即“地下水位降不到临 界深度以下不引，局部干旱不引，黄河水含沙量大不引，临近汛期不引”的措施，在 实践中取得了较好的效果。 3.53.5 采取采取“高水位、大流量、速灌速停高水位、大流量、速灌速停”的引水方案的引水方案 由于引水含沙量大，渠道坡度小、弯道多等原因，造成渠道淤积速度较快。近年 来，鉴于以上情况及黄河一次来水持续时间较短等特点，位山灌区在工程条件允许的 情况下，采取了“大、平、稳、攻”的输水模式，较好地解决了水沙资源的优化调度 8。“大”，即短时间内的高水位、大流量，尽量按设计流量或超设计流量满负荷引 水；“平”，即沉沙池进出口流量平衡，“稳”，即渠首引水流量尽量保持稳定； “攻”，即腾空沉沙池，造成大比降、大流量攻沙。该措施的实施取得了以下效果： 3.5.1 缩短了灌溉周期 由于大流量引水，日均引水量大幅度增加，使灌溉周期大为缩短。据测算，实施 该措施后，灌溉周期缩短了 1/ 3 左右。 3.5.2 扩大了灌溉面积 由于高水位、大流量引水，相应地增加了分干渠以下及灌区下游的用水保证率， 延伸了控制范围，扩大灌溉面积3.33至5.33万公顷。 聊聊城城大大学学本本科科毕毕业业论论文文（设计）（设计） 6 装订线 3.5.3 减轻了干旱淤积 该措施的实施，改变了泥沙分布规律，减轻了干渠淤积，达到了分散沉沙的目的。 3.5.4 提高了灌溉水的利用率，节约了用水 在渠道渗漏的过程中，时间变量是重要因素，在其他因素相同的条件下，输水时 间越长，渗漏损失量越大。根据有关资料，在渠道未衬砌的条件下，如按设计流量引 水，则可缩短输水时间，减少渠道输水损失30%至50%，同时还可提高灌溉水的利用率。 据测算，位山灌区采取该措施后，节水4.56%。 3.5.5 赢得了时间，保证了灌区用水 近年来，由于黄河水资源供需矛盾突出，黄河水资源管理部门常常在用水高峰季 节采取限流措施。因此，如果不满负荷引水，势必给农业生产带来一定影响。由于采 取高水位、大流量引水，日均引水量增加，一般在管理部门限流之前基本满足了需水 要求，而且把节省的黄河水送往下游缺水地区，提高了黄河水资源的整体效益。 3.5.6 促进了灌区上下游均衡受益 由于提高了下游用水的保证率，因此使上下游用水趋于均衡（与灌区面积比）， 亦即促进了上下游均衡受益。如以可比性强的1984至1991年和1992至1996年两个阶段 来看，前一阶段上下游用水比例2.90:1.00，后一阶段上升至2.14:1.00，基本上与灌 溉面积比例相当。 3.5.7 促进了灌区整体管理水平的提高 由于高水位、大流量引水，对堤防、工程等提出了更高的要求，如加强人员管理， 改善工程形式与结构，加快工程配套，提高工程完好率以及加固薄弱堤段等。同时， 也促进了灌溉管理工作本身的不断完善与提高，如建立健全规章制度，提高测水量水 精度和水量调配水平，加快信息反馈，提高决策水平等。亦即促进了灌区整体管理水 平的不断提高。 3.6 利用计算机管理灌区，加快灌区信息化建设利用计算机管理灌区，加快灌区信息化建设 20世纪80年代，位山灌区就充分认识到了灌区信息化建设的重要性。1986年，灌 区开始与清华大学等高校进行合作，选题目、探路子，经过二十多年不懈努力，逐步 使灌区信息化系统建设形成了比较完善的结构体系9，信息化系统包括: 信息采集系 统、综合数据库及数据库管理系统、通讯及计算机网络系统、专业应用系统、渠系自 聊聊城城大大学学本本科科毕毕业业论论文文（设计）（设计） 7 装订线 动化系统等。其工作流程是：由信息采集系统将每日采集的灌区内各监测网点信息， 通过通讯系统传递给信息处理系统，由信息处理系统对其进行汇总、分析整理后，保 存到综合数据库并传递给各专业应用系统，再由