（水文学及水资源专业论文）陕西省宝鸡峡灌区解决缺水问题的方案研究.pdf

摘要 摘要 宝鸡峡引渭灌溉工程是我省大型灌溉工程之一。二十多年来，对于解决渭北 高塬严重的干旱问题，保障和改善灌区人民生活都发挥了巨大的作用。然而，从 多年的运行实践来看，宝鸡峡灌区仍然是一个缺水十分严重的灌区。 针对宝鸡峡灌区灌溉系统的运行现状，指出为解决灌区目前所面临的问题， 一方而，应充分开发利用现有水资源，另一方面，灌区多个蓄水工程及附属工程 之间应相互配合，系统运用，从而达到灌区整体效益的最大化。 本文通过对宝鸡峡灌区工程运行情况及缺水现状分析，提出在渭河一级支流 小水河修建水利工程。并通过对系统分析的各种有关理论、模型及方法的研 究，选定线性规划数学模型作为宝鸡峡灌区多个水库联合运用的基础，分析宝鸡 峡灌区的管理、运行现状，确定理论上合理、经济上可行的小水河工程建设项目 的规模并进行调节计算。最后用国民经济评价、财务评价及模糊综合评价方法对 规划设计进行检验。其结果说明，修建小水河水利工程条件具备，且小水河蓄水 工程的规划、设训以及多水库联合运用调节计算成果在理论上是合理的，在经济 及财务上足可行的。 关键词：宝鸡峡灌区模糊综合评价国民经济评价财务评价 a b s t r a c t b a o j i x i ai ”i g a t i o np r o j e c ti st h em o s ti m p o r t a n to n ei ns h a n n x ip r o v i n c e n h a d p l a y e da i li m p o r t a n cr o l eo ns o l v i n g 血ea r i dp r o b l e ma n di m p r o v i n gt h eh u m a l ll i f ei n t 1 1 ew e i b e ip l a t e a ua r e ai nt h e1 a s t2 0y e a r s b u t 廿1 es h o n a g ep r o b l e mi ss t i l ls e r i o u si n t l l i si r r i g a t i o na r e a a i m e da tt h eo p e r a t i n gs t a t u so fb a o j i x i ai r r i g a t i o ns y s t e m ，、v ea d v a n c et w o w a y st os o l v et h ep r o b l e m s ，n a m e l y ，w es h o u l dd e v e l o pa n d u m i z et h ee x i s t i n gw a t e r r e s o u r c e so nt h eo n eh a n da 1 1 ds h o u l dd i s c u s sar l e wr e s e r v o i ro nt h eo t h e rh a n di n o r d e rt om a x i m i z et h et o t a lb e n e 丘to ft 上l i sw a t e rr e s o u r c e sp r o j e c t i nt h i sp 印e r ，w e1 a y o u tt od e v e l o pm ex i a o s h u i h er j v e r ，ab r a n c ho fw 萄r i v e r a 1 1 dt op i a nt h en e wr e s e r v o i rb a s e do nt h ep r e s e n tp r o j e c to p e r a t i o ns t a t u sa n dw a t e r s h o r t a g es i t u a t i o n e s p e c i a l l y - d u et ot 1 1 et h es t u d y i n go f t l l ec o r r e l a t i v et l l e o r y 、m o d e l s a n dm e m o d so fs y s t e ma n a l y s i s ，m el i n e rp r o g r a 1 m i n gm a 1 e m a t i c sm o d e l i st a k e n a st h eb a s i so ft h ec o n j u n c t i v eo p e r a t i o no fm u l t i r e s e r v o i r s t h e n ，w ec a na n a l y z et h e c a l c u l a t e dr e s u h sa n do b t a i nt h ea p p r o p r i a t ep a r a m e t e r so ft h ex i a o s h u i h er e s e r v o i r f a tt h el a s t ，w ev e r i f yt h er e s u l t so ft 1 1 ep l a i l n i n ga n do p e r a t i n gw i t ht h ee c o n o m y a s s e s s m e m 、n n a l l c ea s s e s s m e n ta 1 1 df u z z ys y n t h e s i sa s s e s s m e n t i ts h o w st h a tt h e x i a o s h u i h er e s e r v o i ri sr e a s o n a b l ei nt h e o r ya n df e a s i b l ei ne c o n o m ya n df i n a n c e k e yw o r d s ：b a o j i x i ai r r i g a t i o np r o j e c tf u z z ys y n t h e s i sa s s e s s m e n t e c o n o m ya s s e s s m e n t f i n a n c ea s s e s s m e n t 第一章概述 1 1 问题的提出 中国是世界水资源大国，水资源总量占全球径流资源的6 左右，仅次于巴 西、前苏联和加拿大，居第四位。但人均水资源量很少，人均占有水资源只相当 于世界人均水平的1 4 ，世界排名第1 1 0 位，被列为全球1 3 个人均水资源贫乏 的国家之一。中国又是世界上用水量最多的国家，1 9 9 3 年全国淡水取用量达到 5 2 5 5 亿m 3 。大约占世界年取用量的1 2 ，是美国1 9 9 5 年淡水供应量4 7 0 0 亿3 的1 1 倍。由于用水量不断增大，近些年来中国淡水供应不足已见端倪，缺水呼 声此起彼伏。再加上长期以来，粗放型的水资源利用方式造成了水资源的极大浪 费，水资源的稀缺在我国早已是不言而喻的事实了。近年来，随着全球性人口增 长、工农业生产的大力发展、都市化现象的兴起和人们生活水平的不断提高，致 使人们对水资源的需求日益增长，水资源的供需矛盾更加尖锐。 西北地区尤其缺水，黄河断流目甚一日。7 0 年代黄河平均断流河长为2 4 2 k m ， 8 0 年代为2 5 6 k m ，9 0 年代达到3 9 2 k m 。9 0 年代以前，断流一般在河口地区：1 9 9 2 1 9 9 4 年上延到山东济南附近；1 9 9 5 年发展到河南夹河滩以上，断流河长达6 8 3 k m ； 1 9 9 7 年延伸到河南开封以上，断流河长超过7 0 0 i ( 1 1 1 ，占黄河下游干流长的9 0 以 上。不仅如此，黄河入海水量不断减少，1 9 9 0 1 9 9 4 年平均入海水量只有1 8 4 亿m 3 ，相当于8 0 年代年平均入海量3 7 1 亿m 3 的5 9 、6 0 年代平均入海水量4 9 2 亿m 3 的3 7 。黄河断流和水量的减少已经给沿岸各省乃至全国经济的持续发展带 来了严重的影响。因此，加强水利工程的规划是当前迫在眉睫的主要任务。 今年2 月2 6 日，水利部部长汪恕诚在水利部、光明日报、中央人民广播电 台联合召开的“保护水土资源加快西部开发”研讨会上，明确提出了西部大开 发中水利工作的基本思路，认为搞好西部地区的水利开发，一定要有新思路，要 用全局的观点、系统的观点和可持续发展的观点研究西部地区水利发展问题。其 中一个工作重点就是要以水资源优化配置为目标，加强流域和区域水资源的统一 调度和管理。 1 2 研究的重要性和必要性 1 9 9 9 年6 月1 7 日，江泽民总书记在陕西西安向全中国发出了实旌西部大开 发的总动员令，西部各省迎来了千载难逢的机遇。陕西要发展，水利必须先行。 陕西地处东中西接合部，具有承东启西、联结南北的区位优势，理应成为西部大 开发的“第一阶梯”。然而，熟悉陕西的人都知道，陕西是个水资源短缺的省份， 全省人均和亩均水资源量只有全国平均水平的5 4 和4 2 ，而且时空分布不均 匀：时问上6 5 集中在汛期，空间上7 1 集中在陕南地区，陕北和关中地区人 均水资源量只有3 8 0 m 3 和8 9 0 m 3 。同时，工程调蓄能力差，目前，全省蓄水能力只 有4 0 亿m 3 ，除去泥沙淤积部分，能够用于灌溉和供水的库容不到1 3 。陕西水 资源短缺问题十分突出，全省每年缺水量达3 0 亿吨，1 3 座重要城市都不同程度 地缺水，8 6 座县城有2 3 缺水，关中和陕北地区部分市县几乎每年都因出现水 荒而被迫限时限量供水，因供水不足，每年造成的经济损失也十分惊人。水是陕 西社会经济发展的“瓶颈”，这在全省上下已形成共识。西部大开发，陕西要大 力发展，水利必须先行。 宝鸡峡引渭灌溉工程是我省大型灌溉工程之一。二十多年来，对于解决渭北 高塬严重的干旱问题，保障和改善灌区人民生活都发挥了巨大的作用。自建成以 来，粮食单产由1 5 7 k g 提高到6 6 3 k g ，年总产量为1 3 0 多万吨，占全省粮食总产 量的1 8 ，占商品粮总量的1 4 ，在全省经济建设中发挥着举足轻重的作用。然 而，从多年的运行实践来看，宝鸡峡灌区是一个缺水十分严重的灌区。按中等干 旱年的灌溉制度计算，灌区缺水4 0 9 亿m 3 。近年来，灌溉缺水连年发生。1 9 9 1 年缺水2 9 7 亿m 3 ，1 9 9 4 年缺水5 4 8 亿m 3 ，1 9 9 5 年缺水6 4 5 亿m 3 ，1 9 9 6 年缺 水2 6 6 亿m 3 ，1 9 9 7 年缺水5 3 1 亿m 3 。年年补购水源，单季作物受灾面积仍在百 万亩以上。预计在现有设旌状况下，2 0 1 0 年将缺水4 9 3 亿m 3 。 由于连年干旱加之灌区缺水，1 9 9 1 年1 2 2 万亩农田滴水未灌，1 9 5 万亩未灌 二水，成灾面积1 8 万亩，8 万亩农田绝收，粮食减产1 2 8 亿k g ；1 9 9 4 年1 9 9 7 年年平均粮食总产量1 2 3 4 亿k g ，较1 9 9 3 年减少了1 8 。其中1 9 9 7 年降水和河 源径流分别减少5 8 成，粮食产量较1 9 9 3 年减少2 7 5 ，仅此一项，灌区范围 内经济损失达5 8 亿元。 同时，缺水对工业及城镇生活的危害也相当严重。以咸阳市为例，该市城区 现有面积3 5 8 k 群，入口5 5 5 万( 其中非农业人口3 7 5 万) ，城市工业以电子、 纺织业为主。1 9 9 5 年城区工业总产值5 8 ，7 亿元。其中电子业、纺织业产值分别 占全省产业总产值的3 5 和3 0 。近年来，随着经济的发展、城市规模及人口迅 猛增长，城区用水矛盾日渐突出，一些地区被迫高密度布井，地下水过量开采、 地下水位1 9 9 0 年较1 9 8 0 年下降了1 3 c m ，中心区井水位以每年3 m 的速度下降， 西安理工大学硕士论文 其影响范围由2 3 1k m 2 扩大到2 0k m 2 。局部地区发生地面沉降、地面及建筑物 裂缝。市中心东西地段地面沉降超过5 m ，最大达4 2 ；地裂缝宽o 3 o 8 c m ； 2 0 多栋楼裂缝宽达1 1 0 c m 。 注：上述数据由宝鸡峡灌区提供 随着上游甘肃、宁夏等地区经济的发展，上游引渭水量在不断增加，使我省 意识到，为了积极响应西部大开发的大好形势，就要保持灌区经济的持续发展、 改善灌区的其他用水条件。为解决目前的缺水现状以及日益缺水的形势，摆在我 们面前的路只有两条。一方面是在尽可能的情况下兴修水利工程以充分利用水资 源，另一方面是利用系统方法，充分利用现有水利工程，通过它们之间的统一调 节、协调管理以达到水资源的高效利用。这二者之间并不是相互对立的关系，而 是相辅相成，缺一不可。应当说对于一个旧灌区的改造工作，不仅要考虑兴修水 利工程，更重要的是要整体的、系统的、合理的对其加以运用。在灌区已有有限 水源总量的限制下，在水源工程规模的限制下，为了保证灌区有水可供，为了增 加城市供水、工业供水，为了保证生态环境的逐步改善，必须把灌溉系统的水利 工程做为一个统一的整体来运用和调节，寻求最优或较优的方案以解决我们目前 以及将来所要面对的缺水问题。 陕西省目前已有的大型灌区大都已经运行3 0 5 0 年，多数已年久失修、带 病运行。由于泥沙淤积，各蓄水工程的实际调蓄能力已经大大下降，远不能满足 用水的需要。因此，研究在条件适宜的地方兴建水利工程，研究如何系统地运用 已建工程以及如何更好的应用老工程使其发挥新作用，就成为本次研究的工作重 点。 1 3 水资源系统分析方法及其应用 系统一词最早出现于古希腊文( s y s t e m a ) ，意为由部分组成的整体。系统这 一概念广泛的存在于自然界及人类社会和人脑之中。水资源系统中的若干工程， 分别具有防洪、发电、灌溉、排涝、供水、航运、旅游及水产养殖等不同的功能， 或者一个工程兼有若干功能，这些工程组合而成为复杂的系统。系统分析方法就 是系统工程的定量或定性分析方法，用来解决系统的总体规划、设计和管理问题， 提供一定条件下的最优设计、最优控制和最优组织管理。 水资源是国家的宝贵财富，它具有多方面的利用价值。水资源综合利用的原 则是以最少的投资，充分、合理地开发和利用国家的水资源，以满足各有关国民 西安理工大学硪士论文 经济部门目前和长远的需要，并获得最大效益。水资源系统分析是从系统的整体 优化出发，协调各用水部门之间的利益，充分发挥水资源的各项功能，最大限度 地发挥其综合效益，因而日益受到了广泛的重视和应用。中国历史上，运用系统 工程规划设计或管理运行的问题，早在公元二千多年前就有例证，举世闻名的四 川省都江堰灌溉枢纽工程就光辉地展现了系统工程学的观点。它由“鱼嘴”分水 工程、“飞沙堰”分洪排沙工程、“宝瓶口”引水工程三大主体工程和其它一百二 十多个附属工程构成了一个整体。其各组成部分的规划布局恰到好处，既保证了 川西平原的灌溉用水，又不会超量引水产生洪涝灾害，还维持了河道的长期稳定。 工程的建筑和维修完全采用当地材料，有效地降低了成本费用。运行管理也根据 全局和动态的观点，以及长远利益的观点形成了一套管理经验和制度。可见系统 工程的思想对于水利技术人员来说并不是完全陌生的事物。整体考虑问题、综合 分析问题、方案比较、择优决策等，早已是指导水利技术工作的基本思想。这些 都反映了系统工程的思想也早已应用到近代水利工程建设事业当中。1 。 系统分析方法在水资源系统分析中的应用，可追溯到1 9 5 0 年的美国水资源 委员会报告中关于水资源开发、利用和保护等问题的提出；1 9 5 5 年哈佛大学开 始制订水资源大纲，研究现代水资源工程的特点及其在规划、设计和管理运行中 的方法论，求出在逻辑上合理的、能定量和优化的水资源系统工程运行和管理方 案；同时，加利福尼亚州立大学也开始研究水资源系统的优化问题，贝尔曼最早 提出了将动态规划应用于多目标水库( 群) 的系统分析方法。经过近三十年的实践 与发展，水资源系统分析已在一些国家的若干流域规划和管理中得到应用。 中国从7 0 年代后期也开始在防洪、发电、灌溉、排涝等规划中应用了系统 分析方法并取得了较显著的效果，尤其在近十年来发展较快。 1 4 研究现状 早在1 9 5 7 年冬季，由于我国广大农村出现了一个群众性的兴修农田水利的 高潮。各兴修的水利工程单个经营，供水能力受到了一定的限制，长藤结瓜式的 灌溉系统( m e l o n s v i n e si r r i g a t i o ns y s t e m ) 就是在这个高潮中相继出现而逐 渐发展起来的系统分析的思想。长藤结瓜灌溉系统是以渠道为“藤”，以塘堰、 水库为“瓜”而形成的河连渠、渠连塘( 库) ，可以统一调度的水利网。它具有 广辟水源，提高水资源的利用率，提高小水库的复蓄能力，扩大灌溉效益，减少 骨干工程规模，调配灵活等优越性。二十多年来，它经历了由单个工程到一个流 西安理工大学硕士论文 域的多点开发再到跨流域调水建立区域体系等几个阶段，实现了由点到线，由线 及面，组成了有机的统一整体，这一不断由小到大，从低级到高级的发展过程， 使得灌溉面积扩大，效益得到提高，充分显示了它的优越性。7 0 年代已基本建 成的陕西省大型水利灌溉工程宝鸡峡引渭灌溉工程也采用了这种形式“1 。 6 0 年代末，水科院水文研究所用系统分析方法对水库的优化调度问题进行 了研究。7 0 年代后期开始在防洪、发电、灌溉、排涝规划中引入了系统分析的 方法，从而使系统分析方法在水资源研究领域得到比较广泛的应用并取得了较为 显著的效果。同时，美、英、法等国也都先后把系统分析的方法引入到水资源研 究当中来解决一些较实际的问题。 进入九十年代，系统分析的方法在水电站水库的调度、水库的防洪调度等几 方面都有了较大的进步。这个时期的调度模型主要以动态规划法为基础，形成了 一些比较著名的算法如研究水电站水库群调度及水库群调度的逐级优化法 ( p o a ) 、降维迭代算法( 亦称逐次迫近法) 、增量动态规划法、二元d p 法。1 、利用 多层递阶回归分析制定水库优化调度函数的研究、防洪系统模糊优化调度法、研 究两个以上水库联合调度问题的离散差分动态规划模型( d d d p ) 等等。 系统工程用于水资源的开发与利用，加深了水利规划中对问题研究的深度和 广度。水资源开发利用的课题有两方面的内容，其一是根据用水部门对水量的要 求，合理的利用水资源，解决水资源的最优分配和利用问题；其二是根据用水部 门对水质的要求，解决防止和治理水资源污染的问题，以保持和改善水资源的质 地，改善水环境。 系统工程用于水利工程设计工作，在近二十年来有了较快的发展。系统分析 的方法以电子计算机为手段。使数学规划进入了设计领域，要求在结构重量最轻、 材料最省或造价最低等条件下，寻求最优方案。 水利工程的运行管理也大量的采用了系统工程的方法，例如水库调度、泵站 或水电站的运行、各种已建工程的合理运行等，都已成功地运用了系统分析方法。 对于这方面的工作， 规划和模拟技术都是十分有效的手段。 系统分析的方法在灌溉排水工程中的应用也渗透到了各个部分。用系统分析 的方法制订农作物灌溉帝4 度、确定最优灌水时间，特别是制订供水不足条件下的 最优灌溉制度，在6 0 年代末期和7 0 年代初期即已取得了良好的成果，在这一工 作中，使用的方法较多，线性规划、动态规划、非线性规划、整数规划、模拟技 术、随机方法等都得到了运用。运用系统方法研究、制定灌溉工程规划成果也十 分丰富。自6 0 年代末以来，这方面研究工作发展很快，有用线性规划法研究了 2 0 世纪末水资源最优分配和最优农业用水量的问题；有用线性规划和动态规划 方法解决灌区规划问题、确定最优灌溉面积，如对多个水库联合优化调度的多维 随机动态规划数学模型，有用线性规划、非线性规划和动态规划方法研究地面水 和地下水联合运用于灌溉的课题，还有用各种优化方法解决提灌最优规划，以及 自流灌溉和提灌的最优组合问题，如湖北省枣阳市大岗坡灌溉系统的站库联合优 化调度等研究，这些工作把系统分析的方法大量引入灌溉规划工作，把灌区规划 从传统的方法推向以科学为基础的研究。 1 5 研究方法、内容及任务 本文在充分认识和吸收上述结果的基础上，对于陕西省宝鸡峡灌区已有各灌 溉工程，考虑了多种方面的影响和约束，进行多种方案的调节计算，以求获得一 定条件下的最大效益。针对宝鸡峡灌区灌溉系统的运行现状，指出为更好的利用 现有水资源，需要在渭河中游林家村附近开发一级支流小水河。为更好的满足灌 区需要，灌区多个蓄水工程及附属工程之间应相互配合，系统运用，从而达到灌 区整体效益上的最优。 本文以系统分析的思想为基础，分析宝鸡峡灌区的管理、运行现状，确定理 论上合理、经济上可行的小水河工程建设项目的规模，同时对按照此规模所建设 的项目进行调节计算及效益分析。 其主要步骤如下： ( 1 ) 预测到设计水平年( 2 0 1 0 年) ，经渠首加闸加坝和灌区改造后，计算灌区 历年逐日用水过程及需水量。 ( 2 ) 宝鸡峡渠首加闸后，根据渠首逐日来水量、含沙量、及灌区逐日需水量， 运用已知水文资料进行逐日调节计算以确定宝鸡峡灌区的缺水量及渠首 余水量。 ( 3 ) 确定引干入支工程的引水流量，规划设计小水河水库规模。 ( 4 ) 确定合理的水库群运行方式。 ( 5 ) 在既定运行方式的条件下，根据小水河的入库水量及上述调节计算结果 确定水库规模。 ( 6 ) 确定给宝鸡市供水的供水流量及最可行的供水方案。 ( 7 ) 在保证城市供水和农业用水的前提下，进行小水河水库电站水能计算。 ( 8 ) 进行小水河蓄水工程的效益分析。 西安理工大学硕士论文 本课题的主要任务是通过对宝鸡峡加闸工程建成后灌区的缺水量计算以及 对河源来水量的分析，研究开发渭河干流和小水河等主要支流的必要性和合理 性，并确定工程规模、制定合理的调度方案、做出工程效益分析。其目的是要充 分、合理的利用渭河林家村以上主要支流及干流水资源，增加向宝鸡峡灌区的供 水水量，使灌区灌溉保证率得到有效的提高，以解决宝鸡峡灌区的缺水问题，同 时给宝鸡市解决部分城市供水问题。 第二章宝鸡峡灌区 2 1 灌区概况 宝鸡峡灌区位于陕西省关中地区西部，地理坐标为东经1 0 6 。5 l7 1 0 8 。 4 8 ，北纬3 4 。9 3 4 。4 47 。西起宝鸡市以西1 1 k m 的渭河峡谷，东至泾河 右岸，与泾惠渠灌区隔河相望，南临渭水左岸，北抵渭北高塬腹地，与冯家山、 羊毛湾灌区接壤，东西长1 8 1k m ，南北平均宽1 4k m ( 最宽处4 0k m ) ，总面积为 2 3 5 5 k m 2 。灌区引渭河水灌溉宝鸡、咸阳、西安3 市1 4 个县( 区、市) 的部分农 田，是陕西省最大的灌区“。 2 1 1 自然地理 宝鸡峡引渭灌溉渠首，位于渭河中游林家村附近渭河峡谷出口处以上，主河 道长4 2 9 5 k m ，平均比降3 1 。流域面积3 0 6 6 1 k 寸，其中甘肃省境内流域面积 为2 5 7 0 8 k m 2 ，占8 3 8 ；宁夏境内流域面积为3 2 5 l k m 2 ，占1 0 6 ：陕西境内流域 面积为1 7 0 2 k m 2 ，占5 6 。 宝鸡峡以上陕西境内渭河干流全长1 0 8 k m ，河道蜿蜒，河谷狭窄。区内渭河 南北分属秦岭山地和陇山山地，地势由南北逐渐向渭河谷地倾斜，海拔6 0 0 2 0 0 0 。支流发源地山高坡陡，林木茂密，人烟稀少，工业不发达，水土流失较 轻。 该区内直接入渭河的大小支流共3 0 余条，除通关河、小水河和六川河三条 支流较大外，其余支流面积均在几十个平方公里以下，面积很小，源近流短，河 道狭窄，比降很大，水量极小，无开发价值。 通关河、小水河和六川河位于宝鸡峡以上渭河左岸，属渭河的一级支流，陕 西境内三条支流总流域面积9 2 9 6 k m 2 。占该区面积的5 4 6 。水量充沛，植被良 好，水流含沙量小，无工业污染，具有良好的建库蓄水条件，同时，小水河地理 位置优越，具有引干入支条件，给开发渭河干流水资源提供了较好的条件。 通关河发源于甘肃省境内，自北向南流经我省陇县、宝鸡县，于宝鸡县风阁 岭乡汇入渭河，省内流域面积4 3 1 8 k m 2 ，是渭河林家村以上省境内最大的一条支 流，省内河道长3 0 3 k m ，河道平均比降2 2 1 ，河口位于林家村上游约8 0 k m 处， 西安理工大学硕士论文 多年平均径流量1 3 8 亿3 。 小水河位于渭河林家村上游约2 l k m ，全流域位于宝鸡县境内，是渭河林家 村以上省境内第二大支流，流域面积4 0 5 k m 2 ，主河道全长4 2 5 k m ，河道平均比 降2 5 6 ，多年平均径流量0 7 3 亿m 3 。 六川河位于林家村上游约1 3 k m 处，距宝鸡峡渠首约o 6 k m ，流域位于宝鸡 县境内，面积为9 2 8 k 2 ，主河道长约3 0 k m ，河道平均比降2 3 0 ，多年平均径 流量为o 1 6 亿m 3 。 2 1 2 气象水文 本区属暖温带大陆性气候的半干旱气候区，流域多年平均气温1 3 ，多年平 均降水量6 0 7 6 啪7 6 7 8 m m ，最大为1 1 4 6 m m ，最小为2 4 3 3 唧。降水年内分配 不均，春夏多早，秋季多涝，7 9 月占全年总降水量的5 0 以上，且常以暴雨形 式出现，很难利用。多年平均蒸发量9 1 7 2 m 1 1 l o 4 m m 。年平均相对湿度一般 不大于7 0 ，宝鸡市实测最大风速达2 5 m s 。 渭河干流林家村水文站，具有1 9 4 4 1 9 9 4 年共5 1 年实测水文资料，多年平 均径流量2 4 o 亿日3 ，最大年径流为4 8 ，8 2 亿甜，最小年径流为9 8 0 亿m 3 ，最大 径流为最小径流的4 9 8 倍。 小水河朱园水文站，具有1 9 7 4 1 9 5 5 年共2 2 年实测水文资料，多年平均径 流量为o 7 3 亿m 3 。最大年径流量为1 6 9 6 亿m 3 ，最小年径流量为o 2 6 7 亿m 3 ， 最大径流是最小径流的6 3 5 倍。 六川河无水文站。 2 1 3 社会经济 宝鸡峡以上陕西境内总面积1 7 0 2 k m 2 ，分属宝鸡县凤阁岭等十一个乡及陇县 关山乡管辖。总人口8 9 万人，其中农业人口8 4 万人，主要居住在较大支流川 道及渭河谷地。 该区内林业资源、水资源丰富，矿产资源较少。农业经济占主要成份，仅有 小型加工工业和手工业，主要的农作物有：小麦、夏杂、棉花、玉米、秋杂、油 菜等。经济林木品种较多，尤其以板栗、核桃、花椒等出名，灌区粮经作物种植 比例为8 ：2 。中药产量较大，是当地农民的主要经济来源。区内文化落后，交 西安理工大学硕士论文 通不便，信息闭塞，对外交流不多，致使其经济落后，人民生活水平低下“1 。 2 1 4 水资源开发利用现状 该区处于陕西西部且与甘肃毗邻，渭河以南属秦岭山地，渭河以北属陇山山 地，区内人烟稀少，自然和交通条件较差，长期以来，水资源开发利用都处于落 后状态。除通关河、小水河和六川河三条较大支流以外，其余河流源近流短，河 谷狭窄，无开发利用价值。 据宝鸡县提供的调查资料表明，流域内水资源开发利用主要集中在这三条较 大支流川道及渭河谷地。到目前为止，流域内共建有小水库五座，抽水站1 9 座， 水井5 1 眼，部分已年久失修，不能发挥应有的作用。据统计，各类水利工程年 可提供水量8 3 3 5 万m 3 。 2 2 现有工程及其运行状况 宝鸡峡引渭灌溉工程是陕西省最大的灌溉工程，按自然地形和工程布局分为 塬上、塬下两大灌溉系统，现状灌溉面积分别为1 8 6 3 万亩、1 0 5 3 万亩，合计 2 9 l - 6 万亩。水源以渭河径流为主，引水流量9 5m 3 s 。塬下渭惠灌区1 9 3 5 年动 工，1 9 3 7 年建成，1 9 5 8 年扩建，渠首设于眉县魏家堡；塬上宝鸡峡灌区1 9 7 1 年 建成，渠首设于宝鸡县林家村。1 9 7 5 年4 月，为统一调配水源，两灌区合并统 称为宝鸡峡引渭灌区。灌区现有总干渠、干渠共6 条( 分别为塬上总干渠、东于 渠、西干渠、塬下总干渠、南干渠和北干渠) ，渠库结合的水库5 座，抽水站2 l 座，电站5 座，排水系统有于、支沟共2 7 条。宝鸡峡引渭灌区灌溉工程示意图 如图2 1 所示。 该灌溉工程主要是利用王家崖、信义沟、大北沟、泔河四座渠库结合的工程 引蓄非灌溉季节的渭河河水。在灌溉时期水源不足时，抽库水入渠以缓解旱情， 以解决缺水问题。 宝鸡峡引渭灌溉工程自建成以来，对解决渭北高塬严重的干旱问题，保障和 改善灌区人民生活都发挥了巨大的作用。使粮食单产由1 5 7 公斤提高到6 6 3 公斤， 年总产量为1 3 0 多万吨，占全省粮食总产量的1 8 ，占商品稂的1 4 ，在全省经 济建设中发挥着举足轻重的作用。果树的栽培从无到有，现已发展到1 5 万亩左 右。另外，该灌溉系统对周围地区生态环境也有较大的改善。 然而，多年来的灌溉资料表明，宝鸡峡灌区缺水仍是制约灌区经济发展的主 要因素。缺水不但影响到农业生产的发展、乡镇企业的进一步发展，甚至城镇居 民用水也受到了不同程度的限制。 图2 1宝鸡峡引渭灌区灌溉工程示意图 2 3 灌区缺水现状及其分析 从多年运行实践看，宝鸡峡灌区是一个缺水十分严重的灌区。按中等干旱年 的灌溉制度计算，灌区缺水4 0 9 亿m 3 。近年来，灌溉缺水更是连年发生。1 9 9 1 年缺水2 9 7 亿3 ，1 9 9 4 年缺水5 4 8 亿3 ，1 9 9 5 年缺水6 4 5 亿m 3 ，1 9 9 6 年缺 水2 6 6 亿m 3 ，1 9 9 7 年缺水5 3 1 亿m 3 。年年补购水源，单季作物受灾面积仍在百 万亩以上。预计在现有设施状况下，2 0 l o 年将缺水4 9 3 亿m 3 。 由于连年干早加之灌区缺水，1 9 9 1 年1 2 2 万亩农田滴水未灌，1 9 5 万亩未灌 二水，成灾面积1 8 万亩，8 万亩农田绝收，粮食减产1 2 8 亿k g ；1 9 9 4 年1 9 9 7 年年均粮食总产1 2 3 4 亿蚝，较1 9 9 3 年减产1 8 。其中1 9 9 7 年降水和河源径流 分别减少5 8 成，粮食产量较1 9 9 3 年减少2 7 5 ，仅此一项，灌区范围内经济 损失达5 8 亿元。 同时，缺水对工业及城镇生活的危害也相当严重。以咸阳市为例，该市城区 现有面积3 5 8 k m 2 ，人口5 5 5 万( 其中非农业人口3 7 5 万) ，城市工业以电子、 纺织业为主。1 9 9 5 年城区工业总产值5 8 7 亿元。其中电子业、纺织业产值分别 占全省相应产业总产值的3 5 和3 0 。近年来，随着经济的发展、城市规模及人 口迅猛增长，城区用水矛盾日渐突出，一些地区被迫高密度布井，地下水过量开 采、地下水位1 9 9 0 年较1 9 8 0 年下降1 3 c m ，中心区井水位以每年3 m 的速度下降， 其影响范围由2 3 1l ( i i l 2 扩大到2 0k 寸。局部地区发生地面沉降、地面及建筑物 裂缝。市中心东西地段地面沉降超过5 唧，最大达4 2 m ；地裂缝宽0 3 0 8 c m ； 2 0 多栋楼裂缝宽达l l o c m 。 其缺水原因，主要有两方面：一是原有水库经过数十年的运行，水库淤积十 分严重，有效库容减小，已经起不到原来预计的作用，需改造灌溉工程、或兴建 新的灌溉工程以增加总有效库容；另外，由于灌区水资源量有限，应考虑使用系 统的思想，统一调配灌区的水资源，最大限度的发挥其作用并缓和缺水矛盾。 2 4 小水河蓄水工程的提出 由上述缺水现状可知，水资源短缺，直接影响到灌区工农业生产的发展和人 民生活水平的提高，进而危及社会稳定。因而，解决灌区水资源问题已成为当务 之急。再者，随着上游甘肃、宁夏等地区经济的发展，上游引渭的水量的不断增 加，使我省意识到，为了积极响应国民经济向中西部转移的大好形势，就必需保 持灌区经济的持续发展、改善灌区的其他用水条件，为此我们必须立足于本省水 资源的开发和利用，所谓开发，即在条件合适的地方兴修新的水利工程，尽可能 的调节渭河的径流分配以满足灌区的用水需要；所谓利用，即通过合理的、系统 分析的方法利用有限的水利工程，以满足灌区的用水需要。对于西北这样水资源 稀缺的地区，一定要做到开发与利用并重，以发挥水资源的最大潜力。 面对宝鸡峡灌区一方面严重缺水，另一方面渠首仍然产生大量弃水、河源来 水没能充分利用的形势，目前正在修建的宝鸡峡加闸加坝工程受到了充分的重 视a 然而，由于受渭河左岸陇海铁路、右岸3 0 l 国道高程限制，加坝高度非常有 限。因此，加坝工程建成后，渠首水库的终极有效库容仅3 2 0 0 万m 3 。渠首以上 千、支流水资源仍然得不到充分调蓄，渠首还有大量弃水，且灌区依旧缺水，灌 溉保证率很低，多年平均弃水量1 4 2 亿i i 】3 ，占预测渠首来水量( 2 0 1 0 年) 的7 5 5 ， 又因渭河干流泥沙含量较大，若要在干流修建大型水利工程则水库淤积严重，水 库运行后，有效库容迅速减小，水库寿命缩短，故直接在干流建立高坝大库的可 西安理工大学硕士论文 能性很小，而应把注意力集中到开发渠首附近的支流上来。 经多方面的研究与考查，在渭河中游林家村以上的主要支流小水河上修建水 库，拦蓄自身径流是与上述用水形势相适应的，与此同时修建引干入支工程( 二 者共同形成了小水河水利工程) ，即把渭河椿树滩坝址处的干流水量自流引入小 水河，由小水河水库进行调蓄，使小水河水库与宝鸡峡灌区现有的工程联合运用， 向宝鸡峡灌区和宝鸡市供水。 2 4 1 小水河水库的地理条件 小水河位于渭河林家村上游约2 1 k m ，全流域位于宝鸡县境内，是渭河林家 村以上、陕西省境内第二大支流，流域面积4 0 5 k m 2 ，主河道全长4 2 5 l ( 1 1 1 ，河道 平均比降2 5 6 ，多年平均径流量0 7 3 亿m 3 。小水河地理位置适中，水量较丰， 工程所建处流域内无污染，水质好，对混凝土无侵蚀性，适合灌溉、工业及生活 用水。河口附近河谷狭窄，河床覆盖层较薄，基岩坚硬、完整，主要有黑云母花 岗岩、黑云母片麻岩等，使该区具有修建水库的坝址条件，且水库淹没损失小， 库容条件好，同时还有引干入支条件。 2 4 2 小水河蓄水工程的优越性 小水河的地理位置、自然条件决定了它具有重要的用途，现将小水河水库工 程的优势及重要作用讨论如下： 首先，小水河工程具有明显的区位优势，它位于渭河林家村渠首上游，由于 地理位置较高，使其用途( 尤其是灌溉用途) 大大增强。 其次，小水河水库位于泥沙含量较小的支流上，而且支流比降大，排沙能力 大，水库不易淤积且能解决干流泥沙含量高的问题。 第三，它能够减少下游四库的泥沙淤积，延长下游四库的寿命，提高灌区灌 溉用水的质量。 第四，小水河水库能够向四库补水，使四库由原来的抽水变为自流，大大降 低了灌溉成本，使灌区农民收益较大。 第五，小水河水利工程还能产生巨大的社会效益，例如，防洪、发电、工、 农业用水、城市用水等。小水河水利工程拟以灌溉和为工业、城市提供部分用水 为主，在洪水期能拦蓄部分洪水，小水河水库的坝后电站还可利用小水河的出库 水量发电。 第六，引干入支工程的引入，使得非灌溉期的低含沙水可以被保存在小水河 水库中，有效的解决了灌溉时期干流的高含沙与需水量突增之间的矛盾。 第三章灌区水量平衡 3 1 灌溉用水量的计算 3 1 1 用水量计算的一般步骤【1 8 】 灌溉用水量包括灌溉用水总量及其用水过程，是灌区工程规划设计的重要依 据，也是灌溉管理中执行计划用水的参考依据。 灌溉用水量分析的计算程序一般如下： 1 、调查灌区面积、耕地数量、分布特点、土壤状况、垦殖条件和灌区农业 现状及农业发展规划。 2 、调查确定灌区的作物组成。 3 、确定灌区作物的设计田间耗水量( 包括总量及分配过程) 。 4 、设计灌区各类作物的灌溉制度。 5 、计算灌区灌溉用水量及其灌溉用水过程。 3 1 2 作物的灌溉制度1 7 】【1 8 】 农作物的灌溉制度是指作物播种前( 或水稻栽秧前) 及全生育期内的灌水次 数，每次的灌水日期和灌水定额以及灌溉定额。灌水定额是指一次灌水单位灌溉 面积上的灌水量。各次灌水定额之和，叫灌溉定额。灌水定额及灌溉定额常以 m 3 亩或m m 表示，它是灌区规划及管理的重要依据。 作物灌溉制度随作物种类、品种、自然条件及农业技术措施的不同而变化。 因此，在确定作物灌溉制度时，必须从当地、当年的具体条件出发进行研究。在 进行灌区规划、设计或管理时，常采用以下三种方法来确定灌溉制度。 1 、总结群众丰产灌水经验 多年来进行灌水的实践是制定灌溉制度的重要依据。灌溉制度调查应根据设 计要求的干旱年份、调查这些年份的不同生育期的作物田间耗水强度( 叫n d ) 及灌 水次数、灌水时间间距、灌水定额及灌溉定额。根据调查资料，可以分析确定这 些年份的灌溉制度。对于旱作物，湿润年份及南方地区灌水次数少，灌溉定额小； 西安理工大学硕士论文 干旱年份及北方地区灌水次数多，灌溉定额大。 2 、根据灌溉试验资料制定灌溉制度 我国许多灌区设置了灌溉试验站，试验项目一般包括作物需水量，灌溉制度、 灌水技术等。试验站积累的试验资料，是制定灌溉制度的主要依据，但是，在选 用试验资料时，必须注意原试验的条件，不能一概照搬。 3 、按水量平衡原理分析制定作物灌溉制度 根据农田水量平衡原理分析制定作物灌溉制度时，一定要参考群众丰产灌水 经验和田间试验资料，这样制定的灌溉制度是比较完善的。 按水量平衡原理分析制定作物灌溉制度其步骤如下： 收集基本资料 土壤计划湿润层深度 土壤最适宜含水率及允许的最大、最小含水率 降雨入渗量 地下水补给量 由于计划湿润层增加而增加的水量 列出水量平衡方程 确定旱作物播前的灌水定额 根据列表计算( 计算时间一般采用一旬或五天) 或水量平衡图解法拟定旱作 物的灌溉制度。 确定生育期灌溉定额 总灌溉定额等于播前灌水定额与生育期灌溉定额之和 这里所讲的灌溉制度是指某一具体年份某一种作物的灌溉制度，如果需要求 出多年的灌溉用水系列，还需求出每年各种作物的灌溉制度，亦或者采用典型年 法近似的推求各年的灌溉制度。 3 1 3 典型年的选择 由灌溉制度的计算过程可知，农作物需要消耗韵水量主要来自灌溉、降雨和 地下水补给。对一个灌区来说，地下水补给量是比较稳定的，而降雨量在年际之 间变化是很大的。因此，各年的灌溉用水量就有很大的差异，这就要求在规划设 计时，首先要确定一个特定的水文年份，作为规划设计的依据。通常把这个特定 的水文年份称为“设计典型年”。 根据设计典型年的气象资料计算出来的灌溉制度被称为“设计典型年的灌溉 制度”，简称为“设计灌溉制度”，相应的灌溉用水量被称为“设计灌溉用水量”。 通常根据历年降雨量资料，用频率方法进行统计分析，确定几种不同干旱程度的 典型年份。如中水年、丰水年和枯水年，以这些典型年的降雨量资料作为计算设 计灌溉制度和灌溉用水量的依据。 3 1 4 灌溉用水量“7 ” 灌溉用水量是指灌溉土地需要从水源地取用的水量而言，它是根据灌溉面 积、作物种植情况、土壤、水文地质和气象条件等因素而定。灌溉用水量的大小 直接影响着灌溉工程的规模。灌溉用水量的计算可分为直接推算法和间接推算 法。 直接推算法 所谓直接推算法，就是利用各种作物的灌水定额及灌溉面积直接推算全灌区 灌溉用水量的一种方法。任何一种作物的某次灌水过程，需要供到田间的灌水量， 即净灌溉用水量一可用下式求得： 矿a = 册g ( m 3 ) 式中用一该作物某次灌水的灌水定额( m 3 亩次) ： 彳一该作物的灌溉面积( 亩) 。 在已确定灌溉制度的基础上可确定出该作物的灌溉用水量过程线，则全灌区 任何一个时段内的净灌溉用水量是该时段内各种作物净灌溉用水量之和。按此可 求得典型年全灌区净灌溉用水量过程。根据灌溉水利用系数n 还可求得毛灌溉用 水量矿，其公式如下： 律毛= 形净fq 间接推算法 间接推算法是利用全灌区综合灌水定额，推算灌溉用水量的一种方法。即计 算各种作物灌水定额的面积加权平均值m ： m = 口i 强+ 锡恐+ 鸭+ t - 式中m 。、m z 、i i l 3 第一、第二、第三种作物在该时段内灌水定额，m 3 亩： a 。、a z 、a 。各种作物灌溉面积占全灌区灌溉面积的比值。 全灌区某时段内的净灌溉用水量m + ( m 3 ) ，可用下式求得： m 净= ”净 式中a 全灌区的灌溉面积( 亩) ； m ，一灌区综合净灌水定额( m 3 亩次) ； 同样，可求出全灌区任何时段毛灌溉用水量( m 3 ) ： m 、。 形壬= m 丰爿= 卫爿 一 一 刁 式中t 一灌区综合毛灌水定额( m 3 亩次) ； 其余符号意义同上。 间接推算法与直接推算法相类似，但求得的综合灌水定额可以与同类型的灌 区作比较，以便于发现定额是否选取合适，从而及时进行调整、修改；还可用于 推算与其种植比例相类似的灌区的灌溉用水量，但在小型灌区上一般不需要采用 间接推算法。 以上是某一具体年份灌溉用水量及年灌溉用水过程的计算方法。在用长系列 法进行大、中型水库规划设计时，常常需要求得多年的灌溉用水量系列，可按照 以上方法逐年推求也可以简单的用典型年的用水过程代替。 3 2 宝鸡峡灌区用水量预测 3 2 1 灌区灌溉制度 按水量平衡原理分析制定作物灌溉制度，因为有赖于严密的数学公式而在理 论上比较合理，但计算复杂，对资料数量及其详细程度要求较高，并且容易理论 与实践脱节。相比起来，按照群众丰产灌溉经验来制定作物的灌溉制度，虽没有 什么理论依据，但是它是从实践中来，到实践中去，比较符合实际，且容易得到。 因此，本次计算的灌溉制度就是依据后者确定的。 但是，在新中国成立以来的前3 0 年，我