（水利工程专业论文）王益区水务管理信息系统研究与开发.pdf

独创性声明 秉承学校严谨的作风和优良的科学道德，本人声明所呈交的学位论文 是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知， 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，不包含本人或他人已申请学位或其他用途使用过 的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任 论文作者签名：兰医面聋驰哆年岁月，口日 保护知识产权声明 本人完全了解西安理工大学有关保护知识产权的规定，即：研究生征 校攻读学位期间，论文工作的知识产权单位属西安理工大学。本人保证 毕业离校后，发表论文或使用论文成果时署名单位仍然为西安理工大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅或借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 士，门 论文作者签名：缢亟豇室导师签名：j 垄l 兰三一 年月日 王益区水务管理信息系统研究与开发 作者姓名：驻阿落学 科：水利工程 导师姓名，呓碧阻一 导师职称：教授 、。砌籀谚高级工程师 答辩时间：2 d p 弓弓 摘要 随着经济的飞速发展，水资源的相对紧缺已经成为制约经济发展的 主要因素之一。研究开发一套完各的水务管理信息系统，使水资源得到 合理配置、持续利用，具有普遍的理论意义。 由于王益区目前存在忽视水管理和水经济效益的现象，研究开发王 益区水务管理信息系统，不仅有助于平衡区域供用水关系、提高社会效 益和经济效益，而且可使经济发展建立在可靠的水资源供给基础之上， 对实现王益区的经济发展战略具有实际意义。 本文结合王益区的实际情况，主要做了以下几方面的工作：首先对 王益区的水资源做了系统的分析，同时，从生活、工业、农业、生态环 境四个方面进行了不同水平年需水量的分析与预测，并进行了水量供需 平衡分析。在此基础上，对王益区水务管理信息系统进行总体设计，分 别从设计的原则、总体目标、系统功能等方面进行了阐述。接着进行系 统数据库设计，主要做了业务流程分析、实体关系模型设计、建立数据 库字典、数据流程设计和系统功能的具体实现。最后将水资源合理配置、 社会经济发展、生态环境保护紧密结合起来，从系统分析的角度出发， 建立了王益区水资源合理配置多目标分析模型、宏观经济模型和水资源 系统优化模拟模型，用优化与模拟技术相结合、定量与定性分析相结合 的方法，从不同时间层次上对宏观经济、水资源系统进行了优化和模拟。 本论文在做了大量研究开发工作的基础上，实现了对王益区水务信 西安理工大学工程硕士专业学位论文 息的输入、输出、查询、预测、调度等主要功能。系统结构合理，运行 高效、可靠，对于提高水务管理水平有重要意义，同时，对于其它管理 信息系统的研究与开发也有较高的参考价值。 关键词：水务管理信息系统系统数据库优化模型优化调度 s t u d ya n dd e v e i o p m e n to fm a n a g e m e n ti n f b r m a t i o ns y s t e m f o rw a t e ra f f a i ri nw a n g y id i s t r i c t a u t h o r ： d i r e c t o r 劫。【几qa p 冲1 7 ， 睁l 叮 m 句o r ：h y d r a u l i cp r o j e c t t i t l e ：p r o f e s s o r a b s t r a c t w i t ht h ee c o n o m yd e v e l o p i n gb yl e 印sa n db o u n d s ，t h er e j a t i v ej a c ko f w a t e rr e s o u r c e sh a sa l r e a d yb e c o m eo n eo ft h em a i nf a c t o r st h a tr e s t r a i n e c o n o m yd e v e l o p m e n t ，t h e r ei sp o p u l a rt h e o r e t i c a ls i g n i 丘c a n c et od e v e l o pa p e r f e c tm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mf o rw a t e ra f h i r b e c a u s et h e r ei sap h e n o m e n o no fn e 9 1 e c t i n gw a t e rm a n a g e m e n ta n d w a t e re c o n o m yb e n e n t ， d e v e l o p i n gm a n a g e m e n ti n f o m l a t i o ns y s t e mf o r w a t e ra t f a i ri nw a n g y id i s t r i c tn o to n l ya i d st ob a l a n c et h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nw a t e rs u p p j ya n dd e m a n d ，t oi m p r o v es o c i a lb e n e f i ta n de c o n o m i c b e n e 6 t ，b u ta i s om a k e se c o n o m yd e v e l o p m e n tb a s eo nt h er e l i a b l ew a t e r s u p p l y t h i sh a ss i g n i f i c a n c ef o r f - u l f i i l i n g t h e s t r a t e g y o fe c o n o m y d e v e j o p m e n ti n 、g y id i s t r i c t b a s eo nt h ep r e s e n tc o n d i t i o no fw a n g y id i s t r i c t ，t h ef o h o w i n gt h i n g s h a v eb e e nd o n e a tf l r s t ，t h i sp a p e ra n a l y s e st h ew a t e rr e s o u r c e si nw a n g m d i s t r i c l ，a t t 1 1 es a m et i m e ，a n a l y s e sa n df o r e c a s t st h ew a t e rd e m a n di n d i f f b r e n ty e a r sf j o ml i v i n g ，i n d u s n y ；a g r i c u l t u r ea n de c o l o g ye n v i r o n m e n t a s p e c t ，a n da n a l y s e st h ew a t e rs u p p l ya n dd e m a n db a 】a n c e o nt h eb a s e s ，t h e g e n e r a ld e s 谵n ，g e n e r a lo 巧e c t i v ea n ds y s t e mf u n c t i o n t h e nd a t eb a s es y s t e m i s d e s i g n e d w h i c hi n c l u d e s a n a l y z i n gp r o f e s s i o n a l w o r kf l o w ， d e s i g n i n g e n t i t y r e i a t i o n s h i pd a t em o d e i ，b u i l d i n gd a t eb a s ed i c t i o n a r y ，d e s i g n i n gd a t a f l o wa n d f u l 行l i i n gs p e c 讯c a l l ys y s t e mf u n c t i o n 西安理工大学工程硕士专业学位论文 a t l a s t ， t h i s p a p e rc o m b i n e st h er e a s o n a b l e d i s t r i b u t i o no fw a t e r r c s o u f c e sw i t hs o c i a le c o n o m yd e v e l o p m e n ta n de c o l o g ye n v i r o n m e n t p r o t e c t i o n f r o mt h ea n g l eo fs y s t e ma n a i y s i s ，t h em u l t i o b j e c t i v ea n a l y s i s m o d e l ，m a c r o e c o n o m ym o d e l ，o p t i m i z a t i o na n ds i m u l a t i o nw a t e rs y s t e m m o d e la r ep r e s e n t e d m a c r o e c o n o m yw a t e rr e s o u r c es y s t e mi so p t i m i z e da n d s i m u l a t e df r o md i h b r e n tt i m ew i t hm e t h o d so fc o m b i n i n go p t i m i z a t i o nw i t h s i m u l a t i o nt e c h n o l o g ya i l dq u a n t i t a t i v ew i t hq u a l i t a t i v ea n a l y s i s b a s e do n p j e n t yo fs t u d y i n ga n dd e v e l o p i n g ，t h i sp a p e rf u l f i l st h ef h n c t i o no fi n p u t t i n g a n do u t p u t t i n g ，q u e 叮i n g ，f b r e c a s t i n ga n dd i s p a t c h i n g t h es t r u c t u r eo ft h i ss y s t e mi sr e a s o n a b l e t h es y s t e mr u n se m c i e n t l y a n dr e l i a b ly ，s oi tc a ni m p r o v et h ei e v e lo fw a t e r a f h i rm a n a g e m e n ta n dh a v e h i g hr e f e r e n c ev a l u ef o rd e v e l o p i n go t h e rm a n a g e m e n ti n f o m l a t i o ns y s t e m k e yw o r d s ：w a t e ra f r a i r ；m a n a g e m e n ti n f o m a t i o ns y s t e m ；s y s t e md a t a b a s e ；o p t j m i z a t i o nm o d e l ；0 p t i m i z a t i o nm a n a g e m e n t 1 绪论 1 1 课题概述 1 绪论 本课题是研究开发一个关于铜川市王益区的水务管理信息系统，以实 现对其来水( 降水、水库、河流、地下水等) 和用水( 农业用水、工业用 水、城镇居民生活用水、农村人畜饮水、环境生态用水等) 信息的数据库 管理及水资源的优化配置，从而推动水务改革的步伐，达到水资源的永续 利用。 1 2 课题的背景 党的十五届五中全会在中共中央关于制定国民经济和社会发展第十 个五年计划的建议中提出要“改革水的管理体制，建立合理的水价形成 机制，调动全社会节水和防治污染的积极性。”江泽民总书记在1 9 9 9 年中 央召开的人口、资源、环境座谈会上指出：“积极推进资源管理方式的转 变，建立适应发展社会主义市场经济要求的集中统一、精干高效、依法行 政、具有权威性的资源管理新体制，以加强对资源的规划管理和合理利 用”。2 0 0 0 年召开的中国水问题及水法修改座谈会上也强调指出：“在水法 修改过程中，要注重经济社会与资源环境的协调发展，加强水资源的宏观 管理，改革水资源管理体制，加强水资源的优化配置和统一管理”。 随着我国经济的快速发展，水作为一种稀缺资源，具有不可替代的特 性。随着人口的增加、经济的发展和城市化进程的加速，社会对水资源的 需求量急剧上升，水资源的供求矛盾日益尖锐。同时，水污染严重、城市 缺水、地下水超采、水环境恶化、水生态破坏等问题也变得越来越突出。 如何解决这些问题，实现水资源的可持续利用，成为保障国民经济和社会 可持续发展的关键。 望塞堡三查兰三堡丝圭圭些芏篁丝圭 一 然而，实现水资源可持续利用的技术方法便是对水资源信息的有效管 理。同时，实现了水资源信息的有效管理，也能有力推进水务体制的纵深 发展。 为了适应经济和社会发展的需求，为了解决水资源存在的诸多问题， 我们迫切需要增强水务局的信息管理意识，建立适合自身特点的水务管理 信息系统。 1 3 水务管理信息系统研究的目的、意义和发展趋势 1 3 1 定义 水务管理信息系统是由人和计算机等组成，能对防洪、灌溉、供水、 排水、节水、污水处理、污水回用等涉水事务的信息，进行收集、传递、 贮存、加工、维护和使用的系统，它能改变水务局的管理状况，利用过去 的数据预测未来，帮助水务局按照水的客观运行规律，对水资源进行综合 规划、优化配置、统一监督、有效保护。 1 3 2 水务管理信息系统研究的目的与意义 水务管理信息系统是促使水务管理这种新型管理体制( 名“一龙管 水”) 有效实施的有力工具。传统的水资源管理体制，将防洪、灌溉、供 水、排水、节水、污水处理、污水回用等涉水事务的管理职能，分别交给 水利、城建、市政、地矿、环保等部门负责，实行多部门分割管理。由于 利益不一致，工作有交叉，职责分不清，造成了规划难协调、建设难同步、 调度难统一。这种管理体制便造成了信息的分散与流失，即使各部门掌握 了大量的数据信息，统一调用也无从谈起。然而，信息是决策的前提和基 础，水务管理的实质就是水资源信息的管理。为了更好的推进水务管理工 作，建立水务信息管理系统势在必行。建立水务管理信息系统的意义主要 有以下两个方面： 2 1 绪论 ( 1 ) 实现水务信息的自动化或半自动化管理，使信息管理系统化、规范 化。 ( 2 ) 实现水务信息的自动化或半自动化调用，使信息决策智能化。 1 3 3 水务管理信息系统的发展过程及发展趋势 ( i ) 水务管理信息系统的发展过程 1 9 9 3 年，深圳市成立了全国第一家水务局，揭开了建立水务管理信息 系统对水资源统一管理的序幕。 2 0 0 0 年5 月1 3 日，全国第一家省级水务局一上海市水务局挂牌成立， 于是这水务管理体制发展到了新阶段。 到2 0 0 0 年底，全国已有6 0 0 多个市、县、区成立了水务局，标志着 水务管理体制的建立已由星星之火，发展成了燎原之势。 1 9 9 9 年开始，国家出台了有关改革水务的管理体制、建立合理的水价 格机制、加强社会节水、防治水污染、合理利用水资源等多项建议和政策， 为全国水务管理的改革指明了方向，提供了法律保障，促进了水务管理信 息系统的快速发展。 ( 2 ) 水务管理信息系统的发展趋势 成立水务局，建立完整的水务管理信息系统，符合我国社会主义市场 经济发展的要求，是历史发展的必然。必须建立起科学的、先进合理的水 务管理体制，实现水资源的可持续利用，是各级领导和社会各界人士达成 的共识。 我国的行政区域有三十多个省市自治区，而各个地区又往往有各自独 立的水资源管理系统，这些地区因其业务关系的需要，往往需要建立区域 性甚至覆盖全国的大型管理信息系统，已做到地区信息能及时协调，及时 传递到上级主管部门。因而，建立这种大型的管理信息系统已成为各个地 区在信息建设中需要解决的重要问题。 目前一些地区的信息网络多采用邮电部门的公共电话交换网与分级数 西安理工大学工程硕士专业学位论文 据交换网，这些网络虽然有成本低、易于实施、组网灵活等特点，但其传 输速度与容量往往受到一定的限制。随着i n t e m e t 技术的引进和i n t e m e t 网 在全国大多数地区的开通，人们越来越清醒地认识到，i n t e m e t 网比公用电 话交换网、分组数据交换网具有更大的优越性，因而，利用i n t e m e t 网的 各种优点，在网上建立大型管理信息系统已成为令人瞩目的一个研究课题。 对i n t e m e t 网上管理信息系统的研究虽然开始不久，但是i n t e m e t 网优 越的网络性能、灵活的接入方式和遍布全国的接入点、丰富的资源和多种 服务方式，使在i n t e n l e t 网上建立管理信息系统具有广阔的前景。随着 c h i n a n e t 在我国的全面开通和越来越多的用户加入1 1 1 t e m e t 网，在i n t e n l c t 网上建立大型的管理信息系统必将越来越广泛地被采用。 1 4 王益区基本概况 1 4 1 政区概况 铜川市王益区原名为铜川市城区，1 9 8 0 年4 月5 日设立，2 0 0 0 年2 月1 8 日经国务院批准更名为铜川市王益区。 铜川市王益区是铜川是政治、经济、文化中心，地处东经1 0 8 。5 77 1 0 9 。 0 97 ，北纬3 4 。5 77 3 5 6 1 2 ，位于陕西省中部，属关中平原向陕北黄 土高原过渡地带，东北与铜川市印台区接壤，西南与耀县毗邻，东南与富 平相连，东西宽1 8 5 k m ，南北长2 7 1 k m 。本地区地质构造属于华北鄂尔 多斯台地南缘地带，经过历年地壳运动，形成现在北高南低，山地、丘陵、 残塬、川台兼备的复杂地形。 王益区现辖三个乡镇( 黄堡镇、王益乡、王家河) ，四个街道办事处， 总面积为1 5 3 8k m 2 ，总人口2 0 9 万人，其中非农业人口1 6 9 万人，现有 耕地1 1 0 3 万亩，其中果园4 万亩，水田1 2 万亩，人均耕地2 7 万亩，人 口密度为1 3 2 0 人k m 2 。 4 1 4 2 自然地理 ( 1 ) 地形地貌 区内地貌有土石山地，川塬及丘陵、沟壑、残塬等三种类型。全区按 地貌特点可分为北部、中部、东部三部分，北部土石山地，面积2 2 8k m ：， 占总面积的1 4 4 ，这一部分主要指王家河所辖范围：中部川塬地，主要 指四个街道办事处和王益乡所辖范围及黄堡镇一部分，面积1 1 0 4k m z ，占 土地总面积的6 9 7 ，黄土覆盖深，面积大；东南丘陵沟壑残塬地，面积 为2 5 1k m 2 ，占土地面积的1 5 9 。 ( 2 ) 气候 该地区属温带大陆性气候，四季分明，冬季寒冷干燥，春季干旱，夏 季炎热，降水充沛，秋季阴雨连绵，属半湿润半干旱地区。年平均气温1 2 3 ， 年平均降雨量5 8 9 2 m m ，年蒸发量8 3 7 1 m m ，年平均日照时数2 3 4 5 7 h ， 年平均无霜期1 8 2 天，年平均太阳辐射量为1 2 6 5 千卡c m 2 。 1 4 3 经济发展状况 ( 1 ) 农业 坚持以奔小康统揽农村工作大局，通过稳粮、优果、兴牧、强企，农 村经济得到持续快速发展。粮食生产在严重的自然灾害下总产可达到 1 2 1 7 0 t 。主导产业苹果正在向优质高产发展，全区4 万亩苹果基地挂果面 积l 万亩，建成一个示范园，推广套袋4 l 万只，红富士i i 系列苹果在中 国杨凌第五届农业科技展览会上获”后稷”金像奖( 南雷村) ，9 8 年全区苹果 总产2 5 2 万t ，其中商品果1 万t ，实现产值5 0 4 0 万元。蔬菜生产有一 线菜田2 5 0 0 亩，新增二线菜田1 0 2 5 亩，基本建成了1 0 0 亩温室大棚菜。 畜牧养殖业规模不断扩大，现拥有养殖大户7 l 户，肉类总产量4 2 4 5 万t ， 禽蛋总产量3 5 1 t 。农民人均收入达到1 6 9 0 元。 在农村工作中，积极落实了中央土地承包3 0 年不变政策，第二轮土 西安理工大学工程硕士专业学位论文 地延包工作基本完成，全区承包土地面积6 7 3 9 1 8 5 亩，占耕地面积的 9 7 8 ；签订合同9 0 9 6 份，发放土地经营权证书9 0 9 6 份，分别占签、发 份数的9 4 3 ；全区除因铜黄路建设占地外，其余全部承包到户。 ( 2 ) 工业 工业是王益区的龙头产业，在强工、兴商、提农思想的指导下，已形 成了针织、服装、化工、煤炭、建材、机械为主导产业的发展格局。为了 适应市场经济的发展要求，积极建立现代企业制度，我们对区属6 7 户企 业采取一企一策的办法，积极改革，重点对5 2 户企业进行不同形式的改 制，已采用股份合作制形式的企业2 2 户，有限责任公司l 户，融资租赁9 户，整体出售3 户，租赁8 户，兼并9 户。通过改制，实现资产重组9 3 2 6 万元，盘活存量资产2 8 9 0 万元，吸纳增量资金7 2 9 9 万元，使企业重现生 机。1 9 9 8 年全区工业总产值完成4 2 4 6 1 万元，比9 7 年增长1 8 9 ，其中 区属企业完成7 7 5 6 万元，比9 7 年增长8 7 ；乡及乡以上工业产值完成1 7 1 1 4 万元，比9 7 年增长1 8 ；村及村以下完成2 4 9 3 5 万元，比9 7 年增长2 4 。 与此同时，下岗职工的安置工作做得想当好，9 8 年安置下岗职工3 1 1 8 人， 组织劳务输出安置4 3 3 人，区属乡镇企业安置7 2 2 人，促进了经济发展， 维护了社会稳定。 1 4 4 生态环境 ( 1 ) 生态环境建设现状 建区以来，王益区人民便全身心地投入到了水土流失治理之中，重点 通过植树、造林、种草；打坝、修田、拦蓄，实施流域综合治理，改进农 业耕作方式等多种措旌，先后累计建设水库3 座，兴修基本农田2 6 0 6 公 顷，工程整地造林2 9 2 8 公顷，建设各类经济林园1 9 8 5 公顷，综合治理面积 2 2k m 2 ，林草覆盖率达1 4 。 ( 2 ) 存在的问题 6 由于王益区水土流失总面积达1 3 5k m 2 ，占全区总面积的8 5 ， 强度水土流失区，沟壑深窄陡峻，沟壑面积占到总面积的4 0 ，土壤 黄绵土、绵沙土、风沙土，质地疏松，土粒结构差，抗腐蚀性能低， 植被稀疏，地表径流量大、冲刷力强，风力侵蚀、重力侵蚀、水力侵蚀 十分严重，年侵蚀量在0 9 1 万t k m 2 ，年输沙量1 2 2 8 5 万t 。各种类 水土流失导致沟床下陷、沟头延伸、沟 滑塌现象时有发生，严重破坏了土壤有 热失调，对生物的有益作用降低，肥力 期以来过渡开垦、滥牧行为的不断加剧 雹、大风灾害俱全，旱灾和水灾常常在 生活极为不利。 属极 多为 型的 岸扩张、新的沟壑不断出现，山坡 机质结构，导致土壤水、肥、气、 减退，来你产量低而不稳，由于长 ，生态严重失调，干旱、暴雨、冰 一年内出现，对工农业生产和群众 1 5 王益区水务管理信息系统研究开发的必要性 虽然计算机技术发展迅速，计算机的应用也相当普遍，但由于各方面 因素的限制，目前王益区水务局水务管理工作仍处于手工阶段，即便利用 了计算机也仅仅是利用文字处理软件和表格处理软件等常用办公软件代替 部分手工工作，只能起一个辅助作用。 随着经济的高速发展，水资源的相对短缺己成为区域经济发展的主要 因素之一。铜川市王益区属西部缺水地区，水资源严重短缺，所以，对水 资源进行科学有效的管理，使其得到合理配置，已成为当地水务部门的当 务之急。研制开发水务管理信息系统，提高业务管理水平和水务管理人员 的工作效率，促使水务管理从传统的手工方法向现代计算机自动化办公方 向发展，是解决现有水资源缺乏的根本方法与途径。 所以，建立水务管理信息系统是王益区全区人民的要求，是水资源合 理配置的要求，是水务管理改革的必油之路。 7 坡都 里耋堡三查兰三堡堡圭童兰兰竺坌查 ， 1 6 本论文所做的主要工作 本论文主要做了以下几个方面的工作： ( 1 ) 供用水系统的分析 供用水系统的分析中首先对王益区的水资源做了概括性的描述，在此 基础上进一步展开，从供水系统的降雨、水库调节、河流、地下水等不同 水源和用水系统的农业用水、工业用水、生活用水、生态用水方面做了详 细的分析，并对用水系统做了简单的预测，同时对王益区供水系统和用水 系统的水量平衡做了综合分析与评价，在此基础上提出了缓解王益区供用 水关系的基本对策。 ( 2 1 系统设计 在系统设计方面主要是针对王益区的水务管理信息系统，从系统设计 的目标、设计的原则、功能设计运行环境、系统特点等方面做了整体上 的描述，它也是系统数据库设计的前提和基础。 ( 3 ) 系统数据库设计 系统数据库设计是本论文的核心，主要把系统的思想和数据库理论结 合起来，对业务流程、实体关系、数据库流程做了详细的分析，在此基础 上设计了数据字典，建立了数据库。在系统功能实现这一节通过简单、快 捷、友好的界面和菜单给出了系统实现的具体步骤、方法和实现过程。用 户一看一目了然。 ( 4 ) 系统模型构建 考虑到经济的发展、资金的分配，兼顾“公平”和“效益”的原则， 本论文设计了三大模型：水资源多目标优化分析模型、供需水预测模型和 水资源系统优化模拟模型。对各模型的建模思路、目的和模型的目标函数、 约束条件、参数分析等做了详细描述，这些模型的建立解决了水务管理信 息系统中的优化决策问题，对水务管理有着重要的意义。 ! 圭苎垦垡旦查至丝堡堡坌堑 2 王益区供用水系统概况分析 2 1 王益区水资源及特点 2 1 1 水资源利用分区 为了便于水资源的调查评价、开发利用、管理和保护，以及分析区域 水的供求状况，研究对策，宜对全区水资源按行政管辖进行分区。王益区 水资源可分为以下三个分区：v 。( 黄堡镇) 、v ：( 王家河) 、v ，( 王益乡) 。 2 1 2 水资源量 全区地表水资源量为5 2 2 5 万m 3 ，地下水资源补给量为3 4 5 6 万m 3 ， 水资源总量为8 6 8 1 万m 3 ，开发利用量为4 2 5 万m 3 ，重复利用系数为1 1 ， 可供水量为4 6 7 5 万m 3 ，人均年占有水量为2 2 4 m 3 ，属贫水地区。 2 1 3 水资源特点 根据多年统计分析，王益区水资源具有以下特点： ( 1 ) 地表水资源较匮乏，时空分布与需水要求不协调 以1 9 9 5 年全区人口和耕地计算，人均水资源量1 0 5 m 3 ，亩均9 5m 3 ， 均低于全国人均水平，而且地表水资源分布不均匀，山区降水量多，地表 径流大：平川区降水量较少，地表径流量小，而平川耕地面积大，人口集 中，工业较发达，需水量大，与地表径流分布不协调。 ( 2 1 地表水年内分配不均，年际变化大 地表水年内分配不均，且与农业需水极不协调。年径流量的6 0 7 0 集中在汛期的7 l o 月，常为暴雨、连阴雨，形成的洪水难以利用。5 月 下旬至6 月上旬径流量占全年5 左右，地表水年际变化也较大，年径流 西安理工大学工程硕士专业学位论文 量最大最小比值一般在3 7 之间。径流变差系数一般在0 3 o 5 ，径流丰 枯悬殊，开发利用难度大。 ( 3 ) 区域地下水富水性差 区内地下水以中部黄土高原、丘陵、 件不好，富水条件差，开发利用难度大， ( 4 ) 水资源开发利用难度越来越大。 沟壑基岩列隙潜水为主，贮存条 区域地下水富水性差异也大。 境内水资源开发利用历史悠久，已逐渐形成蓄、引、提相结台，水利 化程度较高，浅山区，虽有一定灌溉面积可发展，但水利枢纽工程大都需 建在浅山区，由于地形条件限制，使工程规模加大，投资增多，建设难度 较大。因此，地表水资源开发利用难度越来越大。 2 2 王益区供水系统分析 2 2 1 降雨 王益区地处铜川市西南，属西北干旱、半干旱地区，降雨量偏少，且 年内、年际变化很大，华北地区年降水相对变率达2 5 ，西北内陆增大到 6 0 以上。由于降水变率大，旱灾成为北方旱区的普遍现象。且雨水集中 的7 、8 、9 三个月的降雨量占年降雨量的6 0 一7 0 。据科学观察统计， 冬小麦生长期间降水量较少，仅1 l o m m 左右，占全年降雨的2 0 。冬小 麦一生耗水量达3 5 0 4 5 0 m m 。要保证小麦正常生长，就需要灌溉，小麦种 植的面积过大势必会造成地下水开采过量。小麦从拔节到抽穗是生长最 快的时期( 4 、5 月份) ，此时太阳辐射量大，气温较高，空气干燥，作物需 水量约占全生产期的7 0 一8 0 ，而该时段降雨仅5 0 m m 左右，因此4 5 月份是小麦消耗灌水的主要时期。 土壤含水量变化与自然降水量呈同步正相关。年蒸发量平均在 8 5 0 m m ，年最大蒸发量可达1 0 0 0 m m 以上。从水份盈亏量看，王益区的绝 大部分地区水份亏缺。亏缺量由1 0 0 m m 逐渐增加，可达8 0 0 m m 以上。从 一 ：三塞呈丝里查量丝丝圣! 丝 各月情况分析，全区只有7 、8 两个月份的干燥度小于1 外，其它l o 个月 份，月干燥度均大于1 。 由此可见，受旱灾的年份，几乎年年发生，三年一小早、十年一大旱 的情况极为普遍。 2 2 2 水库调节 王益区的主要水源来源于水库，区内有七一水库、红星水库、北雷水 库和战斗水库。七一水库的总库容为5 5 6 万m 3 ，有效库容4 5 0 万m ，；红 星水库的总库容为1 5 0 万m 3 ，有效库容1 3 0 万m 3 ；北雷水库的总库容为 1 3 5 万m 3 ，有效库容1 2 5 万m 3 ；战斗水库的总库容为1 2 0 万m 3 ，有效库 容1 1 2 万m 3 。 水库调节是水库依靠本身的库容，通过适当的蓄水、放水，满足某一 地区某一时段的供水、排水在时间上和空间上的不同要求。水库调节分年 调节和多年调节，即分别满足年内和多年的需求。然而，由于王益区降水 年内、年际分布的不均匀性，对水库的调节能力要求越来越高。基于此， 王益区进行了相应的小型水利工程规划： f 1 ) 病险水库处理 红岩沟水库和韩塬水库均为病险水库，为了满足用水要求，计划把这 两水库进行堤坝加固处理。红岩沟水库土坝加高1 5 m ，迎水坡和背水坡同 时加高，可增加库容7 6 万m 3 ；韩塬水库由迎水面加高1 1 7 m ，可增加库 容3 万m 3 。 ( 2 ) 淤地坝和集雨窖工程 区内规划淤地坝2 1 座，每座淤地坝高1 5 2 0 m ，共增加库容4 0 万m 3 ， 控制流域面积2 0 k m 2 以上。到2 0 1 0 年，拟建1 5 万处集雨窖灌工程，水量 预计达到7 5 万m 3 ，大大减少了灌溉用水，缓减了用水之急。 西安理工大学工程硕士专业学位论文 2 2 3 河流 王益区主要河流有漆水河，属渭河的二级支流，是石川河水源之一， 全长6 4 2 k m ，在该区境内1 0 k m ，年平均径流量6 2 3 万m 3 。支流有王家河、 史家河、大同河、小河沟、碾道沟、李家沟、瓦窑沟、红岩沟八条。这些 河流普遍具有径流量变化大的特点，丰水期较集中，因而跨时段利用难度 大，而且，降雨集中造成的河水含沙量偏大，使得单位水量利用成本加大。 所以我们需要考虑径流与水库结合的蓄水、供水方式，利用水库来实现水 源的净化，减少单位水量的净化成本，从而达到对水源充分、合理的利用。 2 2 4 地下水 王益区地下水资源开采相对较少，利用率偏低。西北地区西部内陆区 地下水资源平均模数为3 0 3 万m 3 船n 2 a 。对王益区的地下水资源进行分 析，得出以下几点结论： ( 1 ) 地下水开采相对较少 地下水以其分布广、蒸发消耗少、储存量大、调节能力强、不易被污 染、供水保证程度高等优点倍受人们重视。世界干旱区国家均以地下水作 为主要供水水源，像非洲、哈萨克斯坦、中东、美国亚利桑那州、澳大利 亚等地区和国家地下水开发利用程度一般在6 0 以上。以色列修建地下水 库，实施地表水和地下水联合调度的有效管理成为干旱区水资源科学利用 的典范。 王益区水资源的利用，还处于高耗低效阶段，目前还主要以利用地表 水为主，地表水的利用率己达到6 0 以上，而地下水的利用程度却很低， 同时，地下水容易开发的地段，又有明显的超采现象，这与地区经济实力 不足、开发技术相对落后、存储条件差有关。王益区地下水平均利用程度 仅有2 0 左右，远远低于其他干旱区国家地下水的开采利用程度。地区经 济正在崛起，对水的需求不但数量上不断增加，而且保证程度的要求也越 2 王益区供用水系统概况分析 来越高，客观上要求地下水在未来的供水中扮演重要的角色。有计划地利 用地下水对于满足城市、工农业对水需求的增长问题具有重大的现实意 义。 ( 2 ) 未充分发挥地下水的生态环境调节作用，水资源开发与生态环境保 护脱节 潜水和土壤水是地球表面联系岩石圈、生物圈、大气圈的纽带，潜水 埋藏深度、潜水矿化度、包气带岩性、包气带含水量、包气带含盐量是直 接关系植被生长的生态环境指标。潜水的合理利用可以改善生态环境，不 合理利用也可以破坏生态环境。目前区域存在的植被退化、土地沙化、土 壤盐渍化均与地下水的利用密切相关。 植被退化、土地沙化等生态环境退化的直接原因之一是表层土壤干燥 化。植被生长状况与地下水埋深有关，这是因为植物生长与其根系层的土 壤含水量有关，地下水埋深和毛细最大上升高度决定了包气带垂直剖面的 含水量分布。王益区开发利用地下水必须考虑控制一定的地下水位埋深， 合理开采地下水，同时，保证适当的生态用水。根据以往对西北地区野生 生态系统的调查研究，要维持野生生态系统平衡，乔木、灌木分布区，潜 水埋深不能大于7 8 m ，而草地分布区潜水埋深不能大于2 3 m 。否则， 必然会导致植被退化，生态环境恶化。 ( 3 ) 水资源总体利用率低 地表水和地下水同源、同归宿，但在长距离运移过程中又遵循各自的 水力规律，多次相互转化，这种规律反映了地表水与地下水是既相互独立， 又相互依赖、相互制约的两个子系统。王益区水资源的开发利用未能充分 利用地表水和地下水的相互转化关系，使得地表水与地下水不能相互涵 养，造成水资源的总体利用率偏低。 区内地下水的调查与研究滞后 王益区经济发展正处于起步阶段，由于近2 0 年来人为因素的干扰， 地下水水循环条件和地下水补给、径流、排泄条件不断发展变化，就现有 西安理工大学工程硕士专业学位论文 的工作基础，掌握这些变化，尤其对各要素的定量化确定显得明显不足。 为顺应国家开发大西北的需求，为满足未来决策、规划和管理的需要，重 视和加大对地下水的调查和研究，已成为地区水资源问题的重要内容。 2 3 王益区用水系统分析及预测 2 3 1 农业灌溉用水 ( 1 ) 设计保证率 根据王益区水资源状况及经济发展分析，该区水资源不丰富，灌溉设 计保证率确定为7 0 。 ( 2 ) 灌溉面积 全区设计灌溉面积2 万亩，由于工程老化失修，目前区内基本配套的 面积仅1 5 万亩，灌溉水利用系数o 5 0 ，通过节水改造和续建配套工程设 施，到2 0 1 5 年，恢复配套设施，使灌溉面积达到2 万亩。通过高效节水 灌溉，到2 0 1 5 年，使灌溉水利用系数提高到0 6 2 。 ( 3 ) 灌溉作物组成，灌溉方法及灌溉制度 根据区内水资源条件和各部门的需水要求以及市场经济的调节作用， 农业结构将逐步向高效格局发展，预测到2 0 0 5 年区内粮经比将达到7 ：3 ， 复种指数1 5 ，作物种植比例为小麦8 0 ，玉米4 0 ，果林2 0 ，其它经 济作物1 0 。粮食种植以常规灌为主，逐步发展小畦灌，果林及经济作物 适当发展高效节水灌溉技术。区内毛灌溉定额降低为2 0 0 n 1 3 亩。预测到2 0 1 5 年，区内粮经种植比例将达到6 ：4 ，作物种植比例为孙麦7 0 ，玉米3 0 ， 果林3 5 ，其它经济作物2 5 ，复种指数达到1 6 。区内全面发展节水灌 溉技术，粮食作物以小畦灌为主，规划经济作物逐步发展喷灌，果林发展 滴灌，灌溉毛定额降低为1 6 0 m 3 亩。 由于王益区属资源性缺水地区，根据灌溉经验和试验资料，参照 ，并按照非充分灌溉方式，分别拟定了 。 ：三塞墨垡星查量丝丝丝丝 中等湿润年、一般年、中等干旱年，共三种灌溉制度，以满足调节计算的 需要。下面以2 0 0 5 年的灌溉为例，说明各灌溉制度及其一些基本参数： 表2 - 1 2 0 0 5 年地面灌溉制度规划表( 常规藩) 灌溉定额 灌水定额灌水 遵水天灌水膜数 作物组成 灌水时间 ( m ，亩) ( m 3 ，亩) 次数 数( 灭)( m 3 憎万亩) 小麦8 05 0 5 011 1 2 0 1 22 0 3 l0 1 4 l 玉米4 04 54 5 j8 i o 最2 5j 6 o j 4 i 果林2 0 5 05 0l 1 1 1 8 1 1 2 030 1 0 2 其它1 04 5 4 5i6 0 1 6 1 41 40 1 4 l 合计j 5 0 表2 2 2 5 年地面灌溉制度规划表( 常规灌) 一般年( 5 0 ) 灌溉制度 组成灌溉定额灌水定额 灌水灌水天数灌水膜数 作物灌水时问 ( m v 亩)( m ，亩)次数 ( 天)( m w 万亩) 5 0 1 1 2 0 1 22 03 1o 1 4 l 小麦 8 09 0 2 4 0 3 0 5 - 3 3j2 70 1 3 0 4 5 7 1 5 73 01 60 1 4 1 玉米 4 08 52 4 08 1o _ 8 2 5 1 60 1 2 5 5 01 1 1 8 1 1 2 030 1 0 2 果林2 09 02 4 0 3 0 3 3 0 530 0 8 2 其它1 04 54 5l6 o l - 6 1 41 40 1 4 l 合计l5 0 表2 _ 32 0 0 5 年地面灌溉制度规划表( 常规灌) 组成灌溉定额灌水定额灌水麓水天数灌水膜数 作物灌水时间 ( m 3 ，卣)( m 3 腐) 次数 ( 天)( m 1 倒万亩) 5 0 1 1 2 0 1 2 2 03 l0 1 4 1 小麦8 01 3 0 4 0 33 0 5 _ 3 3 i2 7o 1 3 0 4 05 0 l 一5 2 72 7o 1 3 0 4 5 7 1 5 7 3 01 6 o 1 4 l 玉米 4 09 02 4 08 1 0 _ 82 51 60 1 2 5 5 01 1 1 8 1 1 2 030 1 0 2 果林2 0 1 3 04 0 33 0 3 3 0 530 0 8 2 4 06 3 0 7 0 23o0 8 2 4 56 0 1 6 1 41 4o 1 4 1 其它l o8 52 4 07 0 2 7 1 51 4o 1 2 5 合计1 5 0 6 表2 42 0 0 5 年地面灌溉制度规划表( 小畦灌) 中等湿润年( 2 5 ) 灌溉制度 组成 灌溉定额灌水定额 灌水灌水天数灌水膜数 作物 灌水时间 ( m 3 ，亩)( m 3 ，亩) 次数f 天)( m 3 ，“万亩) 小麦 8 04 54 5l 1 1 2 0 1 2 2 03 101 2 7 玉米4 0 4 04 0l8 1 0 - 8 2 5 1 60 1 2 5 果林2 0 4 54 5l1 1 1 8 1 1 2 030 0 8 3 其它i o 4 04 0l6 0 1 6 1 41 40 1 2 5 含计 1 5 0 表2 52 0 0 5 年地面灌溉制度规划表( 小畦灌) 组成灌溉定额灌水额灌水灌水天数灌水膜数 作物遵水时间 ( m 3 ，亩1( m 3 亩)次数( 天)( m 3 ，s ，万亩) 4 51 1 2 0 ，1 2 2 03 lo 1 2 7 小麦8 08 52 4 030 5 3 3 12 70 1 3 0 4 07 1 5 7 3 01 6o 1 2 5 玉米4 08 02 4 081 0 8 2 51 60 1 2 5 4 51 1 1 8 1 l2 0 3 0 0 8 3 果林2 08 5 2 4 03 0 3 3 0 53o 0 7 4 其它1 04 04 0l6 0 l 1 41 40 1 2 5 合计1 5 0 表2 62 5 年地面灌溉制度规划表( 小畦灌) 组成灌溉定额灌水定额灌水灌水天数灌水膜数 作物 灌水时问 ( m v 亩)( m 3 ，亩1次数 ( 天) ( m 3 ，卵7 亩) 4 5l l2 0 一1 22 0 3 10 1 2 7 小麦 8 0 1 2 5 4 0 33 0 5 3 3 12 70 1 3 0 4 05 0 1 - 5 2 72 70 1 3 0 4 07 1 5 73 01 6o 1 2 5 玉米