井渠结合灌区（精选五篇）
井渠结合灌区 篇1
我国水资源短缺问题严峻,作为用水大户的农业所受的影响尤为突出,水资源已经成为当前农业可持续发展的主要制约因素[1]。而种植结构是农业生产发展的核心所在,这就要求我们必须统筹社会、经济、节水、生态、环境保护等因素,使得区域种植结构与水资源现状相匹配,以最佳的综合效益实现农业的可持续发展。为解决相关问题,学者们陆续提出了许多考虑不同因素或运用先进算法的种植结构优化模型。陈守煜等[2]将经济、社会、生态等效益转化为综合效益系数,并将其作为权重建立了多目标模糊优化作物种植结构;周惠成等[3]将交互式模糊多目标优化算法应用于求解作物种植结构模型;高明杰等[4]突出考虑区域社会、生态效益构建了区域节水高效种植结构调整的多目标模糊优化模型;左余宝等[5]在考虑主要作物不同生育期需水与降水的吻合性的基础上建立了种植结构优化模型;张智韬等[6]采用蚁群算法求解多目标种植结构优化模型优化种植布局;李建芳等[7]细分了农产品中虚拟水的蓝水和绿水,并考虑作物需水量及生育期有效降水量等因素建立了农业种植结构优化模型。这些研究对农业种植结构调整起到了一定的指导意义,但还存在一些问题,特别是未考虑不同地下水埋深对作物种植结构的影响。地下水埋深太浅,土壤蒸发量大,且易发生次生盐碱化,对作物生长不利;地下水埋深过深,则会增加井灌成本。因此,在优化作物种植结构的同时,根据灌区地下水埋深变化规律,合理确定井渠配水比例,将地下水埋深控制在适宜范围内作为生态目标将更具有现实意义。基于此,本文拟在动态模拟地下水埋深演变过程的基础上,调整灌区井渠用水比例和作物种植结构,使得灌区经济、生态、社会综合效益最大化,实现灌区水资源的高效和可持续利用,从而为灌区农业健康发展提供重要借鉴意义。
1 模型建立
针对灌区水资源与种植结构现状,根据区域水资源时空分布特点和经济发展水平,以保障水安全、粮食安全,促进生态安全为出发点,以节水增效为核心,提高农业综合效益为目标,分别考虑节水效益、经济效益和生态效益,在满足灌区灌溉需水量要求的前提下,合理配置地下水与地表水的分配比例,运用动态模拟调整地下水位使其处于适宜的状态,以地下水埋深状态作为种植结构调整的生态要素,同时考虑其节水效益,构成整合生态经济效益的种植结构优化模型。
1.1 目标函数
(1)经济效益。
式中:F为灌区总纯收入,元;Ci为第i种作物的 单价,元/kg;Di为第i种作物的单位产量,t/hm2;Ki为第i种作物的单位面积生产费用,元/hm2;Xi为第i种作物的 种植面积,hm2;n为作物种植种类。
(2)节水效益。
式中:W为灌区灌溉总需水量,m3;Mij为第i种作物第j月的需水量,m3。
1.2 约束条件
(1)总面积约束:
式中:S为总播种面积,hm2。
(2)季节灌溉面积约束:
式中:u为夏季作物 总数;v为秋季作 物总数;s为耕地面 积,hm2。
(3)月最大供水量约束:
式中:η0为渠系利用系数;Rj、Gj分别表示地表水和地下水 的各月灌溉用水量。
(4)口粮约束:
式中:PO为人口数,人。
(5)可用水量约束:
式中:Rt、Gt分别表示可利用的地表总水量和地下总水量,m3。
(6)地下水埋深上下限约束:
式中:Dj为第j时段地下水埋深,m;Dmin为合理的地下水位最小埋深,m;Dmax为合理的地下水位最大埋深,m。
(7)地下水均衡约束:
式中:DjEN为第j时段末的地下水埋深值,m;DjBE为第j时段初的地下水埋深值,m;ΔHjP为第j时段内有效降雨补给引起的地下水位上升幅度,m;ΔHjCI为第j时段内渠道过水渗漏引起的地下水位上升幅度,m;ΔHIjR为第j时段内渠灌下渗引起的地下水位上升幅度,m;ΔHjRI为第j时段内河道径流渗漏引起的地下水位上升幅度,m;ΔHjEX为第j时段内地下水开采引起的地下水位下降幅度,m;ΔHjE为第j时段内潜水蒸发引起的地下水位下降幅度,m。
2 基础数据获取
2.1 研究灌区概况
人民胜利渠灌区是河南省重点大型引黄灌区之一,是省粮棉油等主要农产品生产基地。灌区属暖温带大陆性季风型气候区,四季交替分明,多年平均降雨量581.2 mm,年内雨量分配不均,主要集中在6、7、8三个月,占全年降雨量的70%。灌区总控制面积14.87万hm2,灌溉面积9.92万hm2。灌区多年平均水资源可利用总 量为6.25亿m3,多年灌溉 总引水量 为3.78亿m3,黄河水是人民胜利渠灌区的主要 水源。灌区内主要作物有小麦、棉花、玉米、水稻、油菜、花生等,大部分实行小麦与玉米、花生、水稻轮作,一年两熟,复种指数1.85。种植结构以粮食为主,经济作物相对较少。
2.2 设计年降雨量选取
根据1953到2000年灌区月平均降雨 量资料进 行频率计算,并以频率50%平水年作为标准选取设计典型年,采用适线法分析灌区平水年保证率的设计年降雨量,按同倍比法计算,获得设计年降雨的年内各月分配量。
2.3 作物月需水量
据当地主要作物的 阶段需水 量、日平均需 水量和生 长天数[8],结合灌区的耕作制度,得到各月需水量,见表1。
2.4 作物纯收入
为制定最优的农业水高效利用调控措施,必须考虑到农业水资源的经济效益,而最为直接的是从农作物产值考虑,本文依据国家发改委、建设部2006年7月颁发的《建设项目经济评价方法和参数》(第三版),采用影子价格计算农业灌溉效益,既能反映水资源的稀缺程度,又能反映区域的经济结构、经济发展水平等。作物的纯收入为产量与单价的乘积减去生产花费(此处不包括水费)。灌区主要作物每茬产量、价格和生产花费统计数据的平均值,可得作物纯收入。
2.5 模型主要因子
本文计算过程采用灌区多年经验公式[9]。
(1)降雨入渗补给量的确定。降雨入渗补给量是降雨量通过入渗补给潜水含水层的水量。在本次计算中灌区降雨入渗量按经验公式计算。
式中:Pr表示时段内降雨入渗补给总量,mm;P为时段内的降雨量,本文中采用月降雨总量,mm;α为降雨入渗补给系数,其值与地下水埋深、降雨量情况有关,根据人民胜利渠灌区历史资料,经换算调整得出;μ为土壤给水度,主要与土壤土质(包括层次结构)及地下水埋深有关。
(2)渠道入渗量的确定。引水渠的水位高于地下水位,渠道水通过土壤渗透进入地下水。本文主要计算引黄灌溉干渠、支渠的入渗量。对于灌区井灌区,由于渠系布置较短,且部分渠道采取了渠道衬砌改造等防渗措施,减少其输水损失,故入渗补给量可忽略不计。入渗量的计算利用灌区经验公式:
对于在一个灌区的入渗影响为:
式中:WjCI为第j时段渠道下渗的水量,m3;η1为主渠道的灌溉水利用系数,取0.70;Aj为第j时段灌区面积,km2。
(3)灌溉补给地下水量。灌溉对地 下水的补 给量Irj主要与灌水量大小、土壤地质、地下水埋深以及灌前土壤干旱程度有关。因在井灌是多为农户自发组织,对灌溉用水的利用较为充分灌溉回灌地下水量可忽略,渠灌的大小可以用渠灌回归系数确定,即:
式中:Irj为渠灌对地下水的补给量,m3;βIR为灌溉补给系数,与土壤土质、地下水埋深、灌前土壤湿润程度等因素有关。相对灌区而言,βIR主要随地下水位变化,为经验数据。因此灌溉对地下水埋深的影响为:
(4)地下水开采量的确定。地下水开采主要包括工业、农业、生活等方面的取水,考虑到当地农业灌溉用水占地下水开采量的大部分,因此将各分区视为只有农业耕地的区域,排除其他因素的影响。所以地下水的开采量指灌区内井灌需水量WjEX,m3。
则地下水开采对地下水埋深的影响为:
(5)潜水蒸发。潜水蒸发是地下水排泄主要的因素,蒸发量的大小主要取决于气候条件、潜水埋深、包气带岩性和作物生长情况。可根据经验公式进行计
式中:Ev为潜水蒸发量,mm;E0为水面蒸发量,mm;D为时段内地下水位平均值;D0为极限蒸发深度,本文根据人民胜利渠灌区实测资料,可取其值为3.5m;n为与土质有关的系数,一般取1~3,根据灌区各分区地质条件可适当调整n的取值。
则浅层蒸发对地下水埋深的影响为:
3 模型求解
以现状种植结构的 作物需水 量状况作 为出发点,考虑降水、蒸发、灌溉、下渗、地下水开采等要素运用动态模拟调节地下水埋深值,并将各月灌溉水量同灌溉总面积、耕地面积、总水量、口粮等作为约束条件,参与综合经济效益与节水效益的多目标种植结构优化模 型,采用多目 标转单目 标的方法 简化模型,求解线性规划模型,并以计算得到的新种植结构逐次迭代循环模型直至出现最优解。具体求解思路如下。
(1)以现状种植结构为基础,拟定各月灌溉需水量;
(2)以灌溉需水量为依据,初始地下水埋深为起点,通过调整井灌、渠灌用水比例,使模拟的地下水埋深处于合理范围内,从而得出与之相应的节水灌溉方案,即灌溉总水量和各月灌溉用水量等供水状况;
(3)以(2)得出的供水状况结合总灌溉面积、耕地面积、口粮等作为约束条件,以经济效益最大、节水效益最好作为目标函数,考虑灌区经济节水并重原则,采取等权求和处理方式,将多目标转化为单目标,求解线性规划种植结构优化模型,得出调整后的种植结构及对应的经济效益和节水效益;
(4)依据调节前后的种植结构,比较其经济效益及节水效益,当经济效益与节水效益变优幅度均小于0.5% 时,认为模型达到最优结果,否则计算种植结构调整后的需水量,返回(2)循环模型,逐步递进直至结果优异且稳定为止,即为最终方案。
模型求解流程图见图1。
4 结果与讨论
从现状种植结构所确定的作物灌溉需水量出发,循环模型求解,在经过可取的五次循环计算后达到最优结果,种植结构调整前后相关数据如表2所示。
由表2可见,经小麦和玉米的些许增加以保证粮食安全及当地生活需求,水稻、棉花、油菜有所减少以提高水资源利用效率,而花生的种植面积有明显的增加,主要原因是花生的经济效益高同时需水量较少,且人力投入较少,耕作工序简单,种植投入成本少。调整后的种植结构所对应的作物需水量总量由原来的2.89亿m3减少到2.81亿m3,毛灌溉用水总量也随之降低;由于将高耗水作物转变为低耗水作物直接导致农业蒸发消耗水量的减少,引黄灌溉 水量及地 下水开采 量也将相 应减少,从而在农业引黄总水量不变的情况下,可将部分区域多余的水量通过渠系输送到灌区末梢,增加这部分地区的渠灌用水量,减少地下水的开采量,避免出现更深的漏斗,从而提高水资源利用效率。
选取平水年分析,主要灌溉月份在2-9月及11月,最终灌溉方案井渠各月用水量、各月灌水总量、井渠灌水比例、地下水埋深变化如表3所示。
万 m3
文中选取较不利的水埋深4m作为初始水位,以期恢复地下水生态系统,调整过程中地下水埋深变化均在最佳生态埋深范围内。
收益方面,现状经济效益为31.4亿元,调整种植结构后经济收益为32.5亿元,增幅为3.82%,扣除水费、其他成本及人工投入后的净收益由原来的16.3亿元增加到17.5亿元,增幅为7.36%。节水效益方面,作物需水总量由原来的2.89亿m3减少到2.81亿m3,减少2.77%。地下水埋 深均在可 控范围内,表现出良好的生态效益。
5 结 语
考虑地下水的合理开发利用,在动态模拟地下水埋深演变过程的基础上,建立基于地下水均衡的多目标种植结构优化模型。并将该模型应用于人民胜利渠灌区,经模型调整使得灌区经济总收益提升3.82%,鉴于该灌区的水源特点,引黄水价稳定且较便宜,井抽地下 水的费用 受限于当 时的电费 等诸多因素,略高于前者,因而轻微减少地下水量的使用不仅有助于地下水位的恢复,对整体经济效益的增加也有很好的效果,扣除水费等其他成本后经济净收益提升7.36%,新的种植结构作物需水总量减少2.77%,同时地下水埋深变化均在可控合理范围内。因此,模型是合理、可行的,对现代农业发展具有一定的借鉴指导意义。不足之处在于未考虑黄河侧渗的影响,对降水、渠道下渗等所引起的地下水埋深变化也仅进行了均化处理,弱化了其空间属性,与实际情况有所出入。若根据河流侧渗影响区域及渠系布置特点对灌区进行分区处理,将有利于问题的解决,有待后续进一步研究。
摘要：调整作物种植结构,优化井渠用水比例,合理开发利用地下水,是灌区水资源高效利用的有效途径。以地下水均衡为基础,以月时间尺度动态模拟地下水埋深变化,并将其对应的灌溉水量作为生态约束条件,建立多目标种植结构优化模型,选择人民胜利渠灌区为例进行模拟分析。在考虑地下水均衡的基础上,调整地下水埋深于合理状态以追求更好的生态效益,优化种植结构减少总用水量以达到更高的社会效益,提升灌区经济净收益以获取更大的经济效益,从而实现灌区综合效益最大化。经模型调整,各月地下水均于合理状态,并提升灌区净收益7.36%,减少灌溉需水量2.77%。结果表明,该模型的构建是合理、可行的,其对新型生态农业发展具有一定的理论意义和实用价值。
井渠结合灌区 篇2
【关键词】渠道防渗；技术措施；改建工程
前言
在当前我国农业经济发展的过程中，农业灌区渠道供施工有着十分重要的作用，这样不仅可以保障农业用水的正常灌溉，还有效的促进了我国农业经济发展。但是，在当前我国灌区建设施工的实际情况来看，人们在灌区渠道建设施工的过程中，还存在着许多的问题，这就渠道工程的施工质量有着严重的影响，因此我们就要采用相应的技术手段来对其进行处理，从而使得渠道结构的耐久性和稳定性得到有效的保障。其中防渗改进技术的应用，不但有效的保障了工程施工的质量，还使得渠道工程的环保效果得到进一步的保障，从而满足了现代化建筑工程施工的相关要求，消除我们在农业灌区渠道工程建设施工中存在的安全隐患。
1.灌区渠道防渗技术的选择
1.1渠道防渗实况
早在上个世纪50年代，人们就开始对农业灌区建设施工进行重视，并且将一些先进的渠道施工技术应用到其中，从而保障农业用水的正常供应。而在那时人们主要是采用直接深挖土渠的办法来对其进行施工处理。虽然这样的渠道结构其施工方法比较简便，但是实际应用的过程中，容易造成水资源的流失，这就对农业的效益有着严重的影响，因此我们就要采用相关的防渗改进加固技术来对其进行处理，从而使得渠道结构的稳定性和可靠性得到进一步的保障。一般情况下，我们在渠道防渗施工的过程中，人们一般都会采用混凝土、粘土以及砌石等材料作为其主要的防渗处理，来对其进行处理，从而使其防渗效果得到提高。不过，在不同的渠道工程项目建设施工的过程中，其工程施工的要求也就存在着一定的差异，因此我们在对其进行防渗处理的过程中，就要采用相应的技术手段来对其进行处理，从而使其防渗效果得到很好的提升。
1.2渠道防渗断面形式选择
在渠道工程建设施工的过程中，通常都存在着许多的渠道分支，其中不同的渠道结构，其自身的大小都存在一定的差异，因此我们在对其断面结构形式进行选取的过程中，就需要根据工程施工的实际情况和相关要求，从而采用相应的施工办法来对其进行处理，从而对灌区渠道结构的水流量进行有效的控制，进而满足现代化渠道工程建设施工的相关要求。目前在我国农业经济发展的过程中，人们一般都是采用的矩形断面结构来对其进行相应的施工处理，這样就可以对其水流量进行有效的控制。
2.提高渠道防渗的技术措施
2.1施工程序
我们在对其渠道结构进行加固改造的过程中，为了使其经济效益得到进一步的提升，人们通常都会采用新老线结合的办法来对其进行处理，从而使得满足现代化工程建设施工的相关要求。一般来说我们在对传统渠道进行加固改造的过程中，采用的施工程序主要有：第一，在对其进行加固改造前，施工人员就必须要采用相应的办法，来对土渠中存在的病患和杂质进行去除，再利用砌体材料来对其进行相应的施工了，从而使得渠道结构的稳定性和可靠性得到有效的保障。第二，操作人员在对其进行施工处理的过程中，施工人员必须要根据工程施工的实际情况，采用相应的养护办法来对其进行相应的处理，从而使得渠道结构的防渗效果得到进一步的保障。
2.2混凝土浇筑工艺
由于灌区原有的渠道断面多为梯形，混凝土浇筑方式与渠道断面大 小以及伸缩缝的设置有关。干渠及断面较大的支渠，且坡底设有纵向伸缩缝的，采用三次浇筑成形法，即先浇渠两坡、后浇渠底，或先浇渠底、后浇渠两坡；断面较小的支渠采用两次浇筑成形法，即先浇渠两坡后渠底，或先浇渠底后浇两坡。
2.3施工要点
（1）原渠道砌石表面要冲洗干净，打掉松动、老化的勾缝，以利混凝土与原砌石面牢固结合。（2）混凝土浇筑前，原砌体表面须提前洒水湿润。（3）混凝土要进行水灰比、配合比、塌落度、和易性试验，找出最优配合比和控制指标，按确定的配合比配料，不得更改。（4）现场浇筑混凝土宜采用分块跳仓法施工，同一浇筑块应连续浇筑。混凝土应采用机械振捣，使用表面式振动器时，功率以1.5-2kW为宜，振板行距宜重叠10cm。振捣边坡时，应上行振动，下行不振动，行进速度控制在1.5-2.0m/min。要求随振、随抹，确保混凝土的密实度、强度、平整度。
3.灌区渠道防渗层损毁形成的因素与原因分析
3.1防渗层损毁的因素
（1）物理因素是由于渠堤冻胀原因，造成的混凝土板拱起、滑落、错台及水流冲蚀造成勾缝脱落和混凝土板质量不合格所造成的混凝土板表面破损、麻面、散架、勾缝脱落，使用寿命缩短。
（2）化学因素是水中化学物质对防渗层的侵蚀。这样渠道的防渗层破损，严重影响了渠道的防渗功能，增加了渠道输水损失，降低了渠道的输水效率及安全性。
3.2渠道防渗层损坏的原因
（1）冻胀破坏：渠道冻胀主要发生在总干渠、深挖方渠段。因土壤含水率高，冻胀现象严重，致使混凝土现浇段有些散架，暴起甚至整块翻落渠中。原因分析：由于基土中含水量多，当气温长时间处于0℃以下时，基土中的水分就会结冰。（2）人为质量因素：很多原灌区老渠道因为受当时各方面的因素影响，因此混凝土板质量较差，不能达到设计寿命。勾缝砂浆强度低，施工挤压不实等。目前很多灌区总干渠、干渠衬砌板麻面、散架、勾缝脱落较为严重，有些甚至成段出现，就是因为混凝土板质量不合格所致。
4.渠道损毁的修复
老灌区渠道损毁及存在隐患因上述原因造成的结果概括为：衬砌板勾缝脱落、混凝土板酥松散架、麻面、伸缩缝脱落。
4.1勾缝脱落的修复 勾缝脱落是最常见、最普遍的现象。采取的措施是勤检查、勤修复。每次灌后，组织人力对渠道进行细致检查。对大面积的勾缝脱落进行修复。
4.2混凝土板麻面的修复 为节省资金，对形成麻面但强度尚好的混凝土板，用水把板面冲洗干净，然后用1：1的水泥砂浆进行罩面，罩面厚度不小于2mm，保湿养护不少于14d。
4.3混凝土板酥松散架的修复 这种现象在总干渠上存在不少，只能采取更换混凝土板的办法修复。先清除原混凝土板，若板后基土湿度过大，应进行开挖换土，重新捣实削平，更换同样大小的混凝土板。
4.4伸缩缝的修复 填补伸缩缝老灌区以前采用的是沥青砂浆，现在一般采用焦油塑料胶泥。先把伸缩缝清理干净、晾干，再用塑料胶泥填充密实。
5.结束语
在现代化农业经济发展的过程中，灌区渠道工程的建设施工有着十分重要的意义，这不仅有效的促进了我国农业经济的发展，还有效的保障了渠道工程的施工质量。而且随着科学技术的不断发展，人们也将许多先进的施工技术、材料和设备应用到其中，这就使得灌区渠道工程建设工程施工的质量得到进一步的保障。
参考文献
[1]关瑜.农田灌溉防渗渠道衬砌施工技术[J].中国新技术新产品,2011(04).
井渠结合灌区 篇3
综合以往研究，进行井渠合适灌水量的研究时，主要从盐碱地的防治和经济最优等角度出发，对灌区超采导致地下水位下降而引发的农田灌溉水环境问题研究不足。本文以泾惠渠灌区为例，研究该区不同水文地质单元和不同植被条件下的地下水位合理埋深范围，并以地下水位合理埋深范围为约束条件，从农业高效节水和多水源合理调控两方面，对灌区水资源进行需求调控方案研究，保障灌区的可持续健康发展。
1 泾惠渠灌区基本概况
泾惠渠灌区位于陕西关中平原中部，是一个典型的井渠结合灌区，现有设施灌溉面积9.68万hm2，有效灌溉面积8.79万hm2，土壤和水利条件良好，主要种植小麦、玉米、棉花等。灌区多年平均降水量538 mm，其中7-9月降水占50%～60%，年蒸发量为1 212 mm，可利用的水资源主要为天然降水、泾河引水和浅层地下水。由于工业、农业活动的加剧，灌区水资源需求不断增长，同时受泾河来水量减少的影响，机井规模盲目扩张，井渠灌溉用水比由20世纪70年代的0.3左右上升至目前的1.3左右，急剧增大的地下水开采量使得地灌区下水埋深持续增大，引起了水泵吊空、地面沉降等问题[5,6]，历年井渠用水比和地下水埋深变化情况详见图1。
2 泾惠渠灌区地下水位合理埋深的确定
地下水的合理埋深是针对地下水的动态调控提出的，它不是一个确定的深度而是一个变化的范围。灌区大量引用地表水灌溉将使区域地下水位上升，可能导致次生盐碱化现象的出现，因此，地下水合理埋深的上限应是不引起土壤严重积盐，不危害作物生长的地下水最小埋深。
地下水合理埋深的下限在一些关于灌区水量调控的研究中将其确定为生态水位（保持植物正常生长的最大地下水埋深），在降水稀少、缺乏灌溉的干旱地区将生态水位作为地下水合理埋深的下限是必要的[7]。泾惠渠灌区属于半湿润易旱区，降水较为丰富，灌溉充分，作物生长所依赖的土壤水除了地下水补给外，主要有降水、灌溉入渗及渠道渗漏的补给，地下水对其补给量所占的比例相对于以上几种补给来源的补给量较小，且考虑到灌区出现的含水层枯竭、地面沉降及抽水成本等问题，泾惠渠灌区地下水合理埋深下限的确定应综合考虑有利于地下水接受补给、动态恢复和机井的允许提水深度等因素。
2.1 合理埋深上限的确定
参考羊锦忠、李凤岭等人对土壤积盐与地下水关系的分析成果，根据防止土壤盐碱化的重要指标-毛细上升高度和作物根系主要活动层厚度来确定地下水位合理埋深上限[8]，其计算公式如下：
式中：Hmin为地下水合理埋深上限，m;Hp为土壤毛管水上升高度，m;Z为作物根系主要活动层厚度，m。
土壤毛细上升高度对不同的土壤质地是不同的，作物根系主要活动层厚度随作物种类的不同而不同。灌区土壤质地与文献[9]中所研究的地区的部分土壤质地类似，不同土壤质地的毛细上升高度可参考文献[9]实验得到的数据；研究区内作物主要活动层厚度可参考文献[10]确定。根据式（1）可计算灌区不同分区地下水合理埋深上限，见表1。
m
2.2 合理埋深下限的确定
根据泾惠渠灌区多年实测资料的分析以及实地考察，将泾渭河河漫滩及一级阶地地区、泾河二级阶地地区、泾河三级阶地及渭河二级阶地地区多年平均地下水埋深作为各分区有利于地下水接受补给、动态恢复的最大适宜埋深，即地下水合理埋深下限；黄土台塬区地下水埋深较大，部分地区埋深超过了灌区一般农用机井的允许提水深度，因此综合考虑该区能够接受地下水接受补给及动态恢复的适宜深度和机井的允许提水深度，将该地区地下水合理埋深下限设定为25m，各分区地下水位埋深下限结果详见表1。
3 灌区水资源联合调控
3.1 调控思路
水资源联合调控的模式如图2所示：将地下水位的合理埋深上下限作为约束条件，首先根据各用水部门实际用水定额及工业经济、农业发展和人口增长规模预测出各部门的需水量，然后以保证用水需求和充分利用地表水为目的，对地表水、地下水进行初步供需平衡，再次，将初步调控结果中的地表水、地下水利用量以及降水量、蒸发量、径流量、气温等作为影响因素，利用PSO-RBF神经网络预测出各分区的地下水位，根据地下水位对多种水源进行平衡调控。若某区预测结果超过了地下水合理埋深的下限，则利用水均衡法计算出极限埋深条件下的地下水可开采量，进行供需平衡（地表水供水量不变），对于缺水部分考虑以其他水源进行补充；若埋深小于上限，则调整井渠用水比，减少地表水引用量，适当增加地下水开采量。
3.2 调控方案设置
针对灌区水资源利用特点、涵养水源及灌区节水工程的实施状况，本文设置了两种水资源联合调控方案，基本方案和节水方案。基本方案是在满足各行各业需水条件下对灌区水资源进行调控，该方案比较切合实际；节水方案是考虑灌区节水工程的实施状况、节水意识的普及状况及产业结构的调整，最大限度地减少各行业的用水定额，特别是通过调整灌区农作物种植比例来减少农业灌溉这一灌区最大耗水部门的用水量，从而使得灌区缺水量达到最小，该方案需调整灌区的发展模式及提高人们的节水意识，实施周期较长。
3.3 供需水量预测
(1）需水量预测。需水量预测是保证水资源可持续利用的前提。泾惠渠灌区需水量预测包括农业、工业、生活及生态需水量预测。由于定额法考虑全面周到，因此运用定额法对各部门的需水量进行预测。
(2）供水量预测。可供水量是水资源供需平衡分析的要素，根据调控思路，对灌区地表水可供水量及其他水源（主要指污水回用及雨水集蓄）可供水量进行预测。对灌区蓄水工程、引水工程进行调节分析计算，可算出不同水平年地表水可供水量；污水及雨水回用水可广泛应用于地下水回灌，工业用水，农业灌溉、城市非饮用水，景观环境用水等，对缓解灌区水资源短缺有着重要的意义，因此可作为供水水源之一，参照《西安市雨水利用规划》、《西安市水中长期供求规划》可估算出不同水平年各研究单元污水及雨水回用量。
3.4 地下水埋深预测
本文采用粒子群算法（PSO）对RBF神经网络参数进行优化[11,12]，并运用优化过的RBF神经网络方法对泾惠渠灌区地下水埋深进行预测。通过对泾惠渠灌区1981-2010年观测井资料分析，选用降雨量、蒸发量、径流量、渠灌引水量、气温、地下水开采量6个指标为神经网络的输入变量，地下水埋深为输出变量。运用实测数据检验，检验结果表明经PSO-RBF神经网络模型预测出的埋深数据可达到较高的精度要求，实测值、预测值拟合曲线如图3所示。
PSO-RBF网络模型具体构建步骤如下：(1)将RBF的中心、宽度以及网络权值编码成实数向量来表示种群中的个体。(2)初始化粒子群。(3)计算每个粒子的适应度，将粒子的当前位置作为初始pi，从种群中找出适应度最小的粒子作为初始pg；将当前适应度与的适应度进行比较，如果当前适应度更好，则更新pi；对于每个粒子，将其pi适应度与pg适应度进行比较，如果pi的适应度更好，则更新pg;(4)对每个粒子的速度和位置进行更新，产生下一代的粒子群。(5)如果当前的迭代次数达到预先设定的最大次数，则停止迭代，在最后一代找到全局最优解的近似值，否则，返回步骤(3)。(6)将pg对应的粒子作为RBF神经网络的参数，利用RBF算法进行训练，直至满足条件，结束训练。(7)利用灌区实验站1959-2008年的年均降水量、径流量、气温及蒸发量资料，1981-2008年的年均地下水开采量、渠灌引水量资料，建立时间序列模型，据此预测出灌区2009-2020年的年均降水量、径流量、蒸发量、气温、渠灌引水量、地下水可开采量。(8)将各影响因素变量值代入训练好的POS-RBF模型，对地下水埋深进行预测。
3.5 调控结果
按所设置的调控方案及调控思路对泾惠渠灌区各水文地质分区水资源供需平衡分析，得到水资源调控结果（泾河二级阶地地区所占面积最大，需水量最大，且考虑到篇幅限制，这里仅给出该地区调控结果），如表2、3所示。
从上述可以看出：2015年75%保证率条件下，泾河二级阶地地区未实行水资源供需调控时，总需水将达到36 715万m3，为满足需水要求，地表水供水量为19 000万m3，同时需开采地下水17 715万m3，在该情形下运用PSO-RBF神经网络对地下水位埋深预测，得出埋深为13.1m，超出了埋深下限12.5m，表明需进行供需调控。从需水调控角度出发，通过增加节灌面积，调整产业结构等措施，可将需水量控制在34 399万m3，节水量可达2 316万m3；从供水调控角度出发，以地下水极限埋深12.5m为约束条件，利用水均衡法计算出该地区地下水最大开采量应为13 534万m3；在地表水供水量保持不变的情况下，因限定了地下水开采量，导致出现缺水现象，缺水率为5.4%，通过增加雨水集蓄和污水回用工程可降低缺水率。
同理，2020年75%保证率条件下，泾河二级阶地地区基本方案的需水量为38 334万m3，初始水资源调控情形下，地下水埋深将达到13.3m，较2015年增加0.2m，超出了埋深下限12.5m。经调控后，水资源需求量可下降为36 821万m3，地表水供水量为18 500万m3，地下水极限开采量为13 534万m3，雨水集蓄和污水回用量为3 000万m3，将出现少量缺水，其缺水率为4.9%。
综合说明，通过本次调控可缓解泾惠渠灌区水环境问题，将地下水位埋深控制在易于恢复且不发生盐碱化的合适范围内，同时将生活、工业污水经处理后作为供水水源，可弥补供水量不足，但在2020年仍出现少量缺水，建议新建、改建水利工程，适当增加地表水供水量。
4 结论
(1）考虑到泾惠渠灌区属于北方灌区以及灌区各水文地质分区富水性的差异，以水文地质分区为研究单元，对75%、50%保证率下的水资源进行调控，结果可靠。
(2)PSO-RBF神经网络，很大程度上克服了RBF神经网络不恰当选取网络结构及参数所带来的网络收敛慢的问题。对泾惠渠灌区地下水埋深模拟预测结果表明，PSO-RBF算法具有较高的预测精度。
(3）按照所设定不同水文地质单元、植被类型条件下的水位埋深上下限值进行水资源调控，可维持灌区水资源可持续利用，缓解盐渍化、地下水超采等问题。此外，对地下水埋深远大于所设定的地下水埋深下限的局部地区，需进行地下水回灌补给，调蓄地下水库容。
参考文献
[1]裴源生.优化方法和有限元法在井渠结合灌区配水管理中的应用[J].水利学报,1988,(3).
[2]徐玉佩.井渠结合灌区优化开采地下水问题的初步研究[J].武汉水利电力学院学报,1991,24(6):695-702.
[3]李永杰,马孝义.泾惠渠灌区地表水与地下水优化调度研究[J].农业工程学报,1999,15(1):124-128.
[4]周维博,曾发琛.井渠结合灌区地下水动态预报及适宜渠井用水比分析[J].灌溉排水学报.2006,25(1):6-9.
[5]刘燕,朱红艳.泾惠渠灌区水环境劣变特征及地下水调蓄能力分析[J].农业工程学报,2011,27(6):19-24.
[6]贺屹,渠井双灌区地下水超采情况下的动态分析及人工补给研究[D].西安:长安大学,2011.
[7]宋郁冬,樊自立.中国塔里木河流域水资源及生态环境问题研究[M].乌鲁木齐:新疆人民出版社,2000.
[8]羊锦忠,李凤岭.土壤积盐与地下水关系的分析[J].水利学报,1965,(4):72-78.
[9]赵海卿.吉林西部平原区地下水生态水位及水量调控研究[D].北京:中国地质大学,2012.
[10]王树安.作物栽培概论《北方版》[M].北京:中国农业出版社,1995.
[11]董艳慧,周维博.RBF网络在西安渭滨地下水位埋深预测中的应用[J].节水灌溉,2012,(12):66-69.
井渠结合灌溉技术管理体系研究 篇4
1 井渠结合灌溉技术概述
井渠结合灌溉是20世纪70年代以来, 一些北方灌区在原有渠灌系统基础上发展井灌逐渐形成的。井渠结合灌溉是通过在引黄灌区的各级渠道边 (主要为支、斗渠) 打机井抽取地下水, 并输送到渠道中, 用来灌溉农田的一项节水技术。其主要特点是灌溉期间不受渠道来水量限制, 比较机动灵活, 可以对作物进行适量和适时灌溉。能够充分利用地下水资源, 减少渠道引水量, 降低地下水位, 从而实现了水资源的优化配置, 对改良盐碱地有重要的作用。其主要优点:一是重复利用渠灌的渗漏水, 提高灌溉水的有效利用率。二是开源节流。通过打井可以利用灌区的降水和侧向径流对地下水的天然补给, 将渠道渗漏和田间灌溉入渗补给的地下水作为灌区新的水源, 能够减少自河流或干渠的引水量, 从而达到节省地表水资源的目的。三是把地下含水层作为地下水库, 对入渗的地表水进行调蓄, 可以供河流来水少的季节或作物需水高峰时期灌溉之用。四是根据不同季节对地下水位的控制要求, 可以有计划地安排渠灌与井灌的时间和用水比例, 有效控制地下水位, 在利用地下水的同时防止土壤盐碱化, 从而起到井排的作用。五是通过井渠结合灌溉提高水的利用率, 达到节水和防止土壤盐碱化的目的。渠井结合灌溉的节水措施一般分为3类:一是在经济条件允许的情况下, 发展渠井双配套灌溉措施, 进行井渠双灌, 提高灌溉保证率, 控制地下水位, 减少潜水蒸发并防止土壤盐碱化, 对平原灌区水量的季节性调节有利。二是在渠灌区内发展部分井灌面积, 以减少地面水供应量。三是在缺水的井灌区引地面水补源, 进行地下水与地面水的联合运用。
2 井渠结合灌溉存在的问题
发展井渠结合灌溉的突出问题主要有投资渠道、管理体制和水费等方面的问题。由于管理不到位, 导致机井未能发挥应有作用, 使井渠结合灌溉发展迟缓, 而运行管理费缺乏稳定保障、机井水价偏高是主要影响因素。一是运行管理费缺乏有效保障, 机井运转困难, 损毁严重。随着国家油电费用补贴办法变动, 致使机井运行管理补贴中断, 许多机井运行难以为继, 导致大量机井报废。1985年以前建设的排水机井老损、失效、报废尤其严重。机井管护费低, 标准不统一。二是渠井水水价存在差异, 井水水价偏高影响了农民使用井水的积极性。机井抽水电费补贴长效机制尚未建立。比如在宁夏引黄灌区, 井水水价是渠水水价的4～6倍, 远高于渠水水价, 在渠道供水没有较大波动的情况下, 农民必然会选择渠水而非井水。三是由于宣传不到位, 群众使用井水积极性还不够高, 对黄河缺水的形势还缺乏足够认识, 节水灌溉意识比较淡薄, 普遍存在大水漫灌现象, 对机井灌溉的重要性认识不足。机井管理投资人也对投资机井的市场前景缺乏信心。这些都对抗旱机井进行市场化运作管理带来不利影响。四是井渠分属不同的管理主体, 水资源联合调度不顺畅。在引黄灌区, 机井由乡水管站或村委会管理, 扬水泵站由县水务局管理, 渠道供水由渠道管理处管理, 造成水资源管理主体不一。由于各管理主体在井渠结合管理中的角度不同、认识不同、目的不同、利益以及出发点不同, 在对发展井渠结合灌溉的看法上也存在差异, 存在不同程度的权利分割的现象。
3 建立科学的灌溉技术管理体系
井渠结合灌区的水资源和工程管理比单纯的渠灌区复杂, 对技术条件要求也更高, 需要针对存在的问题, 不断创新技术与管理方式, 建立适应时代发展要求的科学的灌溉技术管理体系。
(1) 建立井渠结合灌溉管理体制机制。明确并落实管、调、用三方责任主体, 进一步完善“井渠同灌”的灌溉管理机制, 打破水管单位专管干渠、量水到斗的模式, 建立“一井一册”制, 实行斗、井同时开启和井水渠水掺灌。普及“两水同价”制度, 减轻群众水费负担。推行机井抽水电费补贴办法, 以解决机井抽水成本高的问题, 提高群众用井的积极性。建立利益驱动激励机制, 国家、管理者、用水户三者之间要围绕水资源利用建立权利、责任、利益关系平衡体系, 协调和理顺灌区各种复杂的利益关系, 加强宣传教育力度, 充分调动职工管水和用水户节水的积极性。
(2) 做好井渠规划布局并规范井渠水掺灌模式。井渠掺灌对地下水质起到了抽咸换淡的作用, 有利于中低产田的改良。根据渠道来水情况及群众的灌水习惯, 目前在宁夏引黄灌区已形成两种基本的灌溉模式。第一种是井水和渠水交替灌溉的模式, 比如农垦简泉农场、灵武马场湖、平罗暖泉村以及灌区设施农业日光温室的灌溉, 一般在作物生育期适用井水灌溉, 春灌头水和冬灌用渠水灌溉。第二种模式比较普遍, 即灌溉时将机井水抽入支斗渠与渠水掺起来同步灌溉。冬灌在银北地区有洗盐压碱的作用, 应探索并推广冬灌井渠结合灌溉。下一步要对这两种模式进行完善。同时进行地下水采补平衡与其他防渗节水等技术措施相结合的合理性研究, 制订最佳的节水措施组合方案。建立井渠配水模式, 在分配干渠年度引水指标时, 同时下达年度机井抽水指标。确定机井抽水量和支斗渠配水量, 在支斗渠开口时通知协会同时开启机井进行井渠掺灌。根据用水要求要及时作出引水、配水、蓄水以及提水等行为决策。
参考文献
[1]钱蕴壁, 李英能, 杨刚, 等.节水农业新技术研究[M].郑州:黄河水利出版社, 2002.
井渠结合灌溉技术管理体系分析 篇5
自20世纪70年代以来,我国北方一些灌区借助渠灌系统发展了井灌,为井渠结合灌溉的出现奠定了坚实的基础。井渠结合灌溉是一项节水技术,可在引黄灌区各个渠道的边缘合理位置打机井抽取地下水,并输送到对应的渠道中,灌溉周围的农田。在灌溉期间,其不会受到渠道的任何影响,能保证农田有充足的水源,具有机动、灵活的特点,能适量、适时地灌溉农作物,提高了地下水资源的利用;能减少渠道引水量,在降低地下水位的基础上优化配置有限的水资源,改良土壤的盐碱度,提高农作物的产量和质量。具体而言,井渠结合灌溉技术具有多样化的优点:①减淤。在井渠结合灌溉技术的作用下,可适当增加灌溉次数、井灌水量,减少渠灌次数和引水量,这能在一定程度上减少田间灌水定额。在相同灌溉面积的条件下,可减少泥沙,进一步提高渠道的挟沙能力,将部分细颗粒泥沙输送到田间,避免渠道中堆积大量的淤泥。②可起到开源节流的作用。在打井的基础上,借助灌区降水、侧向径流对地下水补给,从而增加灌区的水源,减少来自河流、干渠的引水量,进而减少对地表水资源的利用。③有效控制地下水。可根据季节的变化情况合理安排渠灌、井灌的时间,优化调整用水比例,科学控制低下水位,避免土壤盐碱化,实现井排功能。
2构建科学的井渠结合灌溉技术管理体系
在发展井渠结合灌溉的过程中存在各种问题,比如投资渠道狭窄、不具备完善的管理体制,进而造成机井无法充分发挥自身的作用,这不利于灌区农业生产的持续发展。针对各方面的运营情况,构建科学的管理体系是非常必要的,是相关工作顺利开展的重要保障。
2.1构建科学的管理机制
在构建的过程中,要结合不同灌区的实际情况,综合分析各种主、客观影响因素,将“管、调、制”三方责任主体落到实处,使相关工作人员明确自身的职责,做好本职工作。在此基础上,进一步健全“井渠同灌”的灌溉管理机制,停止采用传统的管理模式,构建科学化的“一井一册”制度。同时,开启斗和井、井水渠水掺灌的方法,做好“两水同价”的宣传工作,构建相关的管理制度,使农民正确认识井渠结合灌溉技术,从而在一定程度上减轻他们的水费负担,使其能够积极、主动地投入到用井中。此外,还应构建合理的驱动激励机制,以水资源为基点,构建国家、管理者、用户三方“权利、责任、利益”平衡体系,处理好灌区各方面的利益关系,确保相关工作的有序开展。
2.2做好井渠规划布局工作
井渠掺灌能改善地下水质,具有较好的抽咸换淡作用,可有效改良中、低产田,提高农作物的产量和质量,不断增加灌区农民的收入。以陕西地区为例,该地区渠道的实际情况为:居民常用井水、渠水交替灌溉模式。一般而言,在农作物生长期间,比较适合井水灌溉的方法,根据季节变化的情况,可灵活调整灌溉方法。在灌溉时,可以将机井水抽入支斗渠,和渠水相互作用,实现同步灌溉。这种方法在该地区的应用非常普遍。对于陕西某些地区而言,冬灌具有较好的洗盐压碱作用,可以大力推广这种灌溉方法。在此基础上,还需要进一步优化这两种灌溉方法,深入研究地下水采补平衡、防渗节水等技术。在做好井渠规划布局工作的基础上,不断完善井渠水掺模式,制订效率较高的节水组合方案。具体而言,需要根据灌区的实际情况,准确把握机井抽水数量、支斗渠的配水量,在支斗渠开口位置处同时开启机井,实现井渠掺灌,并做好“引水、配水、蓄水”等工作,确保灌区有充足的水源,减少对地表水的利用,有效解决灌区水资源短缺的问题。表1为2010—2014年陕西关中地区采用井渠结合灌溉技术后的农田灌溉面积。
3结束语
总而言之,在井渠结合灌溉技术应用的过程中,必须全方位分析灌区特点,根据井渠灌溉存在的问题构建科学化的管理体系,规范应用井渠结合灌溉技术,使其更好地发挥自身的作用,从而确保相关工作的顺利开展。在此基础上,优化利用灌区水资源,确保该地区农业生产有充足的水源,促进该地区农业的持续发展,促进当地经济不断向前发展。
摘要：井渠结合灌溉属于节水灌溉方法,特别适合于北方灌区,在提高灌区节水改造效果的同时,还具有较好的防治土壤盐碱化作用。但灌区需要根据自身的实际情况,开展以节水为中心的灌区改造规划工作,将井渠结合灌溉技术巧妙地应用到灌区改造实践中,从而促进灌区农业的持续发展。在此过程中,必须构建科学化的管理体系,优化利用井渠结合灌溉技术,使其更好地发挥自身的作用。因此,对井渠结合灌溉技术管理体系进行了探讨。
关键词：井渠结合灌溉技术,地下水,渠道,引水量
参考文献
[1]哈力木拉提·木哈塔尔.井渠结合灌溉工程改造[J].农业科技与装备,2015(09).
[2]唐娟.井渠结合灌溉技术管理体系研究[J].中国管理信息化,2011(24).