灌区库塘系统联合水资源调控技术研究

吴云山

(安徽省淠史杭总局灌溉试验总站，安徽 六安　237010)



灌区库塘系统联合水资源调控技术研究

吴云山

(安徽省淠史杭总局灌溉试验总站，安徽 六安237010)

文章拟以现代系统工程理论为基础，采用系统模拟与系统优化相结合的方法，从定性定量综合集成方法论的角度，运用大系统试验选优方法对灌区水资源系统进行优化配置研究。

水资源；蒸腾量；反调节塘；库塘系统；优化调控

大官塘水库，是滁河干渠上1座以灌溉为主、结合防洪、城镇供水和水产养殖等的反调节水库，灌区流域面积21km2，设计灌溉面积2166.7hm2亩。水库灌区属亚热带季风气候区，多年平均气温为15.0℃，多年平均降雨量 961.9mm，年平均网速为2.7m/s，年均水面蒸发量为835mm。

1　研究方法与技术路线

本研究拟在灌区系列水资源系统模拟基础上进行多种水资源的配置方案研究，既要解决空间上水资源配置的合理性问题，又要解决时间尺度上的蓄丰补枯问题。本项目沿着大型灌区水资源“系统调研→系统模拟→系统综合评价→系统优化配置”这一技术路线逐步进行研究。

2　灌区库塘水利工程系统组成

灌区库塘系统主要由中小型水库、塘坝、滁河干渠及提水泵组成的蓄、引、提联合水资源调控系统。

(1)蓄水工程。水库灌区范围内现有骨干中型水库大官塘水库1座，水库坝址以上集水面积21.0km2，复核后总库容1021×104m3，设计灌溉面积0.2×104hm2，是滁河干渠上一个以灌溉为主，兼顾防洪、城市供水和水产养殖的综合利用反调节水利工程。

本水库灌区内现有梅冲小型水库1座，集水面积15.66km2，复核后总库容619.6×104m3，是以防洪为主，兼有灌溉和旅游开发等综合利用的小(1)型水库。

塘坝是灌溉工程必不可少的重要组成部分，具有工程小，收效快，灌水及时，就地受益的特点。本灌区塘坝点多面广，缺乏必要的维修和管理，经过多年运行，灌溉、蓄水功能萎缩，总量较多。

(2)引水、提水工程。由于大官塘水库为滁河干渠的一条重要反调节水库，在上游大别山区水库群有多余弃水时期，水库可通过左岸进出水闸从滁河干渠引水。

大官塘水库左右岸各设置提水泵站1座，设计提水能力约2.3m3/s。但由于建于20世纪60年代，原建工程标准偏低，加之年久失修，现提水能力已大大降低。

3　水库灌区主要农作物需水分析

3.1灌区范围及灌溉面积

表1　灌区上游片占地面积分布

大官塘水库灌区位于安徽省中部地区，灌区设计灌溉面积0.2×104hm2，其中水田占79%，旱地占21%。灌区上游片是大官塘水库主要部分，占地面积分布如表1所列。

3.2灌区作物种植状况

该地区主要种植水稻，仅在地势过高的岗岭地带，缺乏灌溉水源的地区才种植旱杂粮和经济作物。春夏播作物主要有玉米、小麦、油菜和棉花。大官塘水库灌区水旱作物种植结构如表2所列。

表2　灌区作物种植结构表

3.3灌溉需水量计算

作物各阶段的需水量ETci的计算可利用同阶段的参考作物蒸发量EToi与相应阶段的作物系数Kci的乘积求得：

其中，ETci是作物各阶段的需水量；EToi是各阶段的参考作物蒸发量；Kci是作物系数，是反映该作物实际腾发量与参照作物腾发量关系的参数。本灌区以水稻和小麦作为主要作物进行计算作物年蒸腾量，计算结果表3所列。

表3　基于彭曼公式的作物年蒸腾量计算结果

4　水库灌区水资源系统运行现状分析

大官塘水库灌区是一项采用骨干水库与塘坝联合运用，以提高灌区灌溉效率，缓解灌溉水供需矛盾，提高水资源利用保证率的综合水利工程。灌区以滁河干渠为界分为上游片和下游片，在现状水利工程规模及控制运行规则情况下，模型模拟的灌区运行效果如表4所列。

表4　现状情况下灌区运行综合效果

大官塘水库水资源平衡来水要考虑大官塘水塘初始水库蓄水量，水库水面净集水量以及由于上游塘坝、农田的渗流和塘坝的排水。当上下游灌区需要用水时，先由上下游塘坝供水，如供水不足以满足需要，则须大官塘水库提水。

根据文献[4]，多年平均年径流量364.4×104m3,本模型获得的大官塘水库灌区1991-2011年水库调节计算，多年平均入库径流为383.55×104m3。

5　灌区库塘系统水资源联合优化调控

5.1水稻适宜水深优化调控结果

本研究首先考虑在水稻现状适宜水深的基础上，进行适当增减( 10mm)以观察其对系统水资源利用的响应关系，结果如表5所列。

表5　不同水稻适宜水深下水资源系统运行结果

由表5可见，随着水稻适宜水深的降低，农作物对水资源的需求有所减少，相应灌区的缺水量、提水量、滁河干渠引水量及系统综合水量均下降，相对整个灌区水资源系统而言，其综合运行效果总体是改善的，如表6所列。

表6　适宜水深减少10mm情况下灌区运行综合效果

5.2塘坝及反调节塘水量引用率优化调控

田间需水灌溉时，彻底用完塘坝水量，不够再向骨干水库及滁河干渠引水。本研究考虑在塘坝、反调节塘及小水库运用现状的基础上，进行适当塘坝水量预留，以观察其对系统水资源利用的响应关系，结果如表7所列。

表7　不同塘坝水量预留下水资源系统运行结果

由表7可见，随着塘坝水量预留的加大，受水库提水引水水量的限制，农作物缺水量增加，另外由于塘坝本身的蒸发、渗漏损失也相应增加，导致系统水资源利用率下降，为弥补这种损耗，灌区系统的提水量、滁河干渠引水量及系统综合水量均上升，相对整个灌区水资源系统而言，其综合运行效果总体是不利的。

5.3骨干水库提、引水位优化调控

为充分利用水资源，本研究考虑骨干水库的提引水位进行适当升降，以观察其对系统水资源利用的响应关系，结果如表8所列。

表8　骨干水库不同提引水位下水资源系统运行结果

由表8可见，随着骨干水库提引水位下降，水库的可用水资源量相应增加，因此农作物缺水量、滁河干渠引水量以及骨干水库弃水量随着减少，对整个灌区水资源系统而言，其综合运行效果总体是改善的。

6　结　　论

通过对大官塘水库灌区库塘系统水资源联合优化调控研究表明：

(1)对现有工程进行科学合理的调控。可使灌区上游作物缺水、上游水泵提水、骨干水库弃水、滁河干渠引水以及系统综合水量有显著减少，即使水资源系统具有更好的运行效果。

(2)对农田水稻水深的调整。有利于农田对降雨径流的拦蓄、提高供水保证程度，作物灌溉保证率由59.09%提高到63.64%。

(3)对水源工程实行联合调度运用/有利于降雨径流的拦蓄、增加塘坝的复蓄次数，小水库、塘坝的供水能力由现在的464.8×104m3提高到468.0×104m3，骨干水库供水能力由现在的345.1m3增加到351.0×104m3。

由此可见，采用小水库、塘坝联合运用对提高灌溉效率，缓解灌溉水供需矛盾，提高水资源利用保证程度作用非常明显。实行联合调节后，可以保证塘坝水源达到及时补充，从而促进灌溉水的快捷运行，提高灌溉质量。小水库与塘坝联合运用，还可以缩短水库渠系长度，减少输水损失，节省土方工程量和水利配套工程投资，同时也便于灌溉管理，深受农民群众欢迎。

[1]安徽省水利科学研究院.江淮丘陵区粮食增产节水技术和生态系统重建[R].2012.

[2]SL13-2015，灌溉试验规范[S].

[3]李青.淠史杭灌区中稻“浅湿间歇”灌溉制度及节水、增产机理[J].安徽农业科学，2001，(6)：740-741.

[4]安徽省水利水电勘察设计院.合肥市大官塘水库除险加固工程初步设计报告[R].2008.

(责任编辑陈化钢)

Study on regulation technique of irrigation district lighten bank and pond system combined water resources

WU Yun-sahan

(Pishihang Irrigation Experimental Station of Anhui Province,Luan 237010,China)

Based on the modern systems engineering theory， using a combination methods of system simulation and system optimization，From the comprehensive integration of qualitative and quantitative methodological point of view， The optimal allocation research of water resources systems in irrigation district are studied with the selection method of large test systems。

water pesources; transpiration rate; reverse regulation of pond; lighten bank and pond system; optimal regulation.

2016-03-24；

2016-03-28

吴云山(1963-)，男，安徽六安人，高级工程师，主要从事灌溉试验研究及工程项目管理工作。

10.3969/j.issn.1671-6221.2016.03.018

TV213.9

A

1671-6221(2016)03-0054-05