灌區庫塘系統聯合水資源調控技術研究

吳云山

(安徽省淠史杭總局灌溉試驗總站，安徽 六安　237010)

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灌區庫塘系統聯合水資源調控技術研究

吳云山

(安徽省淠史杭總局灌溉試驗總站，安徽 六安237010)

文章擬以現代系統工程理論為基礎，采用系統模擬與系統優化相結合的方法，從定性定量綜合集成方法論的角度，運用大系統試驗選優方法對灌區水資源系統進行優化配置研究。

水資源；蒸騰量；反調節塘；庫塘系統；優化調控

大官塘水庫，是滁河干渠上1座以灌溉為主、結合防洪、城鎮供水和水產養殖等的反調節水庫，灌區流域面積21km2，設計灌溉面積2166.7hm2畝。水庫灌區屬亞熱帶季風氣候區，多年平均氣溫為15.0℃，多年平均降雨量 961.9mm，年平均網速為2.7m/s，年均水面蒸發量為835mm。

1　研究方法與技術路線

本研究擬在灌區系列水資源系統模擬基礎上進行多種水資源的配置方案研究，既要解決空間上水資源配置的合理性問題，又要解決時間尺度上的蓄豐補枯問題。本項目沿著大型灌區水資源“系統調研→系統模擬→系統綜合評價→系統優化配置”這一技術路線逐步進行研究。

2　灌區庫塘水利工程系統組成

灌區庫塘系統主要由中小型水庫、塘壩、滁河干渠及提水泵組成的蓄、引、提聯合水資源調控系統。

(1)蓄水工程。水庫灌區范圍內現有骨干中型水庫大官塘水庫1座，水庫壩址以上集水面積21.0km2，復核后總庫容1021×104m3，設計灌溉面積0.2×104hm2，是滁河干渠上一個以灌溉為主，兼顧防洪、城市供水和水產養殖的綜合利用反調節水利工程。

本水庫灌區內現有梅沖小型水庫1座，集水面積15.66km2，復核后總庫容619.6×104m3，是以防洪為主，兼有灌溉和旅游開發等綜合利用的小(1)型水庫。

塘壩是灌溉工程必不可少的重要組成部分，具有工程小，收效快，灌水及時，就地受益的特點。本灌區塘壩點多面廣，缺乏必要的維修和管理，經過多年運行，灌溉、蓄水功能萎縮，總量較多。

(2)引水、提水工程。由于大官塘水庫為滁河干渠的一條重要反調節水庫，在上游大別山區水庫群有多余棄水時期，水庫可通過左岸進出水閘從滁河干渠引水。

大官塘水庫左右岸各設置提水泵站1座，設計提水能力約2.3m3/s。但由于建于20世紀60年代，原建工程標準偏低，加之年久失修，現提水能力已大大降低。

3　水庫灌區主要農作物需水分析

3.1灌區范圍及灌溉面積

表1　灌區上游片占地面積分布

大官塘水庫灌區位于安徽省中部地區，灌區設計灌溉面積0.2×104hm2，其中水田占79%，旱地占21%。灌區上游片是大官塘水庫主要部分，占地面積分布如表1所列。

3.2灌區作物種植狀況

該地區主要種植水稻，僅在地勢過高的崗嶺地帶，缺乏灌溉水源的地區才種植旱雜糧和經濟作物。春夏播作物主要有玉米、小麥、油菜和棉花。大官塘水庫灌區水旱作物種植結構如表2所列。

表2　灌區作物種植結構表

3.3灌溉需水量計算

作物各階段的需水量ETci的計算可利用同階段的參考作物蒸發量EToi與相應階段的作物系數Kci的乘積求得：

其中，ETci是作物各階段的需水量；EToi是各階段的參考作物蒸發量；Kci是作物系數，是反映該作物實際騰發量與參照作物騰發量關系的參數。本灌區以水稻和小麥作為主要作物進行計算作物年蒸騰量，計算結果表3所列。

表3　基于彭曼公式的作物年蒸騰量計算結果

4　水庫灌區水資源系統運行現狀分析

大官塘水庫灌區是一項采用骨干水庫與塘壩聯合運用，以提高灌區灌溉效率，緩解灌溉水供需矛盾，提高水資源利用保證率的綜合水利工程。灌區以滁河干渠為界分為上游片和下游片，在現狀水利工程規模及控制運行規則情況下，模型模擬的灌區運行效果如表4所列。

表4　現狀情況下灌區運行綜合效果

大官塘水庫水資源平衡來水要考慮大官塘水塘初始水庫蓄水量，水庫水面凈集水量以及由于上游塘壩、農田的滲流和塘壩的排水。當上下游灌區需要用水時，先由上下游塘壩供水，如供水不足以滿足需要，則須大官塘水庫提水。

根據文獻[4]，多年平均年徑流量364.4×104m3,本模型獲得的大官塘水庫灌區1991-2011年水庫調節計算，多年平均入庫徑流為383.55×104m3。

5　灌區庫塘系統水資源聯合優化調控

5.1水稻適宜水深優化調控結果

本研究首先考慮在水稻現狀適宜水深的基礎上，進行適當增減( 10mm)以觀察其對系統水資源利用的響應關系，結果如表5所列。

表5　不同水稻適宜水深下水資源系統運行結果

由表5可見，隨著水稻適宜水深的降低，農作物對水資源的需求有所減少，相應灌區的缺水量、提水量、滁河干渠引水量及系統綜合水量均下降，相對整個灌區水資源系統而言，其綜合運行效果總體是改善的，如表6所列。

表6　適宜水深減少10mm情況下灌區運行綜合效果

5.2塘壩及反調節塘水量引用率優化調控

田間需水灌溉時，徹底用完塘壩水量，不夠再向骨干水庫及滁河干渠引水。本研究考慮在塘壩、反調節塘及小水庫運用現狀的基礎上，進行適當塘壩水量預留，以觀察其對系統水資源利用的響應關系，結果如表7所列。

表7　不同塘壩水量預留下水資源系統運行結果

由表7可見，隨著塘壩水量預留的加大，受水庫提水引水水量的限制，農作物缺水量增加，另外由于塘壩本身的蒸發、滲漏損失也相應增加，導致系統水資源利用率下降，為彌補這種損耗，灌區系統的提水量、滁河干渠引水量及系統綜合水量均上升，相對整個灌區水資源系統而言，其綜合運行效果總體是不利的。

5.3骨干水庫提、引水位優化調控

為充分利用水資源，本研究考慮骨干水庫的提引水位進行適當升降，以觀察其對系統水資源利用的響應關系，結果如表8所列。

表8　骨干水庫不同提引水位下水資源系統運行結果

由表8可見，隨著骨干水庫提引水位下降，水庫的可用水資源量相應增加，因此農作物缺水量、滁河干渠引水量以及骨干水庫棄水量隨著減少，對整個灌區水資源系統而言，其綜合運行效果總體是改善的。

6　結　　論

通過對大官塘水庫灌區庫塘系統水資源聯合優化調控研究表明：

(1)對現有工程進行科學合理的調控。可使灌區上游作物缺水、上游水泵提水、骨干水庫棄水、滁河干渠引水以及系統綜合水量有顯著減少，即使水資源系統具有更好的運行效果。

(2)對農田水稻水深的調整。有利于農田對降雨徑流的攔蓄、提高供水保證程度，作物灌溉保證率由59.09%提高到63.64%。

(3)對水源工程實行聯合調度運用/有利于降雨徑流的攔蓄、增加塘壩的復蓄次數，小水庫、塘壩的供水能力由現在的464.8×104m3提高到468.0×104m3，骨干水庫供水能力由現在的345.1m3增加到351.0×104m3。

由此可見，采用小水庫、塘壩聯合運用對提高灌溉效率，緩解灌溉水供需矛盾，提高水資源利用保證程度作用非常明顯。實行聯合調節后，可以保證塘壩水源達到及時補充，從而促進灌溉水的快捷運行，提高灌溉質量。小水庫與塘壩聯合運用，還可以縮短水庫渠系長度，減少輸水損失，節省土方工程量和水利配套工程投資，同時也便于灌溉管理，深受農民群眾歡迎。

[1]安徽省水利科學研究院.江淮丘陵區糧食增產節水技術和生態系統重建[R].2012.

[2]SL13-2015，灌溉試驗規范[S].

[3]李青.淠史杭灌區中稻“淺濕間歇”灌溉制度及節水、增產機理[J].安徽農業科學，2001，(6)：740-741.

[4]安徽省水利水電勘察設計院.合肥市大官塘水庫除險加固工程初步設計報告[R].2008.

(責任編輯陳化鋼)

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

吳云山(1963-)，男，安徽六安人，高級工程師，主要從事灌溉試驗研究及工程項目管理工作。

10.3969/j.issn.1671-6221.2016.03.018

TV213.9

A

1671-6221(2016)03-0054-05