灌溉用水优化配置模型研究进展

概述了灌溉用水优化配置模型的研究进展,并分别从目标函数个数、时空尺度差异、作物种类、灌溉水源、模型个数、优化方法等角度进行了分类。通过分析各类灌溉用水优化配置模型的优缺点,指出了根据灌区水源情况联合调度地表水和地下水,并充分考虑灌区各因子的时空差异,建立多目标、多约束耦合模型,同时兼顾生态用水,是今后灌溉用水优化配置模型的研究重点。通过对灌溉用水优化配置模型的综述,旨为有效地缓解灌溉用水紧张的状况,实现灌区水资源的可持续发展提供决策支持。     

利用MODFLOW模型计算分析济南市保泉生态需水量

基于济南市四大泉群最低景观流量和常年性喷涌喷涌约束奈件下的生态需水量是泉域岩溶生态地质环境良性循环发展的前提.根据济南泉域岩溶地下水系统特征,建立了泉域岩溶介质的三维可视化地下水流模拟数学模型,采用MODFLOW模拟裂隙岩溶介质地下水运动规律,趵突泉枯水期水位控制在27.6 m以上,四大泉群能够保证长年喷涌,同时在西郊增大开采量,并进行了回灌补源条件下的地下水、地表水联合调蓄模拟,提出济南泉域允许开采量不超过39万m3/d是泉域生态地质环境功能修复的前提,计算四大泉群最小景观流量为10万m3/d.     

利用MODFLOW模型计算分析济南市

基于济南市四大泉群最低景观流量和常年性喷涌喷涌约束条件下的生态需水量是泉域岩溶生态地质环境良性循环发展的前提。根据济南泉域岩溶地下水系统特征,建立了泉域岩溶介质的三维可视化地下水流模拟数学模型,采用MODFLOW模拟裂隙岩溶介质地下水运动规律,趵突泉枯水期水位控制在27.6m以上,四大泉群能够保证长年喷涌,同时在西郊增大开采量,并进行了回灌补源条件下的地下水、地表水联合调蓄模拟,提出济南泉域允许开采量不超过39万m3/d是泉域生态地质环境功能修复的前提,计算四大泉群最小景观流量为10万m3/d。     

农业灌区地下潜水利用分析

新疆系干旱内陆纯灌溉农业灌区,地下潜水资源的有效利用对于作物生长需水要求和补给、减少地表水资源灌溉用量以及缓解农业用供水压力都具有积极的影响.基于地下水利用系数、补给强度方法结合当地观测试验综合比较分析,给出灌区不同地下水埋深,作物可吸收利用地下水量参数,对干旱灌区地下水利用规划设计和应用管理具有一定指导意义.     

洛阳市初始水权配置研究

基于多目标规划理论,以2015年为规划年,根据洛阳市所属区域用水特点建立了多目标规划初始水权配置模型,并利用地表水、地下水数据进行模型验证。模型计算采用随机模拟遗传算法,应用MATLAB计算初始水权分配,给出各区域水权配置的界定值。结果表明,洛阳市初始水权配置合理,实现了水量供需平衡。居民生活主要水源是地下水,水质安全可靠;农业灌溉和工业用水主要依靠当地地表水和地下水,适当控制农业灌溉对地下水的开采。研究成果对洛阳市的初始水权配置具有一定的参考价值。     

基于地下水数值模拟的宝山农场引江灌溉模式研究

【目的】确定宝山农场合理的农业引江灌溉模式,为区域水资源优化配置提供科学依据。【方法】针对松花江流域引江灌溉产生的地表水和地下水的综合开发利用问题,利用三江平原水文地质资料和宝山农场地下水水位长系列实测资料对MODFLOW-2000模型进行了参数识别、验证及模型敏感性分析,并模拟分析了4种情景对宝山农场地下水水位的影响。【结果】构建的地下水模拟模型能够反映灌区井群地下水位的实际变化过程。敏感性分析表明,长序列地下水变化过程及地下水位分布情况受初始地下水位影响很小;说明当研究区域内利用地下水灌溉及部分地区(沿江10km)采用引江水灌溉模式时,地下水资源基本上可以维持供采平衡,在保证地下水合理开采的前提下不会发生内涝;而研究区域内均采用引江灌溉模式则会使地下水位-抬高导致内涝,内涝情况随着与河道距离的增加而愈发严重。【结论】引江水灌溉时,需加强对地下水位的观测,当地下水位过高时,应减少引江灌溉用水,适当增加地下水抽取量进行灌溉,以保障研究区地下水和地表水的高效利用。     

基于农户灌溉用水模型的渠井结合灌区渠井用水比例研究

为应对变化环境下农业用水供需矛盾日益突出的挑战,确定渠井结合灌区适宜的渠井用水比例,实现渠井结合灌区地下水多年动态平衡和生态系统的可持续发展.采用半结构化访谈的方式在典型渠井结合灌区——陕西省宝鸡峡灌区进行了大量田间调查,获取了作物种植类型、产量和种植成本,灌溉水源选择、灌溉用水量等基础数据,并将观察到的农户灌溉行为概念化和程序化,将农户灌溉用水行为与作物根区水文过程进行耦合,开发了一个具有物理机制的农户灌溉用水模型,模拟了不同渠井灌溉用水比例对地下水位动态、作物产量和农户生计的影响.模型在典型区域应用的纳什效率系数为0.58,表明模型可以用来模拟渠井结合灌区的地下水位.结果表明:若要维持灌区地下水位稳定和地下水采补平衡,塬上灌区丰、平、枯水年的渠井用水比例应分别为2:98、28:72、30:70,塬下丰、平、枯水年的渠井用水比例应为全井灌(0)、28:72、29:71.考虑丰蓄枯补原则,丰水年塬上灌区和塬下灌区的渠井用水比例分别为10:90和17:83时,地下水位可上升2 m;枯水年塬上灌区和塬下灌区的渠井用水比例分别为21:79和13:87时,地下水位可下降2 m.仅改变渠井用水比例时作物产量不变,且井灌比例增加时亩均净收入略有下降.开发的农户灌溉用水模型可以用来模拟渠井结合灌区的农户灌溉用水对地下水的影响,并可以量化渠井用水比例对地下水位、作物产量和农户生计的影响,可以确定不同水平年塬上、塬下灌区适宜的渠井用水比例,为灌区地表水地下水联合高效安全利用提供强有力的技术支撑.     

多灌溉水源联网调度与自动灌溉管

针对山东省沿海经济发达区农业用水的现状，在区域农业灌溉过程中输水工程采用多水源联网工程，建立分散水源联网调度的网络工程调控配水，对地表水、地下水进行优化配置，提出不同时段的地表水、地下水调控量，提出各水源之间的调配方案，以便有限水资源满足各部分灌溉要求，提高灌溉水保证率。多水源联网网络工程的运行管理则采用现代化的自动化控制技术，使田间灌水机泵置于自动控制之下，实现分散水源集中控制，统一管理，科学配水。     

冬小麦对地下水利用的研究

本文分析了气象因素与作物对地下水利用量相关性,不同地下水位对小麦生态、生理和产量的影响。并应用土壤水动力学原理分析小麦各生育期根系吸水规律。提出不同土壤类型地下水适宜埋深,为黄淮平原节水灌溉和排水标准提供依据。     

基于2型模糊集的多目标农业-生态水土资源优化配置

针对西北干旱区灌区生态环境脆弱、水资源短缺、复杂不确定性等问题,以石羊河流域红崖山灌区为例,耦合2型模糊集、模糊可信度约束规划和多目标规划等理论方法,构建了基于2型模糊集的多目标农业-生态水土资源优化配置模型。模型以灌溉水损失最小、生态植被灌溉水满意度最大、生态植被灌溉水费用最小和主要粮食作物经济效益最大为目标,对红崖山灌区10个决策单元的地表水、地下水和粮食作物种植面积进行优化配置。求解模型得到不同可信度水平和不确定性程度下的水土资源优化配置方案。结果表明：耦合2型模糊集的模型能够提供丰富的配置方案,水量对可信度水平的敏感性高于不确定性程度,作物种植结构对可信度水平不敏感。以不确定性程度参数为0.5、可信度水平为0.7时为例,生态植被均通过地表水灌溉,作物通过地表水、地下水联合灌溉,玉米的产量和经济效益均大于小麦。相比前人研究,本研究考虑生态植被灌溉需求,优化结果更加真实合理。本研究可为决策者提供较为符合灌区实际的配置方案,为西北干旱区灌区现代化建设提供科学指导。     

基于水盐生产函数的绿洲灌区水盐调控研究

土壤次生盐碱化是新疆灌溉农业所面临的最大环境问题。灌溉农业的快速扩展与灌排系统不完善是造成土壤次生盐碱化发生与恶化的关键因素。以水盐生产函数为依据,计算了不同生育阶段及全生育期阶段棉花相对产量与土壤全盐的关系,依据该计算结果对塔里木灌区的土壤盐化程度做了初步划分。基于塔里木灌区地下水埋深较浅且多为微咸水的事实,比较深入地探讨了地下水合理的动态水位及作物对潜水利用问题。最后,提出了灌区水盐调控的对策,强调排水系统的通畅运行是控制土壤次生盐碱化的关键,通过排水系统和减少灌溉定额使作物生长期的地下水埋深控制在1.6~2.1 m内,不但可以减少排水成本,而且也可使作物充分利用地下水,同时促进塔里木河水质的改善。     

浅埋区地下水--土壤水资源动态过程及其调控

分析了冬小麦生长期地下水-地下水资源量动态过程和地下水、土壤水分变化特征.结果表明,在地下水浅埋区地下水对土壤水的补给为农田蒸散的重要的水分来源,现行的灌溉制度不考虑这一作用,过多的灌溉量不仅会消弱地下术对土壤水的补给,而且多余的土壤水分还会下渗补给地下水,造成水资源的无效损失和动力能源的损耗.为了提高作物水分利用效率,提出了相应的地下水-土壤水资源调控措施.     

河套灌区井渠结合地下水数值模拟及均衡分析

建立了河套灌区三维地下水数值模型,用2006-2013年灌区实测地下水埋深资料对模型进行率定和验证,并在规划的井渠结合区内,设置3种不同井灌区灌溉定额和3种秋浇频率,组合共9种井渠结合节水情景,分别分析了9种节水情景下的地下水动态变化.结果表明:井渠结合后全灌区地下水埋深范围为1.863~2.029 m,较现状条件增加0.084~0.250 m;不同灌域结合区井渠结合后地下水埋深差别很大,解放闸结合区地下水埋深最大,为2.308~2.803 m,永济结合区地下水埋深最小,为2.079~2.455 m;井渠结合后,入渗补给量减少2.01×10⁸ ~3.63×10⁸ m³/a,潜水蒸发量减少1.69×10⁸ ~3.03×10⁸ m³/a.     

大安灌区地下水动态特征及灌区实施后的生态环境响应

针对大安灌区存在的水资源短缺、土地退化以及新一轮土地整理可能带来的生态环境问题,在广泛收集该区多年地下水动态资料的基础上,进行了地下水动态特征分析,运用GM（1,1）模型预测了水位埋深。为分析灌区实施后对生态环境的影响,分别计算了灌区建成后引起的地下水位变化回渗量、地下水位上升值,得出了大安灌区水位最高上升1.11m,小于该区地下水位年变幅3.5m,采用计算的水位埋深进行了次生盐碱化发生的可能性分析。     

不同地下水埋深时甜椒需水量及作物系数试验研究

采用排水式蒸渗仪试验,研究了不同地下水埋深时,甜椒需水量和地下水利用量的变化规律及与外界环境因子的关系。分析和模拟了甜椒作物系数,并与FAO-56推荐作物系数值进行了比较。结果表明,地下水埋深为0.6~0.9m时,地下水与降雨利用量占需水量的40%~50%,灌溉量较低。地下水埋深较浅时,需水量与地下水利用量与蒸发量、气温和地温具有显著的线性关系。地下水埋深较深时,需水量主要受降雨的影响,与环境因子的相关性较小;地下水利用量与蒸发量、气温、地温及饱和水气压差仍具有显著的线性关系。甜椒全生育期作物系数为1.35,与移栽后旬数、地温和需水系数分别表现出3次、2次和3次多项式的关系。生长中期和后期,作物系数分别为1.25和1.25~1.1,高于FAO-56推荐值。研究结果为蔬菜类作物节水灌溉制度的制定和高效灌溉管理提供参考。     

济南地区地下水动态监测网优化

地下水动态监测网通过获取地下水信息进而对地下水资源进行有效管理。以济南地区岩溶地下水为例,采用普通克里金法与地下水位趋势面分析相结合的方法对62个地下水监测井进行了优化,计算结果表明现状监测网密度较小,经监测网的优化,整个研究区需增加11个监测点,观测频率1次/5d。优化结果与济南地区水文地质条件基本吻合,对于济南保泉供水及水资源管理提供借鉴。     

Role of Groundwater in Irrigation Water Management in the Downstream Part of the Yellow River

Water scarcity in the Bojili irrigation District, which is located in the Shandong province in China, affects the management of the irrigation system and has led to the development of water storage functions inside the system. In particular, the irrigation and drainage scheme is used for short-term water storage whereas groundwater is used for long-term storage which is replenished during the monsoon season and drawn from when crop water requirements are not satisfied by surface irrigation.In this paper the storage functions are quantified. The role of groundwater, in relation to rainfall and irrigation depths, is analysed in detail. This analysis, which was carried out at the district and at sub-system scales, is based on data collected from fifty five observation wells between 1991 and 1996 at a 10-day time intervals. The sub-systems, called “divisions”, represent the areas for which irrigation-related information is available.Rainfall, groundwater levels and irrigation data are consistent. They demonstrate the inequity of water allocation between upstream and downstream water users. Accordingly strategies for water management differ between these users. These strategies only partially compensate the effects of scarcity demonstrated by decreasing cropping intensities from upstream to downstream parts of the District.     

Modeling Economics of Conjunctive Surface and Groundwater Irrigation Systems

Tank irrigation is one of the oldestsources of irrigation in India. Decline inthe area irrigated over the years due toinadequate operation and maintenance,large-scale development of groundwatersources, disintegration of traditionalirrigation institutions, heavy siltation,encroachment, etc., has resulted in heavysupplemental well irrigation in order toavoid crop losses. Rice yield from farmswith supplemental well irrigation wasobserved to be high. Even though it ispossible to calculate the value ofgroundwater for different years, it isdifficult to obtain the value of thegroundwater used to stabilize riceproduction from tank irrigation. The modeldeveloped in this paper is used tocalculate the stabilization value ofgroundwater using the Srivilliputhur BigTank, which is a representative tank inTamilnadu, India.A mathematical formula is used to model theeconomics of conjunctive surface andgroundwater irrigation systems. Analyticalexpressions for the value of groundwaterand the stabilization value of groundwaterare derived, assuming that the amount ofsurface water is a general stochasticvariable with a probability densityfunction, and that the demand function forirrigation water is also of that generalform. Finally, the model is applied toreal data collected during the period 1986to 2000 for the Srivilliputhur Big Tank inTamilnadu, India, and the value ofgroundwater and the stabilization value ofgroundwater are calculated at 1999–2000constant prices. The results indicatedthat the stabilization value of groundwater(covering the entire tank area of 402 ha.)was Rs. 166,677, while the value ofgroundwater was Rs. 1,064,720. Thus, about15.7% of the value of the groundwater wasused for its stabilization. Using thestabilization value of the groundwater infuture investment analysis will help tomore accurately indicate project benefitsdue to groundwater supplementation in thetank command areas.     

典型草原区河谷带地下水位对水均衡要素变化的响应

近几年锡林河流域开始进入降水偏丰周期,但地下水“入不敷出”的情况愈加明显,过量的地下水开采需求只能通过消耗地下水储蓄量来实现。基于水均衡原理和统计学方法分析锡林河平原区地下水位对降水量和开采量间的响应程度。研究结果表明,各个观测井对降水时序变化的响应差异较大,其中饲草料基地井与农场三队井地下水位变幅对降水较为敏感;水位埋深与开采量之间存在明显的正相关关系,从水位-开采量关系曲线变化趋势来看,随着地下水开采量增加,农场三队、饲草料基地和奶牛场的水位响应最明显;农作物大棚种植区地下水位主要受降水量与开采量共同作用,响应程度为51.16%,而饲草料基地受开采量影响最大,达到60.71%,压减灌溉饲草料地规模、调整集中连片布局为分散式利用是缓解农灌区地下水超采、促进农牧业安全发展的主要途径。