井渠结合灌区不同尺度水资源高效利用评价与调配研究

发布时间：2017-06-03 10:07

  本文关键词：井渠结合灌区不同尺度水资源高效利用评价与调配研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前我国农业用水效率低,水资源浪费严重,供需矛盾十分突出,水资源已成为制约农业发展的主要因素。井渠结合灌区在农业生产中扮演越来越重要的角色。高效利用井渠结合灌区的水资源对缓解我国农业水资源危机的意义尤为重要。开展井渠结合灌区不同尺度水资源高效利用的评价与调配研究,对于正确认识农业水资源高效利用的真正内涵,改变传统的农业用水发展模式,建设节水高效农业有着十分重要的意义。本文界定了井渠结合灌区水资源高效利用的内涵。围绕该内涵,基于国际水管理研究院(IWMI)的水平衡方法,提出了井渠结合灌区水资源高效利用尺度效应分析方法,以人民胜利渠灌区为例,研究不同水平年不同井渠结合模式下灌区水资源高效利用评价指标的尺度效应及其演变规律。在此基础上,构建了井渠结合灌区不同尺度的水资源高效利用综合评价指标体系,建立了灌区尺度和田间尺度相结合的井渠结合灌区水盐联合动态优化调配模型,在人民胜利渠灌区进行了实例应用。研究取得的主要成果如下：(1)剖析了井渠结合灌区的概念和系统组成,对井渠结合灌区的主要类型和工程的布置形式做了详细的归纳和总结,分析了井渠结合灌区水资源高效利用的功能,从可持续发展思想和资源可持续利用的实质出发,阐明了从水资源高效利用到灌区水资源高效利用的概念和特点,揭示了井渠结合灌区水资源高效利用的机理,在此基础上,明确界定了井渠结合灌区水资源高效利用的内涵。(2)基于IWMI勺水平衡方法,针对井渠结合灌区存在地下水回归利用及渠灌、井灌的投入产出效果不同的实际情况,提出灌溉回归水分析指标和灌溉效益费用分析指标等,作为井渠结合灌区水资源高效利用尺度效应研究分析指标,拓展了IWMI水平衡方法的适用性,提出了井渠结合灌区水资源高效利用尺度效应分析方法。(3)针对SWAT模型对平原灌区特点及旱作物模块考虑较少的缺点,对SWAT模型毛管上升水、地下水埋深、渠道渗漏、腾发量计算模块和旱作物模拟模块进行了修改,并与MODFLOW耦合,构建了分布式地表水地下水耦合模拟模型,采用人民胜利渠灌区实测径流、腾发量和地下水位资料进行了率定和验证,结果表明所构建的模型可用于平原井渠结合灌区不同尺度水平衡要素的模拟。(4)以人民胜利渠灌区为例,设置不同灌溉情景模式,将研究区划分为田间、支渠、分干渠、灌区4个尺度,采用构建的耦合模型对灌区不同尺度水平衡要素进行模拟,研究水分生产率、回归水分析以及效益费用分析指标随尺度的变化规律。结果表明：回归水分析指标灌区尺度优于其他尺度,水分生产率指标和效益费用分析指标田间尺度最优；平水年比枯水年用水高效；在比选灌溉模式时,依据的指标不同得到的结论不同,因此,只有全面考虑各种指标进行灌区水资源高效利用综合评价,才能得到更加准确的结论。(5)根据井渠结合灌区水资源高效利用的内涵,考虑评价指标的尺度效应,以田间尺度评价为基础,灌区尺度评价为核心,构建了井渠结合灌区田间尺度和灌区尺度的水资源高效利用综合评价指标体系,田间尺度包含了用水效率、经济效益、环境效益3大类6个指标,灌区尺度包含用水效率、经济效益、社会效益和环境效益4大类11个指标,并建立了多层次模糊综合评价模型。(6)在明确调配模型与评价指标关系的基础上,灌区尺度以水分生产函数为依据,建立地表水地下水联合优化调配模型,田间尺度以水盐生产函数为依据,引入临界土壤含盐量、临界地下水矿化度、临界地下水位,建立水盐动态优化调配模型。为了协调平衡各尺度管理主体的利益,将二者耦合建立井渠结合灌区水盐联合动态优化调配大系统分解协调模型,并给出各尺度模型求解方法及耦合模型的运行过程。所建模型可实现井渠结合灌区水盐的多尺度、多维度调控。(7)在人民胜利渠灌区,以2010年为现状年,进行了不同尺度水资源高效利用综合评价与调配应用研究。应用结果表明：所构建的综合评价指标体系和评价模型可行,可为灌区不同尺度水资源高效利用提供决策依据；建立的优化调配模型合理,可对水资源高效利用评价指标进行调控。以2020年为规划年,基于不同水资源调配技术,设置7个灌区水资源调配方案,采用灌区尺度综合评价指标体系和模糊综合评价模型,优选出规划年最佳的灌区水资源高效利用调配方案。
【关键词】：井渠结合灌区 水资源高效利用 尺度效应 综合评价 水资源调配 水盐调配 水盐生产函数 SWAT MODFLOW
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV213.9
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-29
• 1.1 研究背景与意义14-15
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势15-25
• 1.2.1 灌区水资源高效利用评价15-20
• 1.2.2 灌区水资源高效利用调配20-25
• 1.3 研究目标25
• 1.4 主要研究内容25-26
• 1.5 技术路线26-29
• 第二章 井渠结合灌区水资源高效利用的机理与内涵分析29-39
• 2.1 井渠结合灌区的结构与功能分析29-33
• 2.1.1 井渠结合灌区的概念和结构组成29-30
• 2.1.2 井渠结合灌区的主要类型30
• 2.1.3 井渠结合灌区工程布置形式30-32
• 2.1.4 井渠结合灌区的功能分析32-33
• 2.2 井渠结合灌区水资源高效利用内涵界定33-39
• 2.2.1 可持续发展与资源的可持续利用33-34
• 2.2.2 水资源高效利用的概念34
• 2.2.3 灌区水资源高效利用的概念34-36
• 2.2.4 井渠结合灌区水资源高效利用的机理和内涵36-39
• 第三章 井渠结合灌区水资源高效利用尺度效应研究39-76
• 3.1 研究区概况39-43
• 3.1.1 灌区基本情况39
• 3.1.2 水利设施39-41
• 3.1.3 地下水情况41-42
• 3.1.4 灌区水资源水环境状况42-43
• 3.2 井渠结合灌区水资源高效利用尺度效应分析方法43-53
• 3.2.1 尺度划分43
• 3.2.2 水平衡要素分析方法43-46
• 3.2.3 评价指标及量化方法46-53
• 3.3 实例应用研究53-76
• 3.3.1 情景模式的设定53-55
• 3.3.2 尺度的划分及评价指标55-56
• 3.3.3 人民胜利渠灌区地表水-地下水耦合模型构建56-66
• 3.3.4 尺度效应及影响机理分析66-73
• 3.3.5 结论73-76
• 第四章 井渠结合灌区水资源高效利用综合评价指标体系与模型76-92
• 4.1 综合评价指标体系的构建76-86
• 4.1.1 指标体系构建的基本原则和步骤76-78
• 4.1.2 指标的筛选分析78-79
• 4.1.3 田间尺度评价指标体系79-81
• 4.1.4 灌区尺度评价指标体系81-85
• 4.1.5 评价标准和等级的确定85-86
• 4.2 多层次模糊综合评价模型86-92
• 4.2.1 评价模型的构建86-87
• 4.2.2 权重的确定87-89
• 4.2.3 模糊关系的运算89-92
• 第五章 井渠结合灌区水资源优化调配模型92-109
• 5.1 调配模型与评价指标的关系92
• 5.2 以作物需水为核心的地表水地下水联合调配92-94
• 5.2.1 地表水地下水联合调配的动态特征和原则93
• 5.2.2 地表水地下水联合调配系统分析与建模93-94
• 5.3 灌区尺度地表水地下水联合优化调配模型94-98
• 5.3.1 灌区水资源系统概化94
• 5.3.2 模型假定94-95
• 5.3.3 灌区尺度调配模型的建立95-98
• 5.3.4 模型求解98
• 5.4 田间尺度水盐动态优化调配模型98-106
• 5.4.1 作物水分生产函数98-100
• 5.4.2 作物水盐生产函数100
• 5.4.3 水盐动态响应模型100-101
• 5.4.4 缺水敏感指数及盐分敏感指数的确定101-102
• 5.4.5 模型假定102
• 5.4.6 田间尺度调配模型的建立102-105
• 5.4.7 模型求解105-106
• 5.5 井渠结合灌区水盐联合动态优化调配耦合模型106-109
• 5.5.1 耦合模型的建立106-107
• 5.5.2 耦合模型的运行过程107-109
• 第六章 人民胜利渠灌区水资源高效利用综合评价与调配109-132
• 6.1 灌区现状不同尺度水资源高效利用评价109-116
• 6.1.1 灌区尺度水资源高效利用评价109-113
• 6.1.2 田间尺度水资源高效利用评价113-116
• 6.2 灌区现状年水资源高效利用调配116-125
• 6.2.1 灌区尺度调配模型主要参数116-118
• 6.2.2 灌区尺度模型运行结果及分析118-119
• 6.2.3 田间尺度调配模型主要参数119-121
• 6.2.4 田间尺度模型运行结果及分析121-123
• 6.2.5 调配结果评价123-125
• 6.3 灌区规划年水资源高效利用调配125-132
• 6.3.1 灌区规划年水资源供需平衡分析125-129
• 6.3.2 调配方案设置129-130
• 6.3.3 调配方案优选130-132
• 第七章 结论与展望132-137
• 7.1 研究结论132-134
• 7.2 主要创新点134-135
• 7.3 研究展望135-137
• 参考文献137-145
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果145-146
• 致谢146

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 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年06期

2 苏人琼;我国北方平原井渠结合灌区渠灌需水量计算的初步探讨[J];自然资源;1983年03期

3 孙小平;;井渠结合灌区水资源调控技术与措施[J];科技情报开发与经济;2007年09期

4 王坚;;井渠结合灌区水资源多年调节研究[J];科技情报开发与经济;2008年06期

5 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年03期

6 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 周维博;李佩成;;井渠结合灌区节水灌溉的有效途径[A];中国农业工程学会农业水土工程专业委员会第三届学术研讨会论文集[C];2004年

2 周维博;;应用组合频率法计算井渠结合灌区灌溉用水量[A];现代农业工程与自然资源高效利用——中国科协2005年学术年会（第10分会场）论文集[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张亮;井渠结合灌区不同尺度水资源高效利用评价与调配研究[D];郑州大学;2015年

  本文关键词：井渠结合灌区不同尺度水资源高效利用评价与调配研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：417857