泾惠渠灌区供需水平衡及供水风险分析

发布时间：2016-12-09 15:11

第一章绪论 

1.1 研究的目的及意义 
水资源可持续利用是实现人类社会可持续发展的基本条件。人类对水资源的需求量正随着社会发展、人口增长等因素增加，可利用水资源却因严重的水污染等而渐渐减少，加之人们对水资源是取之不尽的错误认识造成的水资源浪费，引发出水资源中世界范围的战略性问题——供需矛盾(刘昌明  2002;  刘昌明和王红瑞  2003)，也是当今世界最受关注的焦点问题之一。 我国淡水资源总量居世界第六位，但人均占有量较低。我国农业、生活、工业用水量正因人口增长、社会经济发展、工业规模及农业规模扩大等因素日益增加，导致水资源的开发利用程度和水资源的保护压力愈来愈大 (贾绍凤等  2004;  闵庆文  2004;  杨全明等  2005)，加上近年水体污染的进一步恶化，使得水资源可利用量越来越少，导致许多地区出现缺水和断水的现象，水资源问题越来越突出。中国科学院预测我国人均水资源量在本世纪 30 年代将因人口增长至 15 亿左右而减少至 1800 m3，届时，水资源供需端的矛盾会更加突出。 泾惠渠灌区作为陕西省的大型灌区，为陕西经济的腾飞作出了巨大的贡献，被誉为关中“白菜心”。其灌溉历史悠久，农业生产水平较高，粮食平均产量保持在 760kg 左右，虽然耕地面积仅占全省耕地面积的 2.5%，但粮食总产量却占全省粮食总产量的 5.8%。 泾惠渠灌区由泾河张家山自流引水，泾河是其主要水源。泾河属雨洪式多泥沙河流，其径流时空分布不均匀，丰枯变差大，汛期主要补给是降水，河水含沙量大，枯水期河水含沙量小，主要补给是地下水，在 7~9 月的夏灌期，大流量、高含沙同步出现。灌区的地下水主要是埋深在 10 m~30 m 之间、矿化度在 1~3 g/L 之间的潜水，其 PH 值 7.8，且绝大部分（80%）是重碳酸盐水，适作农业灌溉用水(刘平平  2014)。近年，渠首引水量逐年减少，主要原因如下：近年泾河年径流量总体减少了；泾河来水的含沙量高，利用率很低；泾河来水时段跟灌区农作物需水时段不同步，加之灌区渠首枢纽调蓄能力低，导致泾河径流大量。这样使得灌区地表水资源满足不了灌区农业需水，加上灌区生活用水户和工业用水户均存在一定程度的缺水，致使灌区地下水严重超采，由此可见灌区供需矛盾问题之尖锐。
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1.2  国内外研究进展
随着人类社会的发展，水资源需求量越来越大，水资源可利用量却因人为的污染等因素越来越少，加之人们居住位置与水资源分布的不相称，需求量大的地区淡水资源少，使得各地水资源供需矛盾问题很是尖锐，制约着当地社会经济的发展，是全世界共同存在的问题。 联合国从 20 世纪 80 年代到现在，多次在水资源大会指出水资源危机的情形以警醒全世界(冯宝平等  2006)，国际水与环境会议于 1992 年 1 月在柏林召开，会议中强调了水对于环境与发展的重要性，明确了处理好水问题是 21 世纪的发展的关键(Gotot  and WTD  1989)。马哈茂德阿布扎依德（世界水文理事会主席）曾预测全世界 66 个国家在2050 年的缺水状况将达到严重缺水，这些国家的人口总量占了全世界的 2/3(何希吾 1998)。全世界 21 世纪的发展“一看人，二看水”的观点也多次被一些专家提出，由此可见，左右 21 世纪可持续发展的重要因素之一就是能否实现水资源可持续利用(Juanico M and Friedler E 1998;  吕宏兴等  2002)。为之，联合国于年起，将每年的月日定为“世界水日”以警醒全人类增强水的危机感，增强珍惜、爱护及合理开发利用水资源的意识(Ssthi L Net al. 2006)。因此，切实并及时地解决好各地水资源供需矛盾，实属刻不容缓(Kanarek A and Michail M 1996)。 世界各国及很多学者为缓解世界水资源紧张的情势做了很多关于水资源的研究，并根据当地情形提出了一定的缓解对策(武春莉  2012)。Jardor（2004）等研究了城市水资源的承载力，并指出城市的发展规划应考虑城市水资源的承载力，此研究只是从供水角度；Harris（2007）将农业生产区域水资源作为衡量区域发展潜力的一项标准，对其进行了一定深度的研究。(托娅  2006)。法国、加拿大、美国等国家把水资源的管理纳入法制轨道，建立了完备的取水许可或水权登记制度(Gleiek P H 2003)。以色列建国初期就制定了一系列水资源相关法。实行地下水和地表水的联合调度、统一分配及开发利用水资源必须经过政府批准的取水许可证制度(武春莉  2012)。约旦政府采取了开源、节流和保护水资源的政策以解决当地水资源严重短缺的困难。为了利用冬季降水修建水库、拦洪坝，大力调整农业结构，以低耗水作物为主，大力发展节水灌溉，灌溉用水尽量使用低质水、河水及库水(肖淮仁  2012)。在植树造林方面选用耐旱的低耗水树种(李广贺 2002)。 
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第二章泾惠渠灌区水资源开发利用现状 

2.1  基本概况
泾惠渠灌区北接渭北黄土台塬，南、东、西分别以渭河、石川河、泾河为界，处于关中平原中部，为一较完整的水文地质单元，清峪河位于灌区北部，呈东西流向。灌区总面积 13.13 万 hm2，东西长约 70km，南北宽约 20km，设施灌溉面积 9.69 万 hm2，有效灌溉面积 8.79 万 hm2。辖渭南、西安、咸阳 3 市的阎良、富平、高陵、临潼、泾阳和三原 6 县（区）（图 2-1），有 626 个行政村，48 个乡（镇）。灌区海拔高程处于 350 m~450 m 之间，地面坡降 1/300~1/600，由西北向东南倾斜，地面和地下径流排泄条件好。泾惠渠灌区位于关中地堑的北部口镇一关山断层分界线南侧，固市凹陷、泾阳~三原断裂、咸渭断裂分别为灌区由南向北的地质构造单元，新生代以来强烈沉降使得灌区内沉积了巨厚的第四纪松散沉积物。受地质构造控制，灌区在地貌上形成了泾渭河冲积阶地和一、二级黄土台塬。其中泾渭河冲积阶地可划分为泾渭河河漫滩、一级、二级、三级阶地，其中二级阶地的面积占了绝大部分；一、二级黄土台原海拔高程分别在 380~450m、450m，分别分布在径阳~三原一线以北、清峪河以南和清峪河以北。灌区的西北及北部边缘分布有黄土台塬、洪积扇。 
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2.2 地表水利用现状 

泾惠渠灌区地表水源来源于渠首自流引水，，自 1995 年至 2010 年 16 年泾惠渠灌区渠首平均实引水总量 3.41 亿 m3，整体呈现出上升趋势，1995~2000 年平均实引水量 3.09亿m3，2001~2005 年平均实引水量 3.46 亿 m32006~2010 年平均实引水量 3.74 亿 m3。50%、75%保证率下现状水平年内需水量较大的月份均为 1 月、4~8月份和 12 月份；2020 年产业结构，农作物的种植比例相对于 2010 年有所调整，由图3-4 可知，不同保证率下规划水平年内需水量较大的月份与 2010 年一致，也分布在 1月、4~8 月份和 12 月份，但现状水平年，年内最大需水月份在 6 月，而规划水平年内最大需水月份在 12 月。 

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第三章 泾惠渠灌区供需水预测及供需平衡分析 ..... 16 
3.1  代表年及水平年 ..... 16 
3.2  需水量预测方法 ..... 16 
3.3  需水预测结果 ......... 17
3.4  可供水量预测 ......... 24 
3.4.1  供水原则及顺序 ....... 24 
3.4.2  可供水量分析 ........... 24 
3.5  供需水平衡分析 ..... 25
3.6  本章小节 ........ 27 
第四章 泾惠渠灌区供水风险评价模型 ...... 28 
4.1  风险的定义及特征 .......... 28 
4.2  供水风险分析及其指标的选取 ........ 28
4.3  供水风险综合评价模型 ........... 31 
4.4  灌区供水风险综合评价模型 ............ 32
4.5  本章小节 ........ 34 
第五章 泾惠渠灌区供水风险分析 ...... 35 
5.1  供水风险评价指标计算结果及分析 ......... 35 
5.2  供水风险指标权重 .......... 43
5.3  供水风险评价 ......... 44 
5.4  减少供水风险对策 .......... 48
5.5  本章小节 ........ 48 

第五章泾惠渠灌区供水风险分析

5.1  供水风险评价指标计算结果及分析
参照文献（阮本清等  2005），将供水风险指标及综合评价评语等级分为 5 个级别，分别对应 5 个标准值，即高、较高、中等、较低、低，其对应的风险程度分别为灾变风险、不可接受风险、边缘风险、可以接受的风险、可以忽略的风险，见表 5-1。泾河是泾惠渠灌区地表水的主要水源，根据张家山水文站 1960~2010 年 51 年实测水文系列频率分析，分别选取 25%、30%、37.5%、40%、50%、55%、62.5%、75%、85%、95%频率的年径流量作为规划水平年（2020 年）的渠首引水量，见表 5-2。结合供需平衡章节中规划水平年各保证率下农业需水的计算结果，根据前文提及的供需平衡调节计算方法计算出在各来水条件下泾惠渠灌区在规划水平年的逐日缺水量。然后根据各指标计算公式算出各来水条件下各供水风险指标的值，见表 5-3，各指标变化趋势分别见图 5-1、5-4、5-8、5-9、5-13。 由图 5-1 可知，随着来水频率增加，渠首年径流量的减少，泾惠渠灌区农业用水户可靠性指标总体呈下降趋势，趋势线的斜率 k=1.37，下降趋势较为明显，说明泾惠渠灌区农业用水户可靠性指标受年径流量影响较大。多年均值 93.8%，说明年平均缺水天数较少，参照表 5-1 可知泾惠渠灌区农业用水户可靠性高。丰水年、平水年间的下降趋势较缓，枯水年的下降趋势较陡，说明年径流量越少，对泾惠渠灌区可靠性指标的影响越大。很显然，在频率为 75%的枯水年的可靠性较部分平水年还高。频率为 62.5%、75%来水年的灌溉月需水占灌溉年需水的比值、月径流占年径流的比值分别见图 5-2、5-3，由图可以看出两个年份年内灌溉需水主要的月份均是 1 月、4 至 8 月和 12 月.
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结论 

人口、资源、环境与经济协调发展是我国实现第三步战略目标的前提。区域的发展建设需以水资源条件为基础，城市规模、经济发展、人口增长都应与当地水资源的支持相协调，合理有效的利用区域水资源。 本文分别以 2010 年和 2020 年为现状年和规划年，采用定额法对灌区 50%和 75%水文年的需水量进行了预测及供需平衡分析。基于风险理论，构建了泾惠渠灌区农业用水户供水风险分析的指标体系，采用层次分析法和熵权构建供水风险综合评价模型，获得不同来水频率典型年的供水风险综合评价值，并进行供水风险评价，提出减少泾惠渠灌区农业用水户供水风险的对策，取得的成果如下： 
（1）2020 年与 2010 年相比，灌区灌溉需水量减少，占总需水量的比例下降了 7%左右；工业需水量增加，占总需水量的比例增加了 5%左右；生活需水量增加，占总需水量比例增加了 1.6%左右。 
（2）50%保证率下灌区 2010 年总需水量 45793.23 万 m3，缺水量为 0，2020 年灌区总需水量 44672.77 万 m3，缺水量为 0；75%保证率下灌区 2010 年总需水量 63372.27万 m3，缺水量 7020.27 万 m3，缺水率 11.08%，2020 年灌区总需水量 59495.77 万 m3，缺水量 5800.97 万 m3，缺水率 9.75%。 
（3）随着来水频率增加，渠首来水量减少，泾惠渠灌区农业用水户： 可靠性总体呈下降趋势，多年均值 93.8%，可靠性高，灌区农业用水户可靠性指标主要受年径流量影响，在一定程度上也受径流年内分配影响。 协调性总体呈下降趋势，但波动性较大，多年均值 67.86%，较高，受年径流量、径 流年内分配的综合影响。 弹性总体呈下降趋势，多年均值 9.05%，弹性低，说明灌区缺水时间较为集中，主要受径流年内分配的影响。 脆弱性总体呈下降趋势，多年均值为 0.55%，脆弱性低，说明灌区处于缺水状态时受到的不利影响不是很严重，受年径流量、径流年内分配综合影响。 日最大缺水率呈上升趋势，波动性较大，多年均值为 65.61%，较高，说明灌区最坏缺水情形较为严重，在丰水年份主要受径流量年内分配的影响；在平水年份主要受年径流量影响，同时径流年内分配对其也有些许影响；在枯水年份主要受年径流量的影响。 
（4）随着来水频率增加，渠首来水量减少，泾惠渠灌区农业用水户供水风险综合评价值总体呈递增趋势，最大为 72.82%，风险较高，属不可接受风险；最小为 15.39%，风险低，属可忽略风险，极值比为 4.73，变化幅度很大。
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参考文献(略) 

本文编号：208563