河套灌区农田生态地下水埋深及不同种植模式作物最适灌水量研究

1.1引言

1. 1研究背景与意义
水资源是维持生态系统活动与促进人类可持续发展的最基本因素，同时也是新世纪短缺的可持续性自然资源，又是一个地区乃至整个国家经济发展中的重要战略资源。随着我国国际地位与经济水平不断得到发展，水资源的紧缺问题越来越严重了，因此提出水资源的高效利用与合理开发的理论体系与方法论刻不容缓。目前我国水资源的分配份额很紧张，各行业不仅需求量大，而且总的可分配额度很小，其中农业灌概用水占全部分配额的64%(李元华，2010)。在我国灌区之中，由于技术相对落后于发达国家，所基本上全部采用的是传统的地面灌概模式，这种灌视方式很粗放，往往靠农民的经验进行灌概，现代科技含量较低，所以灌满水利用效率较低。截至当前，我国整体的灌概水利用效率仅仅是45%，渠系水利用效率仅仅是50%，显然这与发达国家的平均水平是相差很远的。因此我国农业要大为发展农业节水，特别需要从农艺技术、工程技术、行政管理和灌概技术等多方面共同研究、共同发展、优势互补。只有突破水资源利用瓶颈，才能解放生产力，提升国家实力。切实提高我国灌区的灌概水利用效率，实施行之有效的农业节水政策，，受到了党和国家领导人的高度关注，将发展农业节水提上了日程。随盾有关部口颁发《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，把灌概水利用效率作为评价水资源管控指标之一，作为最严格的"三条红线"其中之一，它把水资源控制与利用带入了新时期;并且明确提出了在2015年将把全部灌区的灌槪水平均利用效率提高为53%么上，2020年把全部灌区的灌满水平均利用效率提高为55%之上的伟大目标。与此同时"十二五"指出灌概水利用效率列为当地干部行政能力考核标准之一。在2013年国务院办公厅发布将灌巧水利用效率作为干部行政能力考核的具体指导办法，国家将各省(区、市)的灌概水利用效率作为干部考核的标准之一。
…………

1. 2国内外研究现状
在渠道水利用效率计算方面，郭元裕等(1997)提出了渠系水利用效率的两种基本算法，一种是将渠系的净流量和毛流量相除来计算;另一种则是将各级渠系水利用效率用连乘法来计算，这和高传昌(2001)提出的理论一致：渠系水利用效率的大小被各级渠道的渠系水利用效率决定。张霞等(2009)提出渠道水利用效率估算法计算了内蒙古河套灌区隆胜示范区的永刚分干和西济支渠，通过误差比较，得出估算法适用于长度较小的渠道的结论。李建宏用流速仪测试了动水法下亡星干渠渠道水损失流量，定性分析了过水流量、渠道长度、渠道±质和衬硕形式之间的关系。魏新光等(2010)对灌区20年的干支渠配水资料分析，用灰色模型确定并预测了干支渠系水利用效率。在测流实验操作方面，陆正家认为必须在渠道实际运行中进行施测，因为这样才符合渠道实际情况。高传昌(2001偉分别讨论了渠道并联和串联时的渠系水利用效率的推算公式，连乘法还在等效与串獻渠系的分析中使用，流量加权法则在非等效并联渠系中使用。王洪斌等(2008)分别讨论了在静水法和动水法下，渠道水利用效率计算公式的修正。刘战(2009)讨论了多种因素对渠道水利用效率的影响。他认为流量大小、水流工作长度、衬棚长度、配水方法和管理方法都对渠系水利用效率有着重要影响。刘焕芳等(2009)对灌区高含沙输水渠道游积的成因进行了分析，认为不能只考虑流量，还应该按最小坡度校核输沙能力。任可等(2006)用统计推断法得出了宁夏引黄灌区的渠道水利用效率，并研究了渠道渗漏损失与止质的关系。
…………

2渠系水利用效率与分维数的计算方法

2. 1渠系输配水过程概述
在进行农业引水的过程中，水源会先进入渠道系统，再经过总干渠、干渠、分干渠、支渠、斗渠和农渠所组成的输配水系统，最终在农渠的分水口进入农田内部，从而农作物才能受到灌颗。这整个流程之中，灌概引水会在不同环节相应的损失一部分水-在这之中有其相应的损失途径与各自的控制条件，流程见图4。灌概水源包括水库、河道、河网与地下水补给等，一般通过水间、框巧等工程措施靠重力自流引入灌区渠系，或者通过提水泉站引入灌区渠首。水源蓄积水量，受地形、汇流面、地质渗透性能、气候等自然条件影响，其中渗漏与蒸发等因素大多是人为条件下难以干预的。因此通常状况下，人们更关屯、的是水在灌概渠道系统的运行效率问题，除了　HelenFairweather(2004)提出的灌概水利用效率指标中考虑蓄水效率外，现有指标全段不把蓄水效率考虑在内。渠系输水阶段指的是水从渠首开始，经过各级固定渠道系统，最终从渠道系统流出。在这整个过程之中，渠道系统负责将灌概水输送到各田块，而渠系的工程状况决定了输水能力和配水能力。渠系有效水量指的是从渠系最终流出的水量。因为蒸发和渗漏伴随输水过程之中，所损失水量主要由这方面产生。国内外多学者认为渠系输水损失只发生在续灌渠道输水过程中，这是不全面的结论，因为农田内部渠道系统，即配水渠道系统，也同样存在着水量损失。
…………

2.2渠道水利用效率的计宾方法
外国学者在W前用美国Davis-Wilson等经验公式计算渠道水利用效率，我国《渠道防滲技术规范》(SL18—2004)把Kostiakov公式列为首选，但结果均和实际情况差之千里。在运用经验公式计算渠道输水损失时，反映渠道渗水的基本参数由于没有考虑地区差异，实际应用误差比较大，仅可用作估算;而且上述经验公式都没有考虑渠道工程状况随时间老化的情况，难满足当今灌区节水改造工作的需要。动水法要求在实际灌概的时节，选择待测渠道中的无开口的典型部分，当水位和流量保持平稳时，在同一时间量取上断面和下断面的流量，采取流量平衡法或水量平衡法进行计算。化流量平衡计算时，将各条直口的漏间损失水量计入无效流量，其它方面的损失星可忽略不计。合理的典型渠道抽样，能够保证每类抽样层具有一定的统计特征，相应的指标也具有统计特征，其平均值也可代表该层的相关指标。简便是统计特征值法的最大优点。但是如果各层之间样本数量分布与其在区域灌区中所占比例不协调，由低级厦组成的高一层的效率分析就不能满足统计特征法的要求。
………..

3.渠道水利用效率影响因素分析...........24
3.1测试渠道基本情况介绍.........25
3.2测试结果及其描述性统计分析.........28
3.3不同影响因素对渠道的影响.........34
3.4不同影响因素的主成分分析.........48
3.5基于多个影响因素的渠道水利用效率多元线性拟合.........52
3.6小结.........53
4渠系水利用效率推求与渠系结构评价.........53
4.1河套灌区渠系水利用效率推求.........53
4.1.1渠系水利用效率计算结果.........53
4.1.2渠谱衬彻情况下的节水潜力分析.........53
4.2河套灌区渠系结构评价.........55
4.3　小结.........60
5�壗崧塾胝雇�.........60
5.1　结论.........60
5.2展望及存在的问题.........62

4系水利用效率推求与渠系结构评价

渠系水利用效率是刻画各级渠道运行好坏和灌概管理合理与否的重要参数，它反映从总干渠至农渠之间的各级输配水渠道的渠系输配水综合效率，其数值块定于各级渠道的渠系水利用效率大小。关于渠系分维数的计算，主要采用Horton定律进斤计算。

4.1河套灌区渠系水利用效率推求

4.1.1渠系水利用效率计算结果
按千、分干、支、斗、农渠的渠道水利用效率通过五灌域典型渠道的流量加权计算，得到结果如表。河套灌区：总干渠渠道水利用效率为94.05%;干渠渠道水利用效率为82.41%;分干渠渠道水利用效率为78.92%;支渠渠道水利用效率为89.76%;斗渠渠道水利用效率为%.84%;农渠渠道水利用效率为94.16%，渠系水利用效率48%。若先计算每个灌域的渠系水利用效率，再根据灌域的灌叛面积进行加权，得到的河套灌区渠系水利用效率为47.77%，二者结果相差很小，相差仅为0.47%。本文采用48%作为河套灌区的渠系水利用效率，其中总干渠至分干渠作为外部输水，其输水效率为61.17%;支渠至农渠作为配水渠道，其配水效率为78.47%。

结论

本文以内蒙古河套灌区渠系为研究对象，运用分层抽样法选择灌域，用动水法测定了渠道流量，进而从动、静两个方面研究了河套灌区渠系水利用效率。根提野外渠道动水法实测数据，计算了典型渠道水利用效率。研究了多种因素对渠道水利用效率的作用，为渠系水利用效率的推求与分析做了铺垫。根据收集的灌区资料，计算了渠系分维数的值并进行了渠系水利用效率的分析，为灌区今后的渠系规划设计提供了参考资料。主要结论有;经过搜集灌区渠道资料，计算渠系分维数。河套灌区及其所属灌域的渠系分支比、长度比和分维数均在合理的取值范围么中，说明河套灌区渠系结构恰在水系Horton定律的一般范围之内。通过研究河套灌区渠系分形发展情况，说明河套灌区及其灌域的渠系分布能够很好地吻合分形规律。也就是说在这种渠系发展情况下，灌区水量能在重力的作用下，能更有效地分配到灌区各处。基于此，后可W提高灌区渠系分支比，使灌区在合理的范围内增加渠道级别数;也可W降低长度比，适当増加灌区渠系下一级渠系的长度，或者相对缩短上一级渠系的长度，变长渠为短渠，增加输配水能力。
............
参考文献(略)