泾惠渠灌区水资源配置研究

董起广 ，李 娜

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075）

作为一个典型的渠井双灌区，陕西泾惠渠灌区水资源利用不合理，引起农业灌溉问题凸显，地下水超采，造成大面积地下水位持续下降，从而引发了诸多环境地质问题。针对以上问题，结合灌区自然条件、作物种植及水分利用的情况，设定地下水位阈值及用水量区间，进行灌区地表水——地下水水资源联合配置，为当地水资源合理开发及农业稳定发展提供参考。

1 数据来源

文章所用到的气象资料，地表灌溉引水量和地下水开采量等水资源量资料通过陕西省气象局及泾惠渠管理站收集获得。

2 水资源配置模型建立

针对泾惠渠灌区的具体情况，以保证灌区合理、可持续发展及不引起环境地质问题为原则，为达到社会、经济、生态目标最优，对整个灌区水资源在利用方式、空间布局和综合效益等方面系统地进行设计和布局，并形成水资源优化配置方案。

泾惠渠灌区包括两区四县，供水水源为地表水和地下水两种水源，文章在充分了解灌区供需水量的基础上，采用大系统理论建立三层结构的水资源配置模型，并求解得出在50%和75%两种频率年下的地表水——地下水配置方案。

2.1 单一作物水资源配置

（1）目标函数。目标函数采用Jensen模型，单位面积实际产量（Ya）与最高产量（Ym）比值最大为目标：

式中，ETa为作物实际蒸发蒸腾量；ETm为作物最大蒸发蒸腾量；λi为作物敏感系数。

（2）约束条件。单一作物水资源配置中约束条件分为两种，即水量约束和腾发量约束：①水量约束。分配给某种作物全生育期的水量不能超过其水源向作物提供的最大水量；②腾发量约束。不同作物各生育阶段的腾发量不能超过其最大腾发量。

2.2 多种作物灌水量分配

在同一灌区内常种植多种作物，在种植结构和上层供给水量不变的情况下，水量分配不同，效益也不同，实现灌区内用水量和经济效益协调最优是本层的计算目的。

式中：i为子系统序号；j为作物序号；fij（Qij）为i子系统j作物的单产；Qij为i子系统j作物单位面积灌溉水量；Sij为i子系统j作物种植面积；Cj为作物单价。

（2）约束条件。在同一灌区内，子系统中各种作物灌溉用水量之和应小于等于灌区分配给该子系统的水量。

2.3 子区间水量优化分配模型

在本层计算中，将灌区全年可供总水量分配给下一层内各子系统，对每个子系统，可根据管理站多种作物最优水量分配方法，确定其效益最大的该子系统水量最优分配方案，并将获得的该子系统效益反馈给上层，通过交替计算，即可获得整个系统效益最大的水量分配方案。

（1）目标函数。以全灌区效益最大为目标函数：

（1）目标函数。以子系统效益最大为目标：

式中：Z为全灌区总效益；zi为灌区子系统i效益；Wi为灌区分配给i子系统的总灌溉水量；yg为地下水单方水成本；Qgi为子系统i地下水灌溉用水量；ys为地表水单方水成本；Qsi为系统i地表水灌溉用水量。

（2）约束条件。对于该子系统而言，包括地表水约束和地下水约束，即：①各子系统渠道供水量之和不能大于渠首全年可引总水量；②各子系统地下水灌溉用水量之和不能大于灌区全年允许地下水开采量。

对水资源配置模型的3层结构进行优化求解，推求作物的最优灌溉用水制度，确定作物在50%和75%降水频率下的配置方案。经计算，50%平水年总灌溉量为2.69亿m3，渠灌水量1.52亿m3，井灌水量1.17亿m3；75%枯水年为2.5亿m3，渠灌水量1.33亿m3，井灌水量1.17亿m3。

3 结语

（1）由于水资源配置不合理，泾惠渠灌区多年以来一直存在地下水超采情况；文章在前人的研究基础上，提出了井渠结合灌区水资源优化配置方案。

（2）采用Jensen模型，以综合效益最大为目标，以供水量限制等条件为约束，进行求解，得出50%平水年和75%枯水年下作物的灌溉水源分配方案。

［1］周维博，李佩成.我国农田灌溉的水环境问题［J］.水科学进展，2001，12（3）：413-417.