河套灌区地下水开发利用的渠井结合比研究

【摘要】：内蒙古河套灌区位于干旱-半干旱气候区,农业发展对灌溉的依赖性极强。随着黄河流域水资源供需矛盾日益加剧,井渠结合成为灌区应对减少引黄水量的政策压力和缓解灌区用水矛盾的有效措施。井渠结合兼具开源与节流的双重作用,可以提高灌溉水资源利用率、减少潜水的无效蒸发、控制土壤盐碱化,在促进农业高效用水和农田水盐调节方面效果显著。但是实施不当会导致地下水超采,对生态环境和作物产量造成严重危害。实施井渠结合要保证采补平衡,关键在于确定适宜的渠井结合比。本文以河套灌区为研究对象,基于水均衡原理和地下水采补平衡原则建立渠井结合比解析模型和简化模型,计算得到灌区和各灌域在不同灌溉方案和情景组合情况下的渠井结合比范围,确定了全灌区的推荐渠井结合比并通过对地下水埋深变化进行数值模拟验证了其合理性。本文研究成果可以为河套灌区实施井渠结合提供参考,主要研究内容及结论如下:(1)建立了基于水均衡原理和地下水采补平衡原则的渠井结合比解析模型和简化模型,得到了计算均衡期和井灌区秋浇水源不同的三种方案、三种地下水矿化度标准、三种秋浇频率和四种渠道输水补给情景共计108种组合情况下的渠井结合比计算结果。确定两种推荐方案为:地下水矿化度标准为2.5g/L;井灌区秋浇频率为两年一次;井渠结合渠灌区在生育期和秋浇期渠灌;井渠结合井灌区在生育期井灌,秋浇期渠灌;计算渠道输水补给时,推荐方案1为忽略总干渠、干渠补给,推荐方案2为忽略总干渠、干渠和分干渠补给。推荐方案确定的全灌区的渠井结合比范围为1.9～2.9。根据保障灌区生态可持续发展和减少地下水过量开采风险的原则,推荐全灌区的渠井结合比为 3.0。(2)分析了主要参数取值对渠井结合比计算结果的影响和参数敏感性大小,加深了对渠井结合比计算结果可靠性的了解。地下水可开采系数、田间灌溉地下水补给系数、渠系输水地下水补给系数和降雨入渗地下水补给系数与渠井结合比成负相关,土地利用系数与渠井结合比成正相关。地下水可开采系数的敏感性最高,为减少地下水超采风险,对该值的选取宜保守。(3)利用Visual MODFLOW建立了地下水数值模型,在永济灌域布置典型井渠结合区,分析不同渠井结合比条件下的地下水埋深变化情况,验证推荐渠井结合比的适用性。渠井结合比为3.0时,井渠结合渠灌区和井渠结合井灌区在生育期和秋浇期的埋深变化范围分别为为1.03m～2.51m和1.10m～2.78m。此时既能保证地下水埋深保持在合理范围内,还可以将地下水埋深对于渠井结合比变化的敏感性控制在较小水平,验证了推荐渠井结合比的合理性。(4)考虑到灌区后期可能采取的调整种植结构、减少灌溉水量等一系列措施,分析了不同节水水平下的地下水埋深变化情况和宜采用的最小渠井结合比。以年平均埋深为指标:井渠结合渠灌区节水水平为100%(当前方式灌溉)、90%(井渠结合渠灌区灌溉补给量减少为当前的90%,下同)、85%、75%、60%时,宜采用的最小渠井结合比分别为1.8、2.0、2.2、2.7、4.1。以井渠结合井灌区生育期和秋浇期的最大埋深为指标:井渠结合渠灌区节水水平为100%、90%、85%、75%,宜采用的最小渠井结合比分别为2.4、2.9、3.3、4.2,节水水平不宜小于75%。(5)计算分析了不同情况下的引黄水减少量,为评估井渠结合模式的节水效果提供数据支撑。井渠结合区的地下水矿化度上限越高、考虑的渠道输水补给级数越多、井灌区年秋浇水量越大、对地下水的利用程度越高,引黄水减少量越大。渠井结合比为3.0时,实施井渠结合的引黄水减少量为3.4×108m3。

【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S273.1