保障渭河生態(tài)基流的寶雞峽灌區(qū)節(jié)水調(diào)控技術(shù)研究.pdf

1、渭河是黃河的第一大支流，是黃河流域治理開發(fā)中的重要一環(huán)。渭河流域?qū)儆谙鄬?duì)缺水地區(qū)，特別是關(guān)中地區(qū)，以資源型缺水為主因，并復(fù)合工程、管理、污染等因素引起的關(guān)中地區(qū)水環(huán)境問題愈發(fā)嚴(yán)重，而尤以直接從渭河引水的關(guān)中灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水對(duì)渭河生態(tài)基流如何影響引起國家及社會(huì)重視。本研究選取渭河關(guān)中段最大灌區(qū)——寶雞峽灌區(qū)引水對(duì)渭河生態(tài)基流影響作為研究對(duì)象，在灌區(qū)水沙污染物運(yùn)移模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合灌區(qū)水沙測驗(yàn)資料，構(gòu)建了灌區(qū)渠道水沙運(yùn)移模型，研究了灌區(qū)用水

2、結(jié)構(gòu)變化對(duì)渭河生態(tài)基流的影響，探討了渠道水沙綜合調(diào)度的農(nóng)業(yè)節(jié)水對(duì)渭河生態(tài)基流的影響，給出了保障渭河生態(tài)基流的灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水措施及水資源聯(lián)合調(diào)度方式，取得以下主要成果:
　　(1)渭河來水來沙與寶雞峽灌區(qū)需水引水的關(guān)系。通過對(duì)渭河長系列的來水資料進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，空間上渭河關(guān)中段最不容易保證生態(tài)基流的河段是林家村千河入渭河河段;時(shí)間上渭河河道缺水主要集中在枯水季節(jié)，尤其是12、1和2月份。渭河林家村渠首多年平均來水量10.91億m3，渠首

3、年引水量為4.58億m3。雖然年均引水量不足來水量的50％，但12、1和2月份寶雞峽灌區(qū)渠首多年平均引水量分別占到渭河來水量的91.82％、90.57％、84.41％，即灌區(qū)冬灌期多年平均引水量占到河道來水的近90％。很難滿足國家、黃委會(huì)及渭河管理局給出的林家村魏家堡河段生態(tài)基流量標(biāo)準(zhǔn)4～6 m3/s。因此，在冬灌、春灌期間進(jìn)行寶雞峽灌區(qū)用水調(diào)控應(yīng)是保障渭河生態(tài)基流的關(guān)鍵。
　　在現(xiàn)狀條件下，寶雞峽整個(gè)灌區(qū)作物需水量在2.56億m

4、3～7.55億m3之間，多年平均值為2.71億m3，而灌區(qū)引水灌溉發(fā)電沖沙總引水量為5.23億m3～13.2億m3，引水量遠(yuǎn)大于灌溉用水量，如何在滿足生態(tài)基流條件下進(jìn)行灌區(qū)灌溉引水輸沙調(diào)控是一個(gè)重要問題。
　　(2)渠道輸沙的減污增肥作用及黃河中下游灌區(qū)輸沙規(guī)律的一致性研究。由于渭河污染，為研究污染條件下的水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，構(gòu)建保障渭河生態(tài)基流的灌區(qū)節(jié)水調(diào)控模型提供理論與技術(shù)支撐，基于已有渭慧渠土渠挾沙能力測量的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了混凝土渠道

5、條件下污染水流的泥沙輸移試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，渠道泥沙垂線分布大致服從上稀下濃規(guī)律。在試驗(yàn)渠道長40m條件下，污染物濃度隨水流運(yùn)移衰減趨勢(shì)不明顯。渠道含沙量對(duì)化學(xué)需氧量(COD)、總氮(TN)濃度影響明顯，試驗(yàn)結(jié)果表明，泥沙顆粒降低了水中的COD值，增加了TN值，這說明泥沙顆粒對(duì)COD具有一定的降解作用，而泥沙中的氮元素完全溶解于水中;說明渠道泥沙輸移有利于降低污染和增加氮元素，即具有減污增肥作用。寶雞峽灌區(qū)水流挾沙能力與黃河下游灌區(qū)泥沙

6、輸移規(guī)律一致，給出了寶雞峽灌區(qū)泥沙輸移的土渠及混凝土渠道挾沙能力公式和恢復(fù)性飽和系數(shù)，研究了寶雞峽灌區(qū)的渠道水力學(xué)特性。這為構(gòu)建寶雞峽灌區(qū)水沙調(diào)度對(duì)渭河生態(tài)基流的影響提供了依據(jù)。
　　(3)寶雞峽灌區(qū)水沙調(diào)度模型的構(gòu)建?；谏鲜鏊尺\(yùn)動(dòng)試驗(yàn)，結(jié)合課題組開發(fā)的渠道一維恒定非均勻灌區(qū)水沙調(diào)度模型，通過調(diào)試演算給出了寶雞峽灌區(qū)對(duì)渭河生態(tài)基流影響的水沙調(diào)度模型計(jì)算機(jī)模塊，并對(duì)其水位、流量、輸沙量、渠道沖淤等進(jìn)行了驗(yàn)證。模型驗(yàn)證結(jié)果顯示，渠

7、道計(jì)算水位與實(shí)測水位最大差值0.04 m，相對(duì)誤差2％;總淤積量為0.16萬m3，渠道平均淤積量為0.016m3/延米;計(jì)算總淤積量為0.26萬m3，比實(shí)測淤積量稍大;計(jì)算級(jí)配與實(shí)測級(jí)配曲線的趨勢(shì)基本一致。說明構(gòu)建的寶雞峽渠道節(jié)水輸沙調(diào)控模型可以用于寶雞峽灌區(qū)水沙調(diào)度對(duì)渭河生態(tài)基流影響的計(jì)算。
　　(4)寶雞峽灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水對(duì)渭河生態(tài)基流的影響。由于寶雞峽灌區(qū)直接從渭河干流引水，因此寶雞峽灌區(qū)用水量的多少直接影響渭河的生態(tài)基流。寶雞

8、峽灌區(qū)用水包括灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水及灌溉渠道排沙排污用水。數(shù)學(xué)模型調(diào)度結(jié)果表明，灌區(qū)干渠道每淤積1.0m，過水能力平均降低30％;當(dāng)淤積累計(jì)達(dá)3.0m時(shí)，寶雞峽干渠已基本喪失過水能力。通過模型計(jì)算得出，使灌區(qū)淤積渠道沖刷1m，需水3600萬m3;沖淤后可使灌區(qū)渠道過水能力提高40％，灌區(qū)渠道水利用系數(shù)提高0.1，平水年(p=50％)條件下可實(shí)現(xiàn)節(jié)水1800萬m3。同時(shí)根據(jù)分析，通過灌區(qū)渠道節(jié)水改造，灌區(qū)渠道水利用系數(shù)可以提高0.1，平水年(p=

9、50％)條件下可實(shí)現(xiàn)節(jié)水1800萬m3。通過灌區(qū)節(jié)水改造和渠道清淤，可實(shí)現(xiàn)節(jié)水3600萬m3，占平水年總引水量的11.26％，對(duì)保障渭河生態(tài)基流有著十分重要的貢獻(xiàn)作用。
　　(5)給出了保障基流的灌區(qū)水資源調(diào)度模式。寶雞峽塬上灌區(qū)平水年和枯水年灌溉需水量分別為3.17億m3和5.01億m3。通過水資源合理配置，在保障林家村4 m3/s生態(tài)基流基礎(chǔ)上，平水年需調(diào)度地表水2.83億m3和地下水0.33億m3來保證農(nóng)業(yè)需水;枯水年需調(diào)度