基于GIS的井渠結(jié)合灌區(qū)機(jī)井空間布局優(yōu)化研究.pdf

1、灌區(qū)機(jī)井的空間合理布局對于改善灌區(qū)生態(tài)環(huán)境，合理利用地下水資源，保障我國糧食安全等有著極其重要的作用。為了科學(xué)利用灌區(qū)地表水和地下水資源，以人民勝利渠灌區(qū)為研究區(qū)域，在用ArcGIS技術(shù)分析了灌區(qū)地下水利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，使用MATLAB工具，以灌區(qū)灌溉凈效益最大為目標(biāo)，建立灌區(qū)地表水和地下水聯(lián)合調(diào)度及作物種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，并將優(yōu)化模型與MODFLOW模型耦合，構(gòu)建灌區(qū)地下水管理模擬模型。針對人民勝利渠灌區(qū)供用水特點(diǎn)，設(shè)置8個(gè)情景方案進(jìn)行

2、數(shù)值模擬，預(yù)報(bào)了各方案運(yùn)行5年后的水量和水位數(shù)值，初步提出了變化環(huán)境條件下灌區(qū)地下機(jī)井優(yōu)化布局與水資源合理開發(fā)方案，研究結(jié)果為灌區(qū)進(jìn)行最嚴(yán)格的水資源管理提供技術(shù)支撐。取得的主要結(jié)論如下:
　　(1)進(jìn)行了灌區(qū)地下水時(shí)空變化趨勢及其影響因子分析:隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，近年來人民勝利渠灌區(qū)水資源短缺問題日益嚴(yán)峻，為滿足灌區(qū)作物灌溉需水，地下水開采量越來越大，研究可知，近35年來，灌區(qū)地下水埋深呈不斷增加的趨勢。降雨量、引黃水量及地下水開

3、采量是影響地下水埋深變化的主要影響因子。受環(huán)境變化的影響，目前降雨量和引黃水量呈下降趨勢，而灌區(qū)的地下水開采量越來越大，灌區(qū)井渠灌水比例過大，已經(jīng)過度開采地下水，某些地域已形成地下水漏斗。為此需要采取措施改變灌區(qū)地下水超采狀況，防止灌區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。
　　(2)進(jìn)行了灌區(qū)水資源和作物種植面積優(yōu)化配置:為了改變灌區(qū)水資源環(huán)境惡化的現(xiàn)狀，采用MATLAB編程對引黃水量和地下水資源的配置及作物的種植面積進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明，若采用

4、優(yōu)化后的井渠用水和作物種植面積方案，可以抬升地下水位嚴(yán)重下降地區(qū)的水位，特別是地下水嚴(yán)重下降區(qū)中游3區(qū)和下游6區(qū)的地下水水位，降落漏斗范圍減小，灌區(qū)地下水超采情況得到改善。通過優(yōu)化算法調(diào)整后，上游1區(qū)、中游2區(qū)、4區(qū)、5區(qū)尚有開發(fā)潛力，共計(jì)可增加小麥及玉米的種植面積為43710.9hm2，中游3區(qū)和下游6區(qū)需要壓縮小麥及玉米的種植面積1047.39hm2。上游1區(qū)和中游3區(qū)共計(jì)需壓縮水稻種植面積14952.02hm2，可顯著改善灌區(qū)地下

5、水漏斗現(xiàn)狀和地下水位嚴(yán)重下降的趨勢。
　　(3)建立井渠結(jié)合灌區(qū)地下水?dāng)?shù)值模擬模型:為了驗(yàn)證灌區(qū)水資源優(yōu)化配置的準(zhǔn)確性，根據(jù)多年實(shí)測數(shù)據(jù)使用MODFLOW結(jié)合ArcGIS建立了井渠結(jié)合灌區(qū)地下水動(dòng)態(tài)模擬模型。仿真結(jié)果表明，觀測點(diǎn)的實(shí)際水位和水位的計(jì)算結(jié)果相比，各點(diǎn)均勻分布在1∶1相關(guān)線附近，誤差在可接受范圍內(nèi)，表明所識別的水文地質(zhì)參數(shù)可以客觀反映灌區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況，MODFLOW模型可用于模擬人民勝利渠灌區(qū)地下水的變化。