泾惠渠灌区需水与用水管理分析

论文摘要

通过对泾惠渠灌区多年渠首引水和灌区用水资料进行统计分析,结合灌区多年降水情况、实际种植结构与灌溉制度、农民实际用水习惯、灌区各级渠道水的利用系数等,分析灌区不同水文年理论灌溉需水量与实际灌溉引水量及其用水过程,对灌区的需水过程,实际供水过程和灌区现行灌溉制度下的需水过程做对比分析,得出以下研究结果:（1）利用Penman—Monteith公式计算了灌区1993-2000年的参考作物蒸发蒸腾量;对影响参考作物蒸发蒸腾量的各个因子进行主成分分析,根据其贡献率,确定了新影响因子;通过BP神经网络模型和多元线性回归模型两种模型对ET0的预测值与Penman—Monteith公式计算结果的比较发现,多元线性回归模型预测的最大误差和平均相对误差的绝对值分别为31.50%和11.66%,而BP神经网络模型预测的最大误差和平均相对误差绝对值仅为21.30%和7.81%,BP神经网络模型比多元线性回归模型有更高的拟合精度,可利用BP神经网络模型对灌区的参考作物蒸发蒸腾量进行预测。（2）通过对灌区代表站点气象、降水资料的频率分析,确定了灌区的典型年;通过对典型站点参考作物蒸发蒸腾量的对比,最终确定了灌区选取泾阳站气象资料作为确定灌区作物需水量的基本资料。通过对单作物系数法、双作物系数法的比较,并根据灌区实际情况确定了灌区主要作物全生育期逐月的作物系数;确定出了灌区主要作物全生育期需水量:冬小麦为299.49mm348.69mm;夏玉米为410.55mm～559.09mm;棉花为583.82mm～745.04mm。通过对不同水文年份的作物需水过程进行分析,确定了主要作物的需水规律及其需水强度极值,其中;冬小麦为2.75 mm/d～3.02 mm/d;夏玉米为5.01 mm/d～5.86 mm/d;棉花为5.31 mm/d～6.21 mm/d。（3）利用灌区渠系实际分水、配水资料,以及灌区实际灌溉定额,采用首尾测定法对灌区的灌溉水利用系数进行确定,结果表明灌区的灌溉水利用系数在0.503～0.598之间变动,多年平均灌溉水利用系数为0.548。灌区灌溉水利用系数波动不大,而且上下波动幅度大致相当,说明灌区管理水平相对较高,渠系运行状况良好;运用GM（1,1）灰色预测模型对灌区2009-2013年5年的灌溉水利用系数进行预测,灌溉水利用效率的预测值在0.561～0.572之间变化。（4）运用水量平衡方程确定了灌区主要作物以及全灌区的理论灌溉总需水量,灌区理论灌溉总需水量在3.22×108m3～4.68×108m3之间。其中:冬小麦的需水量约为0.68×108m3～1.44×108m3;夏玉米的需水量约为1.07×108m3～2.16×108m3;棉花需水量约为0.13×108m3～0.26×108m3;其它作物的需水约为0.91×108m3～1.39×108m3。考虑灌区的实际情况确定的灌区灌溉总需水量在20776.9×104m3～30728.7×104m3之间,多年平均需水量约为26561.7×104m3。由于灌区为渠井结合的大型灌区,综合考虑井灌及地下水的补给,灌区渠灌净需水量在11488.9×104m3～16991.8×104m3之间,多年平均渠灌总需水量为14928.9×104m3。（5）通过对灌区1993～2001年需引水量和实引水量的对比分析,发现二者差距不大。灌区仅在特旱干旱年出现亏缺,其它水文年份（湿润年、中等年和干旱年）则基本平衡,灌区最大亏水出现在2000（P=90%,特旱年）,亏水量为4380.3×104m3,该年灌区的灌水满足率仅为0.739。（6）通过对灌区1993～2001年需水过程和用水过程进行对比分析,发现二者存在较大差异。灌区需水从三月份以来开始上升,但渠灌引水并没有显著增加,相反却有下降的趋势,这主要是由两方面原因造成的,首先渠首的引水流量受到了河源来水量以及河流含沙量等诸多制约因素的影响,实际的配水过程不可能和灌区的需水过程完全吻合;其次灌区实施错峰引水,即在用水不紧张的时候,加大引水流量,将水引至灌区内的小型调蓄水库蓄存起来。三、四月份以后用水紧张,来水量减少,而且河流来水含沙量增大,使灌区该阶段取水量维持在较低状态,有时甚至被迫停止引水。（7）通过对灌区现行灌溉制度的分析,确定了灌区不同水文年份按照灌溉制度的需水过程线,冬灌渠首需引水量在9.081 m3/s～10.90 m3/s之间,春灌渠首需引水量逐渐增大,灌区夏灌渠首最大需引水量达52.58 m3/s。通过和实际渠灌引水过程线进行比较分析,表明灌区现行的灌溉制度在湿润年份基本可以满足灌区的用水需求,其它水文年份（中等年、干旱年）灌区的冬春现行的灌溉制度,基本可以满足灌区的需水需求,但是夏灌随着干旱程度的增加二者的差距在拉大。综上所述,泾惠渠灌区虽然属于亏水灌区,但在施行非充分灌溉的基础上,结合灌区渠井双灌并重的实际情况,灌区现行的灌溉制度基本能满足灌区的的用水需求,灌区的运行状态良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及目的
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 作物需水量和需水规律研究进展
• 1.2.2 灌溉水利用系数的研究进展
• 1.2.3 灌区运行情况的研究进展
• 1.3 灌区概况
• 1.3.1 灌区自然地理状况
• 1.3.2 灌区引水和渠系分布
• 1.3.3 灌区作物种植情况
• 1.3.4 灌区水文气象状况
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 研究方法
• 1.5.1 相关资料的收集
• 1.5.2 灌区参考作物蒸腾蒸发量的确定与预测模型建立
• 1.5.3 灌区作物需水强度和需水量的确定
• 1.5.4 灌区灌溉水利用系数的确定与预测
• 1.5.5 灌区需水规律与需水过程对比分析
• 1.5.6 技术路线图
• 第二章 灌区参考作物蒸发蒸腾量的确定与预测
• 2.1 灌区参考作物蒸发蒸腾量的确定
• 0计算公式说明'>2.1.1 ET₀计算公式说明
• 2.1.2 资料的选取
• 0计算结果'>2.1.3 ET₀计算结果
• 2.2 建模思路与方法
• 2.2.1 建模总体思路
• 2.2.2 主成分分析法
• 2.2.3 线性回归模型
• 2.2.4 BP 神经网络模型
• 2.3 建立参考作物蒸发蒸腾量预测模型
• 2.3.1 主成分分析
• 2.3.2 多元线性回归模型
• 2.3.3 BP 神经网络模型
• 2.3.4 拟合预测结果分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 灌区作物需水量与需水规律
• 3.1 作物需水量的定义和构成
• 3.2 作物需水量的影响因素
• 3.3 典型年的确定与资料的选取
• 3.3.1 典型年的确定
• 3.3.2 气象资料的选取
• 3.4 作物系数
• 3.4.1 作物系数的影响因素
• 3.4.2 作物系数的变化规律
• 3.4.3 作物系数的选取
• 3.5 灌区主要作物需水量
• 3.6 典型年需水强度
• 3.6.1 冬小麦需水强度
• 3.6.2 夏玉米需水强度
• 3.6.3 棉花需水强度
• 3.6.4 灌区主要作物需水强度
• 3.7 本章小结
• 第四章 灌溉水利用系数的确定与预测
• 4.1 灌溉水利用系数的确定方法
• 4.2 灌溉水利用系数
• 4.2.1 干支渠渠系水利用系数
• 4.2.2 斗渠渠系水利用系数
• 4.2.3 田间水利用水系数
• 4.2.4 灌区灌溉水利用系数
• 4.3 灌溉水利用系数的预测
• 4.3.1 灰色预测模型
• 4.3.2 模型构建
• 4.3.3 残差检验
• 4.3.4 灌溉水利用系数的预测
• 4.4 本章小结
• 第五章 灌区需水与用水过程分析
• 5.1 灌溉需水量
• 5.2 理论灌溉需水量
• 5.2.1 水量平衡方程
• 5.2.2 有效降水量
• 5.2.3 理论灌溉需水量的计算结果
• 5.3 灌区渠灌需引水量
• 5.3.1 灌区井灌水量、面积
• 5.3.2 灌区地下回归补给量
• 5.3.3 其它影响因素
• 5.3.4 灌区需水量的确定
• 5.4 灌区需水用水过程分析
• 5.4.1 灌区实引、需引水量对比
• 5.4.2 灌区典型年需水、用水过程对比
• 5.4.3 灌区需水用水过程分析
• 5.5 灌区现行的灌溉制度下需水配水过程分析
• 5.5.1 灌区现行的灌溉制度
• 5.5.2 现行灌溉制度下典型年需水过程分析
• 5.5.3 现行灌溉制度下需水配水过程比较分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 存在问题与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介