引黄灌区水资源联合利用耦合模型.pdf

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1、第27卷2011歪第4期4月农业工程学报Transactionsof也eCSAE、，b1．27No．4Apr．201135引黄灌区水资源联合利用耦合模型岳卫峰1，杨金忠2，占车生3(1．北京师范大学水科学研究院地下水污染控制与修复教育部工程研究中心，北京100875；2．水资源与水电工程科学国家重点实验室(武汉大学)，武汉430072；3．中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环与地表过程重点实验室，北京100101)摘要：随着引黄水量日益减少，如何有效利用有限的地表水和地下水，成为内蒙河套灌区亟待解决的问题。该文以引黄水量最小和地下水开采量最大为目标，以控制各用水区地下水位在适宜范围作为约束

2、条件，通过动态耦合地下水模拟模型与地表地下水联合利用优化模型，建立了灌区水资源联合利用耦合模型，最后应用此耦合模型对灌区2020和2030年的引黄水和地下水进行了优化分配。结果表明：通过合理调整产业结构和有效利用地表地下水，灌区2020和2030年的引黄水量分别为39．15、38．54亿m3／a，可以达到国家规定的40亿m3／a指标。研究成果可为黄河流域乃至全国其它干旱灌区的水资源高效利用、盐碱化防治等方面提供借鉴和参考。关键词：水资源，优化，模型，地下水，联合利用，引黄灌区doi：10．3969a．issn．1002—6819．2011．04．007中图分类号：TV213文献标志码：A文章编

3、号：1002—6819(2011)-04—0035—06岳卫峰，杨金忠，占车生．引黄灌区水资源联合利用耦合模型[J]．农业工程学报，2011，27(4)：35—40．YueWbifeng．YangJinzhong。ZhanChesheng．CoupledmodelforconjunctiveUSeofwaterresourcesintheYellowRiverirrigationdistrict『J1．TransactionsoftheCSAE'2011，27(4)：35--40．(inChinesewithEnglishabstract)0引言随着人口的急剧增长和经济社会的快速发展，人们对水

4、资源量和质的要求在不断提高，联合利用地表水和地下水资源的重要性越来越受到人们的重视。上世纪60年代初，美国哈佛大学水规划小组首先采用数学模拟方法解决地表水与地下水的联合运用问题，之后50年来，该问题的研究始终是水资源研究中最为活跃的领域之一。国内外众多学者在规划技术、模型结构、耦合方法等各个方面开展了深入的研究，并取得了丰硕的研究成果[1。71。综合地表水和地下水联合利用模型的研究情况，仍存在较多问题，尤其是在模型耦合方面，常用的嵌入法和响应函数法都有明显的局限性，主要表现在所建立的模拟模型不能精确刻画地下水体的运动，尤其是对于大型、复杂的非线性地下水系统，在耦合时往往进行了简化。因此，如何把

5、详细描述水资源合理配置的优化模型与精确刻画水流运动的模拟模型进行耦合，是联合利用模型需要解决的关键问题。内蒙河套灌区是黄河流域特大型灌区之一，现有灌溉面积5740km2，灌区多年平均引黄水量51．80亿m3，约93％用于农业灌溉，但灌溉水利用系数仅为0．30"-"0．36。根据灌区多年供需平衡分析结果，灌区地下水可开收稿日期：2010-06．30修订日期：2010．09．28基金项目：国家自然科学基金资助项目(41001318、40901023)；国家高技术研究发展计划课题(2006AAl00207)。作者简介：岳卫峰(1978一)，男，河南辉县人，博士，主要从事水资源与水环境研究。北京北京师

6、范大学水科学研究院地下水污染控制与修复教育部工程研究中心，100875。Email：yuewf@bnu．edu．∞采量为13．22亿m3，但利用率仅为11．2％。此外，根据国家对黄河引水量总体规划的要求，内蒙河套灌区的引黄指标为40亿m3，引黄水量的日益减少，使得水资源供需矛盾更加突出。如何有效利用地表水和地下水是维持灌区经济社会可持续发展的关键问题【8】。本文以优化模型与模拟模型之间公共参数和变量作为耦合点，通过动态耦合水资源优化配置模型与地下水数值模拟模型，建立了灌区水资源联合利用耦合模型，并对灌区2020和2030年的水资源进行了优化配置，对各区域地下水埋深进行了模拟。本模型旨在通过宏观

7、水量调控与微观数值模拟相结合，达到既能有效利用灌区水资源，又能防止土壤次生盐碱化的目的。1地下水运动数值模拟模型1．1模型建立根据研究区含水层特性以及地下水开发利用情况，设定含水层为非均质各向同性介质，地下水数值模拟模型采用潜水非稳定二维流动方程进行描述，数学模型如下·吖L“～-潮1+珈⋯，针∞=∥掣(训)∈Q，r≥0H(x，y，0)=日o(z，Y)(3C,Y)EQ，t=0(1)K旧一曰)塑：』o