如题所述
8. 3. 1 水资源优化调控方案
根据第 6 章分析结果,在满足国务院关于黑河中下游分水方案的前提下,同时考虑现状水利化程度、耕地面积、生态保护等因素,用非线性数学规划方法得出中游平原区水资源优化调控利用方案,其中关于各灌区用水量部分的简要结论汇总于表 8. 2。
为验证该优化方案的可行性和地下含水层系统的多年调节能力,用数值模型分别对平稳水文序列和组合水文序列进行数值模拟,以修正水资源调控方案,分析各水文要素变化对水资源的影响,使优化利用方式更为可行、合理。
8. 3. 2 平稳水文序列条件下水资源状态预测分析
根据优化调控利用方案,中游平原各灌区对地表水、地下水的利用量,与黑河水量的丰枯状态有关,即与黑河莺落峡站年径流量频率有关,为论证优化方案的宏观合理性,暂不考虑黑河水量年际间的丰枯变化,设定黑河水文系列为平稳状态,黑河各年的径流量均取多年平均值,在这种条件下,分别对现状水资源利用模式和优化调控利用方案进行模拟分析。
8. 3. 2. 1 现状水资源利用模式模拟预测
以 2000 年的水利化程度作为现状年,在维持各种水资源环境不变的条件下,进行多年预测,模拟计算结果作为评价优化调控利用方案的参照,以便论证优化调控方案与现状资源利用模式之差别。模拟结果整理于表 8. 3、表 8. 4 及图 8. 4、图 8. 5。
表8. 2 黑河干流中游平原区典型水文年水资源优化利用规划结果简表
注: 仅保证率98%的新华规划面积为9. 12×104 亩,其他保证率和所有灌区规划均达到限量灌溉面积。开采量与引水量保证率2%、10%、25%的规划结果与多年平均的规划结果相同。
表 8. 3 预测现状水利化条件下第 10 年地下水模拟均衡分析表 单位: 108m3/ a
表 8. 4 预测现状水利化条件下第 10 年地下水各均衡要素变化表 单位: 108m3/ a
图 8. 4 预测现状水利化条件下第 10 年地下水位降深等值线图
图 8. 5 预测现状水利化条件下第 20 年地下水位降深等值线图
模拟分析结果表明,在现状水利化条件不变的条件下,正义峡下泄流量不能满足国务院分水方案的要求。在这种环境下,平原区地下水总补给量基本保持不变,而地下水排泄则逐渐减少,河与泉水的溢出量由 2000 年的 11. 537×108m3/ a 减少到 11. 189×108m3/ a,减少了 0. 348×108m3/ a,相对减少 3%; 地下水蒸发量由 2000 年的 2. 849×108m3/ a 减少到 2. 476 × 108m3/ a,减少了 0. 27 ×108m3/ a,相对减少 9. 5%。即使不增加对水资源的利用量,泉水排泄及蒸发排泄将会随着时间的延续而不断减少。
靠近排泄区地带的地下水位基本呈现暂时性相对稳定,而地下水埋深相对较大的山前地带地下水位不断下降,民乐县城附近以每 10 年 10 余米的速度下降疏干含水层; 骆驼城灌区由于地下水开采量较大,地下水位以接近每年 1m 的速度下降。
8. 3. 2. 2 优化调控利用方案模拟预测
设定自 2001 年起,实施水资源优化调控利用方案,正义峡流量能充分满足国务院分水方案的要求。黑河径流量仍设定为平稳水文序列条件,水资源优化调控利用方案分析结果分别整理于表8. 5、表 8. 6 及图 8. 6、图 8. 7。
表 8. 5 预测优化调控利用方案第 10 年地下水模拟均衡分析表 单位: 108m3/ a
表 8. 6 预测优化调控方案第 10 年地下水各均衡要素变化表 单位: 108m3/ a
模拟结果表明,自 2001 年起,在实施水资源优化调控利用方案的条件下,正义峡下泄流量可充分满足国务院分水方案要求。在这种环境下,由于减少了对中游水资源的利用量,地下水补给总量约减少了 1 亿 m3,其中渠系渗漏和田间回归减少了约 1. 5 亿 m3,而地下水位下降使黑河在上游带渗漏补给增加了 0. 43 亿 m3; 地下水补给量明显减少使河水与泉水的溢出量下降幅度较大,同比现状条件下多下降了 1 亿m3( 1. 406 亿 - 0. 348 亿 m3= 1. 058 亿 m3) ,该数值与补给量的减少值 ( 1. 009×108m3) 基本相等。经多次设定类似条件模拟分析,均得出相似结论。由此可以看出,相对于距黑河较远的山前洪积扇或戈壁带来说,黑河沿岸灌区地下水渗漏补给循环距离较短,当减少该地带地下水补给时,河流和泉水的溢出量能够较快响应,在数年内,泉水溢出量的减少值几乎与补给量的减少值相等。这表明,补给区的位置不同时,尽管对地下水总补给资源量的贡献似乎是一样的,但对地下含水层系统的调节作用存在较大差异,洪积扇带或戈壁带由于距离黑河排泄区较远,循环路径长,上下游水位差也较大,对地下水的调节周期可达数十年; 而近河地带补给区,仅有当年或几年的调节周期,当补给量减少时,几乎 “立竿见影”地使河水与泉水溢出量同步减少。
由图 8. 6、图 8. 7 可以看出,实施优化调控方案同样不能解决山前地带疏干含水层的问题,除骆驼城灌区减少开采地下水使地下水得到合理回升外,其余地带的地下水降落规律与现状水利条件基本一致,即靠近排泄区地带的地下水位呈相对稳定状态,埋深相对较大的山前地带地下水位不断下降,民乐县城附近仍以每 10 年 10 余米的速度下降疏干含水层。
8. 3. 3 优化调控方案多年调节能力模拟分析
为考验优化调控方案多年调节的适应能力,用历史重现法组合 20 年的黑河莺落峡水文站径流量序列。在已有近 50 年黑河径流水文序列中,分别挑选出四段连续的 5 年子序列,使之分别具有平水型、连枯型、丰水型、丰枯型特征,并要求 20 年系列平均值不偏离黑河莺落峡水文站多年平均值。将四个 5 年子序列段连接起来: 组合成为 “平水型-连枯型-丰水型-丰枯型”序列,人工构造出一个考验地下水含水系统调节能力的水文径流系列 ( 表 8. 7) ,以考验含水层系统对水资源的多年调节特性。
除黑河年径流量系列具有丰枯变化外,其余条件与上述预测环境相同。在具有丰枯特征的人工水文径流序列环境下,进行模拟预测,分析结果分别整理于表 8. 8、表 8. 9 及图 8. 8、图 8. 9。
与平稳水文序列模拟结果对比可以看出,在具有丰枯特征的人工水文序列环境下,各水资源均衡要素年统计量无明显变化,总补给量与总排泄量比平稳水文序列仅减少了0. 28 亿 m3,含水层降深值没有大的差别,从而间接表明中游平原区在总开采量已经接近 3 亿 m3规模的情况下,地下含水系统尚有很大的调节能力和开采潜力。