基于水土生態(tài)可持續(xù)的干旱區(qū)綠洲水資源利用研究.pdf

1、焉耆盆地位于新疆巴音郭楞蒙古自治州北部，為典型的干旱區(qū)綠洲。近些年來，由于綠洲內(nèi)部水土資源的過度開發(fā)以及人類活動的影響，導(dǎo)致灌區(qū)土壤呈現(xiàn)鹽漬化、博斯騰湖水礦化度升高、水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)惡化等一系列問題，尤其是博斯騰湖水位已長期接近法定最低運(yùn)行水位1045m。如果上述問題得不到妥善解決，將會嚴(yán)重制約綠洲經(jīng)濟(jì)-社會-生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展。因此，研究焉耆盆地綠洲水土資源開發(fā)，合理配置綠洲灌區(qū)地表水地下水用水量，妥善安排生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水關(guān)

2、系，促進(jìn)綠洲水資源合理開發(fā)與高效利用，對于實(shí)現(xiàn)綠洲水土生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)社會的繁榮穩(wěn)定具有重要意義。
　　本文首先采用生態(tài)水文學(xué)方法，多角度論述了基于水-土-生態(tài)安全的地下水合理調(diào)控區(qū)間，在此基礎(chǔ)上，利用Modflow軟件對研究區(qū)地下水資源量及可開采量進(jìn)行數(shù)值模擬;為研究綠洲農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)（地表水地下水利用比例）對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展與水資源可持續(xù)利用的影響，以綠洲典型區(qū)為研究對象，通過對典型區(qū)水鹽數(shù)據(jù)的采集與分析，建立了典型區(qū)“

3、兩水”聯(lián)合開發(fā)利用方案集合，確定了較適宜的“兩水”開發(fā)利用模式;采用趨勢外推法和用水定額法相結(jié)合的方式對研究區(qū)規(guī)劃水平年各業(yè)需水量進(jìn)行了預(yù)測，并以缺水量最少與供水成本最低為目標(biāo)方程，建立了基于多目標(biāo)約束的水資源合理配置模型，并利用元胞多目標(biāo)粒子群算法對該模型優(yōu)化求解;根據(jù)水資源配置結(jié)果，采用格序理論、理想解法并結(jié)合水資源承載指數(shù)模型，對不同水平年的水資源承載力情況與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模進(jìn)行分析。本文主要研究結(jié)果如下:
　　(1)采用生

4、態(tài)水文學(xué)方法對研究區(qū)地下水水位與地表植被生長、農(nóng)田土壤鹽漬化及潛水蒸發(fā)關(guān)系進(jìn)行定量分析，提出綠洲灌區(qū)適宜的地下水水位調(diào)控區(qū)間宜為3.0m～4.5m，地下水埋深處于該深度對于植被正常生長、農(nóng)田土壤鹽漬化防治、適度發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)以及維護(hù)綠洲水資源安全都是合適的;根據(jù)地下水水位調(diào)控要求，利用Modflow軟件對研究區(qū)地下水資源可利用量進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明地下水年開采量為4.0億m3較合適，此時研究區(qū)地下水平均埋深為3.11m。
　　

5、(2)以焉耆盆地綠洲典型區(qū)為例，以典型區(qū)地下水最大可開采量為目標(biāo)函數(shù)，以防治土壤鹽漬化、地下水水位動態(tài)平衡、水鹽均衡等因素為約束條件，建立了典型區(qū)地表水地下水聯(lián)合開發(fā)利用模式的數(shù)值方程。利用Modflow軟件對典型區(qū)不同地下水調(diào)控水位進(jìn)行水均衡模擬，提出兩水聯(lián)合開發(fā)利用調(diào)控方案集合，在此基礎(chǔ)上，利用鹽均衡模型對不同調(diào)控方案進(jìn)行模擬。結(jié)果表明:通過對不同調(diào)控方案下的地下水水質(zhì)、作物根層土壤鹽分、作物用水量與水資源利用這4因素綜合考慮，典型

6、區(qū)作物生育期地下水位調(diào)控在2.5m～3m左右為宜，地表水地下水引水比應(yīng)控制在1.06～3.02之間;農(nóng)田土壤排鹽采用冬、春灌結(jié)合方式，洗鹽定額為2700 m3/hm2，冬灌采用隔年冬灌方式，每隔5～10年所有耕地再增加一次春灌，農(nóng)田排灌比宜為11.5％～11.9％。
　　(3)采用趨勢外推法和用水定額法相結(jié)合的方式對研究區(qū)規(guī)劃水平年各業(yè)需水量進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果表明:研究區(qū)2015年各業(yè)總需水量為138936.5萬m3，2020年各業(yè)總

7、需水量為131635.8萬m3，2030年各業(yè)總需水量為125930.2萬m3;隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整及高效節(jié)水農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)用水所占比重逐漸降低，2030年降至各業(yè)用水總量的83.36％，工業(yè)用水所占比重逐漸上升，2030年達(dá)到各業(yè)用水總量的12.06％。
　　(4)以綠洲缺水量最小及供水成本最低為目標(biāo)方程，綜合考慮博斯騰湖運(yùn)行水位、地下水開發(fā)利用“雙控指標(biāo)”等因素，建立了基于多目標(biāo)約束的水資源合理配置模型。利用Matlab軟

8、件結(jié)合元胞多目標(biāo)粒子群算法對該模型進(jìn)行優(yōu)化求解，結(jié)果表明:不同規(guī)劃水平年，焉耆盆地各業(yè)供水量分別為138936.5萬m3（2015年），131635.8萬m3（2020年）與125930.2萬m3（2030年），供需水量平衡，無缺水現(xiàn)象發(fā)生，此時博斯騰湖運(yùn)行水位均在1045.0m以上;研究區(qū)綠洲農(nóng)業(yè)灌溉規(guī)模宜控制在15.33萬hm2為宜，較現(xiàn)狀年減少6.48萬hm2;不同水平年，高效節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展比例宜控制在總灌溉面積的62.7％～80.

9、6％，農(nóng)業(yè)引水比（地表水地下水用水量比值）應(yīng)控制在2.653～3.278。
　　(5)根據(jù)干旱區(qū)水資源特點(diǎn)，并結(jié)合焉耆盆地實(shí)際情況，建立了涵蓋水資源、社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)這4個方面、15項(xiàng)評價指標(biāo)的水資源可持續(xù)利用能力評價體系。采用格序理論對評價指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，利用正、負(fù)加權(quán)理想解方法對不同水平年水資源承載力值進(jìn)行評價，并根據(jù)水資源承載指數(shù)模型對研究區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模進(jìn)行定量計(jì)算，結(jié)果表明:人口密度、農(nóng)村人均生活用水量、GDP增長率