河西内陆井灌区优化节水技术模式研究.pdf

第32卷第2期
人民黄河
Vol 32 No. 2
2010年2月
YELLOW RIVER
溉?供水
河西内陆井灌区优化节水技术模式研究
刘佳莉
(甘肃省水利科学研究院,甘肃兰州730000
摘要:针对河西内陆井灌区输配水工程及田间灌水现状,建立了节水优化模型,选取的参数主要有渠道水利用系数、田
间灌溉水利用系数、节水量指标、地下水埋深、净灌溉定额、节水增效、电费、各种授资与运行成本等。以武成、张被、酒泉
三分区为代表确定了20种拟定方案,通过各节水措施技术适应性比较、动态经济评价、综合优选,提出了经济效益最优
的节水技术模式。以大田粮食作物为主的井灌区,采用U形混凝土渠+田间畦灌的灌溉模式具有最佳的经济效果;以经
济作物为左的井灌区,采用管道输水+田间滴灌的模式,经济效益显著。
关键词:经济评价模型;节水技术;井灌区;河西内陆区
中图分类号:S275.1文献标识码:Adi:10.3969/j.jisn.10001379.2010.02.035
甘肃河西内陆区多年来大兴农田水利基本建设,逐步完善主要采用井渠U形混凝土防渗输水和管道输水两种方式;田间
了田间渠系等工程。但是,仍然存在渠道渗漏损失严重,地面灌水主要采用地面畦灌、沟灌、膜上灌、喷灌和微灌等。因此,
灌溉田间无效耗水较多,灌溉水效率较低,调配水管理手段落通过适应性分析并结合井灌区实际,确定了8种节水灌溉初选
后等问巫。在河西内陆井灌区,地下水超采严重,生态与环境模式,见表1。
日益恶化,灌溉保证率下降,危及区域农业的可持续发展。为
表1井灌区节水技术初选模式
此,有必要借鉴国内外的先进灌溉技术和管理办法,采用管渠
模式序号输配水技术田间灌水技术种植作物
相结伶输水,田间管网化供水,喷灌、滴、低压管道灌、小畦灌
1U形混凝土渠防渗畦灌
各种作物
等技术,研究适合河西井灌区的最优节水灌溉模式,提高井灌
U形混凝土渠防渗膜上灌
各种作物
区的灌溉水利用系数。
管道输水
畦蒗
各种作物
管道输水
固定式喷藻各种作物
1优化模式初选
45678
管道输水半固定式喷灌各种作物
管道输水
移动式喷灌
各种作物
1.1技术适应性分析
管道输水
滴灌
果树
河西内陆区井灌系统可采用渠道输水或管道输水。渠道
管道输水
滴灌
大棚蔬菜
输水投资低、施工方便,但输水损失大,且不能与高标准的喷滴
灌技术结合使用:管道输水损失小,有利于发展喷滴灌技术,但2优化方法
投资大,运行成本高2。
节水技术模式优化评价即互斥方案的比较优选,因此对方
(1)渠系防渗衬砌。目前,河西内陆区井灌区的灌溉系统
多采用土渠,渗漏损失大。部分井灌区采用U形渠槽防渗衬砌
案采用“绝对经济效果检验”和“相对经济效果检验”相结合的
后,节水效益显著。
方法来评价和选择,即“绝对经济效果检验”用于考察方案自身
(2)管道输水。井灌渠系改为管道系统,可大幅减少输水的经济性,“相对经济效果检验”用于考察哪个方案相对最优,
损失,提高水的利用率,并有利于发展高新节水灌溉技术。输
两者共同构成互斥方案经济评价的完整性3]。
水管道材料多采用UPVC塑料管,田间配套小畦灌、喷灌及綬2.1优化模型建立
灌等。井灌区管道输水的水利用系数可达0.95。
井灌区节水模式优化是一个多阶段决策问题,可采用动态
(3)田间灌水技术。纯井灌区采用地面灌(沟畦灌)、喷灌规刘的方法求解,优化模型的目标图数为经济效益费用比最
以及滴灌等。地面灌溉采用小畦灌等常规节水技术,适用于种大,优化决策变量为渠道衬砌与否、是否采用管道输水、是否采
植各种作物;喷瀍既适应于大田作物,也适应于经济作物,且无
用某项灌水技术。
需对田块进行平整政造;滴灌多用于果树、蔬菜等经济作物。
不同的灌水技术投资与运行成本有很大差别,节水效果与经济
收稿目期:2009-07-l
基金项目:甘肃省创新团队建设项目(098 ITCAO06);国家"十五”科技攻关计
效益也存在明:显差异。
划专项(2001BA901A42
1.2模式初选
作者简介:刘佳莉(1964-),女,甘肃兰州人,高级工程师(教投级),主要从事
节水灌溉技术研究工作。
据河西内陆井灌区节水灌溉技术应用现状调査,输水部分
E-mailjlliu318@yahoo.com.cn
人民黄河2010年第2期
2.1.1目标函数
式中:k为第讠种节水措施增加的投资年值。
目标函数为
水分生产效率取1.30kg/m3,各种效益分摊系数取0.5。
B-cr(1
max k
(1)2.1.2约東条件
(I+i。)
(1)田间灌溉净定额约東
式中:E为经济效益费用比;BC、K分别为年总增效益值、运行成
c:mex
本与增加投资;为社会贴现率,取12%;n为经济使用年限。
式中:m为田间灌溉净定额;m。m为田间作物需水量。
B=BP+ BL+BW+BE
(2)井水需水量约束:
+品
4x;+u6+
83600
H(1-B)Sa(2
(=1,2,…,
式中:BP、BL、BW、BE分别为年增产效益、节地效益、节水效益式中:m2为采用第种节水措施后的需水量;m:为采用第种节
与节能效益;}P为第种节水措施的增产效益;4为第i种节水措水措施后的灌溉水利用系数。
施的节地效益;切为单位节水量产生的效益;出o为当地地下水
(3)灌溉水利用系数约束
埋深:√为当地电费,取0.5元/(kW?h);m、为水泵效率,一般
为0.65~0.75,取0.7:B为资源节水与效益节水的比例系数,
n:0
取0.2;S。为地下水节水量;为决策变量。
2.2方案拟定与参数选取
2.2.1方案拟定
t ef
∑△H,x
(3
在方案组合时,根据节水灌溉技术初选模式,充分考虑到
式中:C。为增加的其他运行成本;AH1为第种节水措施增加的.河西东、中、西三个典型区的实际,以武威、张掖、酒泉三区为代
扬程;m为单位面积地下水利用量;e为将单位水量提升至地表分区而确定的实际灌溉制度、灌溉定额及地下水位,使得每
表所的能耗费用。
个分区共得到20种方案?,见表2。
(4)
表2不同溉分区优化方案效益及评价结果
武威区
张掖区
酒泉区
编芦模式
地下水
堙深/m年净效益/经济净年值/经济效益
年净效益/经济净年值/经济效益
年净效益/经济净年值/经济效益
(元?hm-2)(元?hm-2)费用比
元?hma~2)(元?hm-2)费用比(元?hm-2)(元?hm-2)费用比
U形渠+畦灌
1206.0
15901317.05.9
2U形渠+膜上灌
1155
882.0
1260
4.7
1365
1102.5
低压管蒗
20
1.9
1260
637.5
低压管灌
1365