新疆山区水库参与调度后平原水库废弃可行性分析

第35卷第1期

2018年1月长江科学院院报

Journal of Yangtze River Scientific Research Institute Vol.35 No.1 Jan. 2 0 18

doi：10.11988/ckyyb.201609132018,35(1)：23-28

新疆山区水库参与调度后平原水库废弃可行性分析

张少博,可新林，刘兵，彭飞，张叶

(石河子大学水利建筑工程学院，新疆石河子832000)

摘要:新疆山区水库参与调度后部分平原水库可不再承担原有任务，使平原水库废弃成为可能。以玛纳斯河灌 区夹河子水库为例，对比分析夹河子水库废弃前后灌区种植业与水库群联合调度方案的变化，确定平原水库废弃 的可行性及对灌区种植业与水库群联合调度等的影响。结果表明:夹河子水库废弃可以降低水库群年蒸发（980.9 万~ 1 884.0万m3)与渗漏（135.7万~ 878.2万m3)损失；丰水年与平水年增加水库群弃水量（分别增加3 474.4万，

1 360.1万m3),枯水年减少弃水量（

2 140.1万m3);显著提高灌区种植业产值（30.8%~43.9%)与种植面积（17.4%~ 29.9%)。故山区水库参与调度后夹河子水库废弃可行，而新疆其他类似地区也可以有选择地废弃部分水深浅、库

容小、安全状态差的平原水库。

关键词:新疆;平原水库废弃;种植业;水库群联合调度;玛纳斯河灌区

中图分类号:TV697.1 文献标志码:A 文章编号= 1001-5485(2018)01-0023-06

1研究背景

新疆自治区成立后，为充分利用水资源，新疆兴 建了 500多座水库(平原水库超过90% )，总库容达到 60亿m3，有力促进了自治区农业生产与经济发展[1]。但由于经济与技术条件限制，许多水库在修建时未按 设计要求施工，部分水库运行时险情高发，危及灌区 安全[2]。同时，平原水库水深浅、水面面积宽广、蒸发 渗漏损失严重，导致灌区水资源利用效率偏低[2]。近 年来，新疆加快了山区水库的兴建工作，而平原水库 由于兴建较早，管理不善，大多面临老化失修的问题。山区水库兴建后平原水库作用降低，平原部分水库废 弃成为可能。水库废弃是其生命周期中一个重要阶 段，是在水库病险老化、功能丧失、经济效益衰退等因 素作用下的必然结果。杨孟[3]曾经采用网络分析方 法研究了安徽黑洼水库的废弃可能;黄海真等[4]也对 黑河流域黄藏寺水利枢纽替代平原水库的环境影响 进行了研究。

新疆水库功能通常以防洪、灌溉为主，发电无条 件服从于防洪与灌溉，水库群联合调度服从灌区水资 源优化配置需求。20世纪90年代，联合国出版了 《水与可持续发展准则:原理与政策方案》一书，标志 着水资源优化配置发展进人了一个相对成熟的阶段[5]。近年来，粒子群算法、神经网络、博弈论等也被 大量应用于水资源优化配置方面[613]。

本文通过构建玛纳斯河灌区（简称“玛河灌区”）水资源优化配置模型，分析夹河子水库废弃对灌区种 植业与水库群联合调度的影响。模型采用系统分解 与逐步逼近的思路，将水资源优化配置分解为灌区种 植结构优化与水库群联合调度优化2部分，采用成熟 稳定的MatLab优化工具箱求解以保证求解精度。通 过对比分析平原水库废弃前后灌区种植业与水库群 联合调度方案的变化，确定山区水库参与调度后平原 水库废弃的可行性以及对灌区种植业与水库群联合 调度等的影响，同时也为新疆其他类似地区提供合理■

4>.-W

参考。

2研究区概况

新疆玛纳斯河发源于天山北麓中段43号冰川，干流全长324 km(河源至小拐），年平均径流量为12.61亿m3[4]，出山口处建有肯斯瓦特水文站(86°5%43°9fN)，海拔940.0 m。玛河灌区下设石 河子灌区、下野地灌区、莫索湾灌区3个子灌区（如 图1、表1)，现有水库5座(如表2所示）。水库中肯 斯瓦特水库为山区水库，承担灌区主要防洪任务，兼 顾灌溉与发电;平原水库中蘑菇湖水库、跃进水库分

收稿日期:2016-09-05;修回日期:2016-10-31

基金项目：国家自然基金地区科学基金项目（51469028);国家重点研发计划水资源高效利用专项（2017YFC0404304)

作者简介:张少博（1990-)，男，河南商丘人，硕士研究生，研究方向为水文水资源。E-mail:1821428739@qq.om

通信作者:刘兵（1983-)，男，新疆石河子人，副教授，博士，研究方向为水资源开发利用与管理。E-mail:liubl983〇6@l63.cm

24

长江科学院院报2018 年

别承担下野地、莫索湾灌区主要灌溉供水任务，大泉 沟水库承担下野地灌区供水小流量调节任务，夹河子 水库主要用于平衡下野地灌区和莫索湾灌区用水需 求。由表2及水库所承担任务可知，蘑菇湖水库与跃 进水库均承担主要灌溉任务，且水库库 容大、淤积库容小，不可能废弃;大泉沟水库库容虽小，

86〇00^

105

I

85〇00^

85°3(TE

35

70

1

I

I

海拔/m

5 251

5 0004 0003 0002 000

1 000

198

水库

水系 子灌区

注:平原水库位于石河 子、莫索湾灌区内， 从左至右分别为蘑菇

細水库、夫

水

庫

、

夹河子水库、跃进水

&山区水库为肯斯

库，位于玛纳 斤河A 山口处。左上 .自为下野地灌区^右 上角为莫索湾灌k ， 中间为石河子灌区

86o 30fE

140 km

I

图1

玛河灌区子灌区划分与水系分布

Fig.1 Sub-irrigations in Manasi River

Irrigation Area

表1

玛河灌区各子灌区划分情况

Table 1 Scope and area of sub-irrigations in

Manasi River Irrigation Area

灌区名称石河子灌区下野地灌区莫索湾灌区

范围

143团（三分厂）、152团、石河子市、石总场(四、六分厂）、农科院试验农场、石河子大学 农学院试验场

121 团、122 团、132 团、133 团、134 团、135 团、

16团、小拐镇147 团、148 团、149 团、150 团

耕地 面积/hm 2

30 38762 647

50 620

表2

玛河灌区水库库容

Table 2 Storage capacities of reservoirs in Manasi

Rivvr Irrigation Area

水库名称总库容/ (K m 3)水面面积/平均水深/

k m 2 m 死库容/(亿瓜3)淤积库容/ (亿 m 3)蘑菇湖 1.800

19.409.30.0750.07大泉沟0.4407.57 5.30.0500.04夹河子 1.01411.508.80.500.66跃进 1.09717.50 6.30.2000.1肯斯瓦特

1.880

4.18

45.0

0.062

0.00

调节能力有限，但水库是石河子地区著名旅游景区， 同时承担着渔业养殖的任务，且水库大坝状态良好， 淤积库容小，有效库容高于夹河子水库，也不宜废弃; 夹河子水库淤积严重，有效库容最小，且水库大坝属 于m 类坝，险情多发，而其承担的防洪与灌溉调节任 务由肯斯瓦特水库实现，故可作为合理的废弃选择。

3研究区水资源优化配置模型构建 与求解

由于玛河灌区水库群主要任务为灌区的防洪与

灌溉，灌区内工业、生活、市政供水等不足总供量的 5%，故本研究以灌区种植业经济产值为主要目标， 以灌区防洪，工业、生活、市政、生态等供水，水工建 筑物安全等为约束，依据灌区内子灌区划分与水系 分布建立灌区水资源优化配置模型，如图2所示，并 依据图2构建数学模型。

地下水2

其他水2

注:R 1为肯斯瓦特水库;R 2为蘑菇湖水库；. R 3为大泉沟水库;R 4为夹河子水库；R 5为跃进水库:分水为其他灌区引水； C1-C34为渠道编号;P 1-P 17为分汇水点

图2

玛河灌区水资源优化配置模型

Fig.2 Model of optimized water resources

allocation in Manasi River Irrigation Area

3.1目标函数

数学模型的目标函数为

3 n

max (/) =max [名

名]。⑴

式中：为灌区种植业产值;为第i 子灌区第j '作 物种植面积;3,为第，子灌区第7作物单位面积产 值;n 为作物种类数。3.2约束条件

(1)第，子灌区第7

作物种植面积约束条件为