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水土资源规划课设

精品资料

河 海 大 学

课程设计计算书

课程设计名称： 皂河灌区水土资源综合规划
学 生 姓 名： 冯远周
学 号： 0716010213
专 业 班 级： 07农水2班
所 在 学 院： 水利水电学院

2011年1月12 日

目录

灌区基本情况…………………………………………1
灌区水资源评价………………………………………5
确定灌区种植比………………………………………12
水土资源综合规划成果………………………………14

一、 灌区基本情况
1、 地理、地形情况
皂河提水灌区位于江苏省宿豫县境内，东临宿城区，西邻睢宁县，北接邳州市，灌区1970年基本建成，收益范围七个乡镇，总控制面积为339平方公里（50.85万亩），其中耕地面积35.1万亩，占总面积的69%，土地开发利用程度高，农业较为发达，是全国商品粮生产基地。
2、 水文气象情况
灌区属温带季风气候区，气候温和四季分明，年平均气温14℃，多年平均降雨量888.28mm，多年平均蒸发量1362.0mm，多年平均无霜期211天，多日平均日照2271小时。灌区降雨量主要集中在作物生长期，多年平均汛期（6-9月）降雨量为574.48mm，占全年的64.79%，汛期暴雨、大暴雨较为频繁，尤以7-8月最高，而天然植被多遭破坏，废黄河两岸有大面积的黄泛冲积土壤，许多地方存在水土流失。灌区不同季节降雨量差别较大，春秋两季雨水教少，占全年降雨量的17.5%，冬季降雨仅占全年降雨量的6.5%，夏季降雨占全年降雨量的57.5%，春旱、夏涝，秋冬两季干旱时本灌区气候的特点，对农业生产威胁较大，农业生产低而不稳。
3、 水资源及水利工程
灌区由皂河电灌站提引京杭大运河灌溉大片农田，总灌溉面积30.8万亩，受益人口24.5万人（2004）。

4、 土壤资料
灌区地貌属黄河决口扇形平原，土地平整，坡度小于5%，地表物质为黄泛堆积物，土壤为沙壤土，透水性强，保水性较小。土层厚度在60-100cm之间，耕层厚度平均13.81cm，容重为13.2g/cm3，犁层厚度为13.73cm，容重为1.48g/cm3，耕层较浅，犁底层较厚，土壤养分含量较低，耕层有机质含量为25g/kg，全氮1.59g/kg，速效磷4.2ppm，速效钾97ppm，不利于作物高产。耕层孔隙度为51.5%，犁底层孔隙度为44.6%，土壤通气性较好，有利于提高土壤肥力。近年来，为了改善土体结构，灌区做了大量工作，增施有机肥，进行秸秆还田等，抢时间耕翻晒垄，冻垄熟化土壤，促进土壤团粒结构的形成，逐步加深耕层，促进土壤上下层水肥的运行。灌区土壤多为黄泛沉积物，含有一定数量的可溶性盐类，使地下水矿物度增大，干旱季节盐随毛管水作用上升到地表，长期聚集在地表，形成盐碱性潮土，表土PH值大多都为7.8左右，现在多以稻麦轮作，注意养用结合，培养地力。
5、 灌区及农业情况
灌区多为人工栽培为主，栽培作物有冬小麦、水稻、夏玉米、棉花、果树、经济作物等，还有自然生长的草木植被、灌木植被、经济木本植被等，林木覆盖率逐年上升，且生长良好。
灌区灌排工程配套，能灌能排，京杭大运河是灌区的主要水源河，水源条件稳定，但特枯年水量感到不足。灌区地势由南向北缓斜，西沙河、西便民河、皮黄河成“川”字型贯穿全区，均可排除内涝。宿豫县地处沂、沭、泗水系下游，素有“洪水走廊”之称，但上游大量来水与当地汛期同步，绝大部分均穿境而过，不能得到很好的利用。根据“中华人民共和国取水许可证”规定，皂河灌区在2005-2015年间，枯水年份允许在运河内取水2亿m3，特枯年份允许在运河内取水1.8亿m3。灌区地下水含水层可分为潜水、承压水深层含水层。据统计，灌区现状潜水年开采量2100万m3。灌区地下水的补给主要有：降雨入渗补给量，灌渠系渗漏，田间灌溉入渗补给量，运河、骆马湖渗漏补给量和越流补给量。本灌区地下水特别是深层地下水主要用于农村人畜饮水和工业用水。
表1 2015年农业灌溉用水量
项目
年型
作物
净灌溉定额（m3/亩）
P=75%
小麦
30

水稻
367.85

玉米
40

棉花
30

经济作物
250
P=95%
小麦
70

水稻
474

玉米
80

棉花
90

果树
50

经济作物
300

表2 农产品的产权及价格
农产品的名称
小麦
稻谷
棉花
玉米
水果
经济作物
价格（元/kg）
1.0
1.2
12.0
1.5
1.5
1.8
正常灌溉下的产量（kg/亩）
400
550
88
550
2200
2200

灌区农业发达，农业用水占总用水量的75%。灌区自建成后，由单一的旱作变为水旱轮作，复种指数达到1.62。现状年灌区灌溉水利用系数0.45，规划2015年提高为0.5。灌区主要作物有冬小麦、水稻、夏玉米、棉花、果树、经济作物等，在不同设计代表年型的灌溉定格见表1。在P=75%的一般干旱年份，农业用水可以得到保证。各农产品正常灌溉下的产量及价格见表2。
6、 主要灾害、规划的必要性以及可行性
水土资源是人类社会赖以生存与发展的基本物质条件。逐水草而居”，这是古代民族共同遵循的普遍规律，古代四大文明都发源于大河流域是最生动的例证。现代社会发展过程中，水土资源不仅是人们日常生活必不可少的生活资料，而且是工农业生产、交通运输、能源建设、城市建设、环境卫生部门最基本最重要的生产资料，在我国已明确将水利事业作为国民经济的基础行业，将节约和保护土地资源作为一项基本国策。此外，水土资源又是环境保护、维护生态平衡必不可少的基本条件。水土资源的科学分析与管理具有十分重要的意义。
我国水土资源面临以下问题：人均水土资源占有量少；水土资源不匹配；年内和年际降水不均匀；山地面积多，平原面积少；水土资源污染；水土流失、土壤沙化未得到有效遏制。
所以应该编制水土资源综合规划，用可持续发展为理论，以建立优化的、治水保土为核心的生态经济系统为目标，采取“开发保护结合，多种工程措施配合，水土资源综合治理”等方式，维护和改善区域生态经济系统的物质循环、能量流动、价值增值和信息传递功能，使水土资源综合治理劳动耗费最省，资源消耗最小，综合效益最高。应该一切从实际出发，讲究科学性和实用性，以达到使当地的经济繁荣、人民富裕、生态平衡和社会进步的目的。
二、 灌区水土资源评价
1、 水平年、代表年的确定
进行灌区水资源供需分析的目的是研究解决灌区国民经济发展过程中可能出现的水资源供需矛盾，必然涉及到现状和将来不同发展阶段的水资源供需情况，不同水平年代表年水资源供需分析是灌区水土资源规划的基础。因此必须根据国民经济和社会发展计划选定不同的年份作为分析工作的水平年，本次设计取设计水平年为2015年。
由于不同保证率的供水量不同，所以必须选用代表不同保证率的代表年型，进行供水平衡分析计算，本次设计取两种年型考虑：即中等干旱年，选取接近P=75%的代表年型；特殊干旱年，选取接近P=95%的代表年型。
根据表3和表4的计算，在图1上适线，现取722mm（1997年）作为P=75%的代表年型，取573mm（1978年）作为P=95%的代表年型。
在图1上适线后，根据表5所给资料进行同倍比缩放，求得各代表年月降水过程。经过适线，得出P=75%的年降水量为729mm,P=95%的年降水量为560mm。则，同倍比缩放结果见表7。

表-3 降雨计算表
年份
年雨量（mm)
序号
从大到小(mm)
Ki
Ki-1
(Ki-1)2
P=m/(n+1)
*100%
X均
1970
1077.8
1
1368.8
1.54
0.54
0.29
3
888.99
1971
1091.2
2
1341.6
1.51
0.51
0.26
6
888.99
1972
873.4
3
1229.3
1.38
0.38
0.15
10
888.99
1973
702.1
4
1227.9
1.38
0.38
0.15
13
888.99
1974
1341.6
5
1091.2
1.23
0.23
0.05
16
888.99
1975
960.9
6
1077.8
1.21
0.21
0.05
19
888.99
1976
798.8
7
1021.1
1.15
0.15
0.02
23
888.99
1977
925
8
1014.2
1.14
0.14
0.02
26
888.99
1978
573
9
960.9
1.08
0.08
0.01
29

888.99
1979
1229.3
10
925
1.04
0.04
0.00
32
888.99
1980
896.9
11
918.1
1.03
0.03
0.00
35
888.99
1981
636.2
12
908.3
1.02
0.02
0.00
39
888.99
1982
1014.2
13
903.6
1.02
0.02
0.00
42
888.99
1983
908.3
14
896.9
1.01
0.01
0.00
45
888.99
1984
672.4
15
873.4
0.98
-0.02
0.00
48
888.99
1985
799.6
16
860.2
0.97
-0.03
0.00
52
888.99
1986
903.6
17
857.8
0.96
-0.04
0.00
55
888.99
1987
774.7
18
833.7
0.94
-0.06
0.00
58
888.99
1988
637.8
19
799.6
0.90
-0.10
0.01
61
888.99
1989
860.2
20
798.8
0.90
-0.10
0.01
65

888.99
1990
918.1
21
774.7
0.87
-0.13
0.02
68
888.99
1991
1021.1
22
722
0.81
-0.19
0.04
71
888.99
1992
833.7
23
706.5
0.79
-0.21
0.04
74
888.99
1993
857.8
24
705.5
0.79
-0.21
0.04
77
888.99
1994
706.5
25
702.1
0.79
-0.21
0.04
81
888.99
1995
705.5
26
672.4
0.76
-0.24
0.06
84
888.99
1996
1227.9
27
637.8
0.72
-0.28
0.08
87
888.99
1997
722
28
636.2
0.72
-0.28
0.08
90
888.99
1998
1368.8
29
631.3
0.71
-0.29
0.08
94
888.99
1999
631.3
30
573
0.64
-0.36
0.13
97
888.99
求和
26669.7

26669.7
30.00
0.00
1.63

Cv
0.24
选Cv
0.25
Cs=2Cv
0.5

表-4 适线计算表
频率P
第1次适线
X均=888.99
Cv=0.3
Cs=0.6
第2次适线
X均=888.99
Cv=0.25
Cs=0.5
Kp
Xp
Kp
Xp
1
1.83
1626.9
1.67
1484.6
5
1.54
1369.0
1.45
1289.0
10
1.4
1244.6
1.33
1182.4
20
1.24
1102.3
1.20
1066.8
50
0.97
862.3
0.98
871.2
75
0.78
693.4
0.82
729.0
90
0.64
569.0
0.70
622.3
95
0.56
497.8
0.63
560.1
99
0.44
391.2
0.52
462.3
经过适线，得出P=75%的年降水量为729mm,P=95%的年降水量为560mm

图-1

表-5 灌区代表年降雨统计表 单位：mm

代表年
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
中等干旱年P=75
1986

48.5
16.2
41.9
1987
73
52
64.6
38
25.9
78.1
154.5
129.6
52.6

特殊干旱年P=95%
1986

37.3
92.7
11.4
1994
9.5
38.6
26.8
73.5
38.9
50.5
102.2
169
56.1

表-6 灌区月降雨径流关系
月降雨P（mm）
月径流R（mm）
60
1
70
4
80
7
90
10
100
13
120
20
140
28
160
36
180
46
200
57
250
86
300
124

图-2
缩放系数：75% =0.9 95% =0.7
表-7 同倍比缩放表
月份
P=75%
P=95%
缩放后75%
缩放后95%
75%月径流深
95%月径流深
1
73.0
9.5
65.7
7.6
1.81
0.00
2
52.0
38.6
46.8
30.9
0.00
0.00
3
64.6
26.8
58.1
21.4
0.00
0.00
4
38.0

73.5
34.2
58.8
0.00
0.00
5
25.9
38.9
23.3
31.1
0.00
0.00
6
78.1
50.5
70.3
40.4
3.36
0.00
7
154.5
102.2
139.1
81.8
28.61
7.30
8
129.6
169
116.6
135.2
19.92
27.08
9
52.6
56.1
47.3
44.9
0.00
0.00
10
48.5
37.3
43.7
29.8
0.00
0.00
11
16.2
92.7
14.6
74.2
0.00
4.68
12
41.9
11.4
37.7
9.1
0.00
0.00
求和
774.9
706.5
697.4
565.2
53.7
39.1
2、水资源可利用量计算
（1） 地表水资源评价量
地表水资源评价量是指在流域的水资源未做任何利用的情况下当地产生的地表径流量。
本灌区没有实测资料，可根据月降水量资料，用月降雨径流关系推求径流量。为了简化，如果月降雨量大于200mm，月径流量R=P-b，P为月降雨量，b为最大下渗量，这里取186mm。
根据W=RF计算不同频率的径流总量，其中R为年径流深，F为灌区总控制面积，W为灌区径流总量。

由于本灌区属于平原地区，对径流的调节能力很低，需将径流总量乘以径流可利用率，得到径流可利用量。保证率P=75%，P=95%的年型径流利用率分别取0.45，0.5。
（2） 过境流量
受取水许可，泵站提水能力等限制，根据地区规划，枯水年份允许在运河上年取水2亿m3，特枯年份允许运河取水1.8亿m3。
（3） 地下水资源可利用量
潜层地下水资源量：PΦ=ΦPF，式中Φ为降雨入渗补给系数，取Φ=0.26；P为年降雨量；F为控制面积，为339平方公里。
（4） 回归水
本灌区用水主要为农业灌溉，因而回归水仅考虑农业回归水量，由于2015年实现灌区节水灌溉，田间渗漏量可忽略不计。
（5） 水资源可利用总量
灌区水资源可利用总量包括可利用的地表水、地下水、过境水、回归水，并扣除他们之间的重复利用水量。
综上所述，水资源可利用量之和见表9。
表-9 水资源可利用量计算表 单位：m3
P
75%
95%
代表年径流深
53.7(mm)
39.1(mm)
年径流总量
18203047.02
13241281
径流可利用量
8191371.159
6620640.6
过境流量
200000000
180000000
潜层地下水资源量
61469717.4
49816728
深层地下水资源量
9402000
回归水
不计
水资源可利用总量
297266136
259080650

2、 土地资源评价
（1） 根据基本资料分析灌区土壤各评价项目值，按环境条件、土壤属性、产量指标分类统计（列表）。
（2） 按照指示书，分析各评价项目的分级指数。
（3） 用加和法进行综合评价：环境条件、土壤属性、产量指标的权重分别为0.3、0.4、0.3。
表10 土地资源评价项目指数表
项目
类别
分级指标
指数
权重
环境条件
坡度
<5%
4
0.3
表土层PH值
7.8
3
0.3
灌排条件
稳定
4
0.3
土壤侵蚀程度
许多地方
3
0.3
土壤属性项目
耕层厚度
13.81cm
2
0.4
土层厚度
60-100cm
3
0.4
表土质地
砂壤土
3
0.4
有机质
25g/kg
3
0.4
全氮
1.59g/kg
4
0.4
经济技术项目
产量
998 kg/亩
2
0.3
土壤质量指数

10.8

表11 土壤质量指数（权重法）
质量等级
1
2
3
4
指数等级
12
9-12
5-9
<5

经济项目产量初步估计为998kg/亩，本灌区土壤质量评价总指数见表10，最后用加和法求得综合指数为10.8，查表11的土壤质量等级为2级。
三、 确定灌区种植比
方法：线性规划方法（单纯形求解）。
假设小麦、水稻、玉米、棉花、果树以及经济作物的种植面积分别是x1、x2、x3、x4、x5、x6。
目标函数：全灌区六种作物产值最大目标。
F=maxf(xi)=maxpiyixi ,其中p为价格，y为正常灌溉条件下的产量。
查表2，整理得下式。
Max=400 x1+660x2+825x3+1056x4+3300x5+3960x6
约束条件：
（1）灌区各种作物种植面积约束。
①灌区内各种植作物种植面积之和不能大于灌区复种灌溉面积之和。
xi 1.62×30.8（万亩）
②同时期种植作物面积之和不应大于灌溉面积。
x2+x3+x4+x5+x630.8
x1+x4+x5+x630.8
③对于接茬作物，后期的种植面积不应大于前期的种植面积。
x1 x2+x3，即x1 -x2-x30。
（2）政策方面的约束。
灌区粮经比控制在7：3；水稻是高产作物，一般干旱年不应小于16×1 04亩，特殊干旱年不应小于10×1 04亩；棉花不应小于2.0×1 04亩。

（3）水资源约束。
供给各种作物的水量之和不能超过农业水资源可利用量。农业水可利用量为水资源总量的75%。根据上述模型，可对P=75%以及P=95%分别进行规划。
可得一般干旱年30x1+367.85x2+40x3+30x4+0x5+250x622295
特殊干旱年 70x1+474x2+80x3+90x4+50x5+300x619431
一般干旱年的输入数据为
6 8 1
1 1 1 1 1 1 1 49.896
1 0 0 1 1 1 1 30.8
0 1 1 1 1 1 1 30.8
1 -1 -1 0 0 0 -1 0
-3 -3 -3 7 7 7 -1 0
0 1 0 0 0 0 -1 16
0 0 0 1 0 0 -1 2
30 367.85 40 30 0 250 1 22295
400 660 825 1056 3300 3960

输出结果为
X1= 16.00000 X2= 16.00000 X3=0.0000000E+00
X4= 2.000000 X5= 0.0000000E+00
X6= 12.80000
最优目标函数结果：0.697600E+05元
特殊干旱年输入数据为
6 8 1
1 1 1 1 1 1 1 49.896
1 0 0 1 1 1 1 30.8
0 1 1 1 1 1 1 30.8
1 -1 -1 0 0 0 -1 0
-3 -3 -3 7 7 7 -1 0
0 1 0 0 0 0 -1 10
0 0 0 1 0 0 -1 2
70 474 80 90 50 300 1 19431
400 660 825 1056 3300 3960
输出结果为
X1=10.00000 X2=10.00000 X3=0.0000000E+00
X4=2.000000 X5= 0.0000000E+00
X6=18.80000
最优目标函数结果：0.871600E+05元
四、 水土资源综合规划成果
水资源评价结论：75%年型年径流可利用量为8191371 m³，过境流量为200000000 m³，潜层地下水为61469717 m³，深层地下水为9402000 m³，可利用总量为297266136 m³。95%年型年径流可利用量为4383685 m³，过境流量为180000000 m³，潜层地下水为43589637 m³，深层地下水为9402000 m³，可利用总量为246142691 m³。
土地资源评价结论：经济项目产量初步估计为998kg/亩，本灌区最后用加和法求得综合指数为10.8，查表11的土壤质量等级为2级。
种植规划结论：中等干旱年（万亩）：小麦：16，水稻：16，玉米：0，棉花：2， 果树：0，经济作物12.8。
特殊干旱年（万亩）：小麦：10，水稻：10，玉米：0，棉花：2， 果树：0，经济作物18.8。
综上，尽量种植产量高、价格高、耗水少的作物则可获得较大的经济效益。经济作物虽然耗水较多，但是由于其单位价格高，所以种植面积也较大。

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