【摘要】：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行水位1045m。如果上述問題得不到妥善解決,將會嚴重制約綠洲經(jīng)濟-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)系,促進綠洲水資源合理開發(fā)與高效利用,對于實現(xiàn)綠洲水土生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展與經(jīng)濟社會的繁榮穩(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)“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)需水量進行了預測,并以缺水量最少與供水成本最低為目標方程,建立了基于多目標約束的水資源合理配置模型,并利用元胞多目標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)濟發(fā)展規(guī)模進行分析。本文主要研究結(jié)果如下:(1)采用生態(tài)水文學方法對研究區(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。(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)需水量進行預測,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方程,綜合考慮博斯騰湖運行水位、地下水開發(fā)利用“雙控指標”等因素,建立了基于多目標約束的水資源合理配置模型。利用Matlab軟件結(jié)合元胞多目標粒子群算法對該模型進行優(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%~80.6%,農(nóng)業(yè)引水比(地表水地下水用水量比值)應控制在2.653~3.278。(5)根據(jù)干旱區(qū)水資源特點,并結(jié)合焉耆盆地實際情況,建立了涵蓋水資源、社會、經(jīng)濟和生態(tài)系統(tǒng)這4個方面、15項評價指標的水資源可持續(xù)利用能力評價體系。采用格序理論對評價指標進行權(quán)重計算,利用正、負加權(quán)理想解方法對不同水平年水資源承載力值進行評價,并根據(jù)水資源承載指數(shù)模型對研究區(qū)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模進行定量計算,結(jié)果表明:人口密度、農(nóng)村人均生活用水量、GDP增長率、萬元工業(yè)增加值用水量、單位面積灌溉用水量及森林覆蓋率是影響水資源承載力的主要因素;研究區(qū)2011年、2015年、2020年及2030年的水資源承載力綜合值分別為0.4989、0.5307、0.5441與0.5459,承載力綜合值呈緩慢上升趨勢,承載力等級由Ⅳ級上升為Ⅲ級;在現(xiàn)狀經(jīng)濟技術(shù)水平和社會生產(chǎn)條件下,研究區(qū)水資源可承載的經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模為405億元人民幣。
【學位授予單位】：新疆農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TV213.4
【圖文】：

研究區(qū)地理位置

焉耆盆地水系

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本文編號：2732636