平原灌区水平衡评价的原理与方法

1.四个水平衡的概念和特征

四个水平衡包括地表水平衡、地下水平衡、供需水平衡和耗水平衡。地表水和供需水平衡主要反映流域平面上的来水、引水、蓄水、排水等输送水和供需水关系；地下水平衡是地表水和供需水过程中的转化，河道、灌区、水库等入渗与潜水蒸发、开采、泉水溢出、排水等排泄的平衡；耗水平衡是上述三个水平衡过程中的各种蒸发、蒸腾等消耗水量的平衡。它们之间关系如图2-2所示。

四个水平衡着重从水量分配、行业需水、供水能力、用水效益、水管理 （水权）等方面分析平原区的水平衡问题，其主要特征：①注重于四个水量平衡，水利工程对于各项水量平衡的影响，以及各项平衡量之间的水量交换；②四个水平衡的计算结果与常规的供需水平衡、地下水平衡、水量平衡、水管理与分配表达形式一致；③耗水量反映了区域水资源利用是否合理、可行以及利用潜力和保护对策；④各平衡量之间的相互制约、联合计算、相互检验是保证水均衡计算精度的基础。四个水平衡基本代表平原灌区水量平衡、转化、消耗过程，因此，以四个水平衡计算、评价特定灌区的水量或评价区的水量。

2.四个水平衡的基本原理

四个水平衡方程为：

进入评价区总水量=评价区耗水量+流出评价区总水量±评价区内储量变化

图2-2　干旱平原区“四个水平衡” 概念性框图

（1）地表水平衡。干旱平原区水量 （地表水）平衡主要包括：①河道水量平衡。根据河道水文站点和引水口的分布、河道长度、河道与地下水及灌区的水力联系，将河道划分为若干个河段。河段入流是上游河段或流域的入流，通过河段水面蒸发、渗漏、回归、灌区引水、水库引水、河段储量变化平衡计算河段的出流；②水库水量平衡。水库入流来自河流、灌区、泉水和地下水，如果有许多库容小的水库，可作为水库群来统一考虑。水库出流主要是水库下泄水量、水库水量损失（包括水面蒸发和渗漏）。(www.xing528.com)

（2）供需水平衡。供水包括通过各种水利工程蓄、输、配的地表水和地下水量；需水指不同农业种植结构、灌溉水平、灌区水利化程度及其他用水部门等组合情况下的需水量。供水与需水的差值为灌区的余、缺水量，所以，供需水平衡反映了灌区水利化程度、用水标准、用水效率、产业结构等。供需水平衡包括农业、工业、生活、城市用水等，但这里主要研究农业灌溉的供需水平衡。按照灌溉单元进行供需水平衡分析，灌溉单元覆盖了地表水（包括该流域的河流、水库）、地下水单元和灌溉田块。灌溉单元的地表水与地下水在同一水平衡计算过程中完成。

（3）地下水水量平衡。地下水评价单元与灌溉评价单元划分保持一致。各个地下水评价单元根据地下水位埋深、土壤质地、水文地质条件、补排关系和单元中作物分布，联合地表水和供需水平衡计算地下水各项补排量。

（4）耗水平衡。评价区的耗水量计算方程为：

3.参数、变量、方案的组成

以上给出了四个水平衡计算的基本方法和公式，并可集合为水平衡模型，以数学方程式描述流域水资源系统中的各种平衡与转换规律和定量关系，以模型参数定量反映表达流域的物理特征、社会条件及其对转换的影响，以模型变量描述了水资源的分布状态及变化趋势，系统评价灌区水资源利用状况。模型的主要输入与输出变量、参数、方案选择等主要评价指标如表2-1所示。

表2-1　模型参数、输入和输出变量、方案及决策变量一览表

注 输入变量指模块所需要的输入数据。该表中注*号者系其他模块计算的输出变量，其他为初始输入数据；输出变量指通过模块计算的结果；模型参数指模型中确定各种物理量之间定量关系的常数；方案变量指模型中可以具体输入数据表示的工程措施；决策变量指用于评价方案的主要输出变量。