渭河是黄河的第一大支流,是黄河流域治理开发中的重要一环。渭河流域属于相对缺水地区,特别是关中地区,以资源型缺水为主因,并复合工程、管理、污染等因素引起的关中地区水环境问题愈发严重,而尤以直接从渭河引水的关中灌区农业用水对渭河生态基流如何影响引起国家及社会重视。本研究选取渭河关中段最大灌区——宝鸡峡灌区引水对渭河生态基流影响作为研究对象,在灌区水沙污染物运移模拟试验的基础上,结合灌区水沙测验资料,构建了灌区渠道水沙运移模型,研究了灌区用水结构变化对渭河生态基流的影响,探讨了渠道水沙综合调度的农业节水对渭河生态基流的影响,给出了保障渭河生态基流的灌区农业节水措施及水资源联合调度方式,取得以下主要成果:(1)渭河来水来沙与宝鸡峡灌区需水引水的关系。通过对渭河长系列的来水资料进行分析发现,空间上渭河关中段最不容易保证生态基流的河段是林家村千河入渭河河段;时间上渭河河道缺水主要集中在枯水季节,尤其是12、1和2月份。渭河林家村渠首多年平均来水量10.91亿m3,渠首年引水量为4.58亿m3。虽然年均引水量不足来水量的50%,但12、1和2月份宝鸡峡灌区渠首多年平均引水量分别占到渭河来水量的91.82%、90.57%、84.41%,即灌区冬灌期多年平均引水量占到河道来水的近90%。很难满足国家、黄委会及渭河管理局给出的林家村魏家堡河段生态基流量标准4~6 m3/s。因此,在冬灌、春灌期间进行宝鸡峡灌区用水调控应是保障渭河生态基流的关键。在现状条件下,宝鸡峡整个灌区作物需水量在2.56亿m3~7.55亿m3之间,多年平均值为2.71亿m3,而灌区引水灌溉发电冲沙总引水量为5.23亿m3~13.2亿m3,引水量远大于灌溉用水量,如何在满足生态基流条件下进行灌区灌溉引水输沙调控是一个重要问题。(2)渠道输沙的减污增肥作用及黄河中下游灌区输沙规律的一致性研究。由于渭河污染,为研究污染条件下的水沙运动规律,构建保障渭河生态基流的灌区节水调控模型提供理论与技术支撑,基于已有渭慧渠土渠挟沙能力测量的基础,设计了混凝土渠道条件下污染水流的泥沙输移试验。研究结果表明,渠道泥沙垂线分布大致服从上稀下浓规律。在试验渠道长40m条件下,污染物浓度随水流运移衰减趋势不明显。渠道含沙量对化学需氧量(COD)、总氮(TN)浓度影响明显,试验结果表明,泥沙颗粒降低了水中的COD值,增加了TN值,这说明泥沙颗粒对COD具有一定的降解作用,而泥沙中的氮元素完全溶解于水中;说明渠道泥沙输移有利于降低污染和增加氮元素,即具有减污增肥作用。宝鸡峡灌区水流挟沙能力与黄河下游灌区泥沙输移规律一致,给出了宝鸡峡灌区泥沙输移的土渠及混凝土渠道挟沙能力公式和恢复性饱和系数,研究了宝鸡峡灌区的渠道水力学特性。这为构建宝鸡峡灌区水沙调度对渭河生态基流的影响提供了依据。(3)宝鸡峡灌区水沙调度模型的构建。基于上述水沙运动试验,结合课题组开发的渠道一维恒定非均匀灌区水沙调度模型,通过调试演算给出了宝鸡峡灌区对渭河生态基流影响的水沙调度模型计算机模块,并对其水位、流量、输沙量、渠道冲淤等进行了验证。模型验证结果显示,渠道计算水位与实测水位最大差值0.04 m,相对误差2%;总淤积量为0.16万m3,渠道平均淤积量为0.016m3/延米;计算总淤积量为0.26万m3,比实测淤积量稍大;计算级配与实测级配曲线的趋势基本一致。说明构建的宝鸡峡渠道节水输沙调控模型可以用于宝鸡峡灌区水沙调度对渭河生态基流影响的计算。(4)宝鸡峡灌区农业用水对渭河生态基流的影响。由于宝鸡峡灌区直接从渭河干流引水,因此宝鸡峡灌区用水量的多少直接影响渭河的生态基流。宝鸡峡灌区用水包括灌区农业用水及灌溉渠道排沙排污用水。数学模型调度结果表明,灌区干渠道每淤积1.0m,过水能力平均降低30%;当淤积累计达3.0m时,宝鸡峡干渠已基本丧失过水能力。通过模型计算得出,使灌区淤积渠道冲刷1m,需水3600万m3;冲淤后可使灌区渠道过水能力提高40%,灌区渠道水利用系数提高0.1,平水年(p=50%)条件下可实现节水1800万m3。同时根据分析,通过灌区渠道节水改造,灌区渠道水利用系数可以提高0.1,平水年(p=50%)条件下可实现节水1800万m3。通过灌区节水改造和渠道清淤,可实现节水3600万m3,占平水年总引水量的11.26%,对保障渭河生态基流有着十分重要的贡献作用。(5)给出了保障基流的灌区水资源调度模式。宝鸡峡塬上灌区平水年和枯水年灌溉需水量分别为3.17亿m3和5.01亿m3。通过水资源合理配置,在保障林家村4 m3/s生态基流基础上,平水年需调度地表水2.83亿m3和地下水0.33亿m3来保证农业需水;枯水年需调度地表水4.60亿m3及地下水0.41亿m3来保障农业生产。宝鸡峡塬下灌区平水年和枯水年灌溉需水量分别为2.29亿m3和3.63亿m3,通过水资源合理配置,在保障魏家堡6 m3/s生态基流,引水含沙量不高于8%基础上,平水年需引河源水1.59亿m3和开采地下水0.70亿m3来保证灌溉需水;枯水年需引河源水2.80亿m3及地下水0.82亿m3来保障农业生产。