《南方“山-坝”地区大型灌区工程规模论证关键技术研究与应用》以云南省石屏大型灌区为例，围绕南方“山-坝”地区新建大型灌区规模论证涉及的关键技术难题开展研究与应用。《南方“山-坝”地区大型灌区工程规模论证关键技术研究与应用》提出的南方“山-坝”地区大型灌区规模论证的关键技术及研究成果，是研究范围大、水力联系复杂、水资源系统庞大的大型灌区工程和水资源配置工程规划设计领域的重大技术总结，相关成果已应用于大型灌区工程、引调水工程的前期规划设计工作，具有广泛的应用前景和推广价值。《南方“山-坝”地区大型灌区工程规模论证关键技术研究与应用》适用于农田水利工程、水资源工程的科研工作者，也可为大中型灌区工程、水资源配置工程、引调水工程的规划设计从业人员提供参考。

　　第1章 绪论
　　1.1 研究背景
　　党和国家领导人高度重视粮食生产和安全问题，粮食安全是现代化农业强国的头等大事。2022年3月，习近平总书记在看望参加政协会议的农业界社会福利和社会保障界委员时强调，粮食安全是“国之大者”。耕地是粮食生产的命根子，要落实最严格的耕地保护制度，加强用途管制，规范占补平衡，强化土地流转用途监管，推进撂荒地利用，坚决遏制耕地“非农化”、基本农田“非粮化”。要建设国家粮食安全产业带，加强农田水利建设，实施黑土地保护工程，分类改造盐碱地努力建成10亿亩高标准农田。2022年12月，习近平总书记在中央农村工作会议上强调农业强国是社会主义现代化强国的根基，要加快建设农业强国，推进农业农村现代化2023年中央一号文件在全面推进乡村振兴重点工作意见的第一条就提出要抓紧抓好粮食和重要农产品稳产保供，全力抓好粮食生产，各省都要稳住粮食面积、主攻粮食单产、力争粮食多增产。
　　截至2022年，全国农田有效灌溉面积10.37亿亩，占耕地面积的54%，现有大中型灌区7000多处，有效灌溉面积5.2亿亩，是我国粮食和重要农产品的主要产区，是国家粮食安全的重要保障和农业农村经济社会发展的重要支撑。2022年7月以来，长江流域持续高温干旱，对水稻等秋粮作物生长产生了不利影响，但受影响的主要是灌区末端、丘陵岗地和没有灌溉设施的“望天田”，有良好灌溉排水条件的灌溉面积受影响很小，充分说明了灌区对粮食生产的保障作用粮食要稳产、高产，灌区的建设极为重要。
　　党中央、国务院高度重视灌区发展、建设和改造，为充分发挥灌区对粮食生产的保障作用，党的十八大以来，建设并配套改造了一批灌区工程，有效遏制了灌溉面积衰减的局面。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》和《中共中央国务院关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见》明确提出，加强水利基础设施建设，坚持节水优先，完善水资源配置体系，把“供水灌溉”作为国家水网骨干工程的重点内容，提出“新建大型灌区”“灌区续建配套和现代化改造”等要求。进入新阶段水利高质量发展时期，灌区建设也始终是我国水利工程建设主要任务。国家“十四五”水安全保障规划提出，持续推进大中型灌区续建配套与节水改造，在水土资源适宜地区有序新建一批大型灌区，新增改善恢复灌溉面积2亿多亩，保障国家粮食安全。《国家水网建设规划纲要》提出，以粮食生产功能区、重要农产品生产保护区特色农产品优势区为重点，在东北松嫩平原、黄淮海平原、长江中下游地区等水土资源条件适宜地区，结合国家骨干网水源工程和输配水工程，新建一批节水型、生态型灌区，实施大中型灌区续建配套和现代化改造，完善灌排骨干工程体系，创新并推广高效节水新技术、新机制，提高水土资源利用效率，夯实国家粮食安全基础。李国英部长在出席农田灌溉发展规划大会时指出，要围绕产业兴旺和粮食安全，推进农田灌排工程建设，加快推进涉及脱贫地区的大中型灌区续建配套和现代化改造；在水利部巩固拓展水利扶贫成果同乡村振兴水利保障有效衔接工作会议上提出，要积极规划一批大型灌区，推动优先将大中型灌区有效灌溉面积建成高标准农田。
　　可见，要实现农业强国，保障粮食安全，根本途径是大型灌区工程的建设。对于黄淮海平原、黄河中上游及西北内陆河地区、长江中下游及其以南地区、东北地区等山前冲积平原型灌区，地势开阔平坦，有大片集中的耕地面积，水源条件和农田组成条件相对较好，大型灌区建设难度相对较低。对于南方“山－坝”地区的灌区建设，由于受地形复杂，耕地大多为分散的坡地及梯田，且耕地高程较高，往往需要提水灌溉，工程之间水力联系复杂等不利条件的限制，灌区规划设计的工程规模论证难度较大。
　　为响应水利高质量发展新时期对大中型灌区建设的新要求，针对南方“山－坝”地区灌区建设的特点，对新建大型灌区工程规模论证的关键技术进行全面和系统性的研究，推动区域大型水灌区建设，实现水土资源高效利用，保障区域农业生产和经济社会高速发展，是十分迫切和必要的。
　　1.2 关键技术问题
　　新建大型灌区规模论证主要围绕水土资源开发利用分析、灌区范围及设计灌溉面积确定、灌区水资源供需平衡分析及优化配置、灌区工程总体布局和建设规模论证等四大核心内容进行。结合南方“山－坝”地区大高程差复杂地形特点，亟须攻克的技术难题主要有海量水土资源基础数据的采集与融合、水资源系统精细化模拟、多维度灌区布局与规模论证、分散水利工程协同调度等。
　　灌区工程涉及的地域范围大，数据维度广，包含区域地形土壤数据、水文气象数据、水利工程数据、水旱灾情和经济社会等现状及发展规划等海量数据，传统的数据采集方式效率较低、数据精度较差，且不利于效果展示。不同领域、不同来源的数据往往存在格式不兼容、属性不一致、质量参差不齐等问题。由于不同来源的数据格式存在差异，融合过程中不同的数据格式转换会增加数据丢失的风险，数据的可靠性和精确性也会受到影响。不同来源的数据集合涉及单位、坐标系、地理位置等基本属性不一致，需要进行数据集合属性的统一。另外，不同来源的数据质量参差不齐，可能存在某些错误和偏差，需要使用数据评估的方法对数据进行最优化选择。数据的采集和融合是灌区规划设计的重要基础支撑，在灌区工程设计中，将不同数据源的数据进行采集与融合，解决数据格式的兼容性问题、数据集合属性不一致的问题以及数据质量参差的问题，实现多源海量数据的无缝融合，夯实精准化模拟的数据底板基础，是灌区工程规模论证的关键技术问题之一。
　　灌区的水资源配置是一个复杂的多水源、多用户、多层次调控配置的问题，不仅涉及过境水、地下水、当地地表水再生水等多种水源，生活生产、生态等多个用水部门，而且涉及渠道供水、管道配水、田间引水等多个层级，各层级之间相互关联，形成递阶关系，这就要求灌区水资源的调配必须遵循系统性。目前，通用的水资源配置模型难以适应灌区工程规模论证的设计需求，具体表现在适用性不强、对复杂水资源调配系统的工程影响分析不具体，忽视了河湖生态效益。当前灌区工程涉及的供水工程多、受水范围大，水资源优化配置与调控的对象不再是单水源、单用水部门，而是复杂的多水源和多用水部门。配置内容不再是单纯的水量配置，而是水量水质统一调配。以石屏灌区为例，异龙湖片区及北部山区构成了一个复杂的水资源调配系统，区内异龙湖具有供水、调洪、生物多样性维持、景观旅游及水产养殖等多种功能，且涉及北水南调工程、异龙湖补水工程、滇中引水工程等多宗重大引调水工程，输配水关系极其复杂，现有的水资源配置模型难以对已有及规划的工程供水方案进行精细模拟和分析自然也就无法厘清多宗工程间的关系及其各自的影响与作用。此外，随着经济社会的发展和人类活动的加剧，异龙湖大片湖泊被蚕食，湖面面积急剧缩小，水体污染日趋严重，加之无水源补充，导致异龙湖水位水量急剧下降，水体自净能力减弱，对异龙湖片区的水资源调配还需考虑对河流、湖泊的生态效益与保护。因此，构建多水源、多用户、多层次的“资源－工程－社会”三元复杂水资源系统，进行水资源精细化模拟，同样是灌区工程规模论证的关键技术问题之一。
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第1章 绪论 （1）
1.1 研究背景 （1）
1.2 关键技术问题 （2）
1.3 研究内容与技术路线 （4）
1.4 云南石屏大型灌区概况 （6）

第2章 水土资源开发利用分析 （12）
2.1 灌区数据采集与多源数据融合 （12）
2.2 石屏灌区水资源开发利用现状 （29）
2.3 石屏灌区土地资源开发利用现状 （46）
2.4 石屏灌区现状存在的主要问题评估 （47）
2.5 小结 （49）

第3章 灌区范围及设计灌溉面积 （51）
3.1 灌区范围及面积确定思路 （51）
3.2 石屏灌区灌溉范围及面积 （52）
3.3 石屏灌区供水范围及对象 （97）
3.4 小结 （101）

第4章 水资源系统模型构建及精细化模拟 （103）
4.1 模型构建及精细化模拟思路 （103）
4.2 水资源系统抽象和概化方法 （104）
4.3 基于MikeBasin与VBA的复杂水资源系统模型构建技术 （107）
4.4 “资源－工程－社会”三元复杂水资源系统的解耦与分析 （109）
4.5 系统模拟与成果验证 （109）
4.6 小结 （110）

第5章 灌区需水量预测 （112）
5.1 需水量预测方法 （112）
5.2 石屏灌区灌溉需水量预测 （116）
5.3 石屏灌区城乡需水量预测 （138）
5.4 石屏灌区异龙湖生态补水量 （149）
5.5 石屏灌区总需水量 （149）
5.6 石屏灌区需水量合理性分析 （151）
5.7 小结 （153）

第6章 水资源供需平衡分析及配置 （155）
6.1 水资源系统概化 （155）
6.2 可供水量预测 （160）
6.3 基准年供需平衡分析 （175）
6.4 水资源配置方案 （178）
6.5 设计水平年供需分析 （179）
6.6 水资源配置成果 （186）
6.7 重要节点水库调节过程 （196）
6.8 异龙湖及北部山区水量平衡 （199）
6.9 小结 （199）

第7章 灌区工程总体布局和建设规模 （203）
7.1 多维度灌区布局与规模论证 （203）
7.2 石屏灌区工程总体布局 （204）
7.3 石屏灌区工程建设规模 （240）
7.4 小结 （257）

第8章 灌区工程调度运行 （259）
8.1 复杂地形分散水利工程协同调度 （259）
8.2 石屏灌区工程调度运行 （260）

第9章 结语 （264）
9.1 研究成果 （264）
9.2 应用成效 （264）
9.3 推广应用 （265）

参考文献 （266）

附图1 基准年水资源系统概化节点

附图2 设计水平年水资源系统概化节点