灌區(qū)水資源優(yōu)化配置方法及應(yīng)用

【摘要】新疆是水資源短缺，供需矛盾較突出的地區(qū)，隨著經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展，水資源短缺問題已經(jīng)成為新疆未來經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的最大瓶頸。因此，實(shí)現(xiàn)水資源的合理配置、科學(xué)與可持續(xù)利用，已經(jīng)成為當(dāng)前一項(xiàng)重要而緊迫的任務(wù)。文中首先分析了新疆某灌區(qū)的水資源利用現(xiàn)狀及存在的問題，根據(jù)本灌區(qū)的水資源及灌溉情況，提出了改善原有灌區(qū)的分水方法。文中以各用水戶單位水效益為指標(biāo)，以灌區(qū)總凈效益最大為目標(biāo)，同時滿足原有灌溉水平下的水量要求，建立了水資源分配的線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型。研究表明，在不采取任何投入的情況下，采用優(yōu)化分水就可使灌區(qū)單位水效益在平水年時提高6.8%，總凈效益提高44%（總水量增加34%）；同時，也提出了不同水平年情況下各單位的分水比例，改變了過去那種固定比例的分水模式。

【關(guān)鍵詞】灌區(qū)水資源；優(yōu)化配置方法；應(yīng)用

1、前言

水資源優(yōu)化配置是在一個特定區(qū)域內(nèi)，采取工程與非工程措施并舉，對有限的不同形式的水資源在各用水單位之間進(jìn)行合理的分配，其最終目的就是實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，保證社會經(jīng)濟(jì)、資源、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。針對新疆山前平原地區(qū)灌溉水源分散，灌溉用水多，農(nóng)業(yè)缺水嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境惡化等問題，保護(hù)生態(tài)環(huán)境還是確保民生是擺在當(dāng)前最棘手的問題。因此需研究當(dāng)前制約國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水的問題，對指導(dǎo)當(dāng)前新疆綠洲經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。合理開發(fā)利用、科學(xué)配置墾區(qū)的水資源，節(jié)約用水、充分供給和高效利用就成為了綠洲農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的決定性因素。

2、新疆某灌區(qū)的基本情況

某灌區(qū)西高東低、北高南低，地處新疆西部，灌區(qū)位置、主要渠系、行政區(qū)劃如圖1所示。

圖 1 新疆某灌區(qū)分布示意圖

土層較厚，土地資源條件好。該灌區(qū)冬季嚴(yán)寒，夏季于熱，降水量少，蒸發(fā)量大，屬溫帶大陸性干旱、半干旱荒漠氣候。灌區(qū)的年平均氣溫為5.6℃，月平均最高氣溫（七月）23.1℃，月平均最低氣溫（一月）-17.3℃，日均氣溫大于10℃的年積溫達(dá)3，042.2℃。灌區(qū)的年平均降水為178.5mm，主要集中在四月至八月，五、六，七三個月的降水占全年降水的50%。灌區(qū)年平均蒸發(fā)量為1，558.3mm，蒸降比為8.73。

該灌區(qū)現(xiàn)有農(nóng)業(yè)人口四萬余人，人均占有5畝多耕地，直接參加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人口占總農(nóng)業(yè)人口的80%。灌區(qū)為當(dāng)?shù)刂饕募Z，棉生產(chǎn)基地，主要種植春麥、玉米、棉花、油料等作物。改革開放以前糧食單產(chǎn)不到300kg，棉花單產(chǎn)不足80kg。2000年后逐漸趨于穩(wěn)定，糧食單產(chǎn)達(dá)450kg，棉花單產(chǎn)達(dá)330kg。

3、某灌區(qū)各用水戶水資源的優(yōu)化分配

自然條件相同的地區(qū)，灌溉用水量不同，效益不同。對于水資源短缺的地區(qū)，大量灌溉試驗(yàn)證明，灌溉水資源用量與灌溉效益呈正相關(guān)關(guān)系。用灌溉效益與灌溉水資源用量的比值能夠反映出灌溉對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的作用，我們稱這一比值為單位灌溉水效益。這一指標(biāo)能反映出各單位的灌溉效益大小。在水資源短缺的地區(qū)，用這一指標(biāo)分水可促進(jìn)各用水單位節(jié)約用水，提高灌溉水的效益，這一指標(biāo)體現(xiàn)了灌溉分水的經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，用這一指標(biāo)分水也可達(dá)到提高整個灌區(qū)水資源總效益的目的。

同時水資源屬國有資源，各部門都享有使用權(quán)，因此農(nóng)業(yè)水資源的分配還要保證各用水戶的基本要求。反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效果水平的指標(biāo)是凈效益。灌溉水資源效果根據(jù)當(dāng)?shù)亟y(tǒng)計(jì)資科，種植業(yè)產(chǎn)值分當(dāng)年價和2005年不變價計(jì)算的兩種統(tǒng)計(jì)值，成本只有當(dāng)年價統(tǒng)計(jì)值。為了免除目前價格變動造成的灌溉效益不可比的問題，本文選用2005年做為比較的價格基準(zhǔn)年。根據(jù)自治區(qū)政府價格公報(bào)提供，全疆農(nóng)用物質(zhì)相對干2005年的價格上漲指數(shù)為：2006年是1.243、2007年是1.267、2008年是1.296。種植業(yè)產(chǎn)值、成本中除括號內(nèi)的數(shù)據(jù)按當(dāng)年價計(jì)算外，其它均用2005年固定不變價計(jì)算。大西溝鄉(xiāng)2005年、2006年的農(nóng)業(yè)成本無統(tǒng)計(jì)資料，該鄉(xiāng)一直以種植水稻為主，調(diào)查知效益一貫不錯，故采用2007年的灌溉水效益做為平均單位水效益。

滿足各用水戶原有灌溉水平下的灌溉用水，各用水戶的極限水量為該單位原有灌溉水平下可耕地面積上的用水（最大量用水）；各單位分配水量之和不得超過某灌區(qū)可引用水量。在水資源量有限的條件下，在考慮各用水單位效益的同時，要求各單位以全局效益為目標(biāo)，達(dá)到灌區(qū)總的效益最大。

4、結(jié)論

在三種引水保證率情沉下，灌區(qū)隨水資源量的增加相應(yīng)的總凈效益在增加，單位水效益在減少（但邊際凈效益在增加）。通過優(yōu)化分配水資源，提高了單位水效益。就平水年來說，2006年、2007年平均引水量屬于平水年，其單位水效益為1.076萬元/萬m3，優(yōu)化分配后平水年單位水效益為1.149萬元/萬m3，單位水效益提高了6.8%。亦就是不采取任何其它投入，僅就各用水戶分水量（分水比例）進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，就可提高灌溉水的效益，換句話說，在平水年也就是節(jié)約水資源6.8%。所以調(diào)整是有必要而合理的。各灌區(qū)來水量不同，各用水戶分水量也應(yīng)不同。灌區(qū)保證率情況下的分水量都是相同的，只有其中一個灌區(qū)分得的水量不同。這也就說明，在灌區(qū)現(xiàn)有水資源量下，按前面所述的分水原則分水，分水量巳達(dá)到了極限，它們分得水量的變化不再對總凈效益產(chǎn)生影響，而只有一個灌區(qū)的分水量變化影響灌區(qū)總凈效益的變化。

通過水資源的優(yōu)化分配也可看出，不同水平年各用水戶的分水比側(cè)是不同的。就水平年來說，分水比例就有所改善。實(shí)際水資源分配時，可根據(jù)來年的引水量預(yù)報(bào)確定豐、平、枯年，然后根據(jù)相應(yīng)水平年各單位的分水比例確定相應(yīng)的分水量。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃偉.基于自適應(yīng)遺傳算法的水資源優(yōu)化配置研究[J].人民黃河，2010，（8）：32-38.

[2]張士軍.基于自適應(yīng)遺傳算法的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)[J].水能源科學(xué)，2009，（4）：194-197.