綠色經(jīng)濟(jì)時(shí)代西北農(nóng)業(yè)節(jié)水最優(yōu)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型應(yīng)用

鐘淇

摘 要：西北地區(qū)水資源相對(duì)匱乏，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)程中要求有強(qiáng)烈的節(jié)水意識(shí)。在充分考慮了農(nóng)業(yè)可用水量、水源類(lèi)型、農(nóng)作物種植面積和節(jié)水灌溉工程發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)西北地區(qū)各類(lèi)節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用開(kāi)展調(diào)查，以期利用數(shù)學(xué)模型達(dá)到水土資源優(yōu)化配置的效果。

關(guān)鍵詞：綠色經(jīng)濟(jì);西北農(nóng)業(yè);節(jié)水規(guī)劃;數(shù)學(xué)模型

文章編號(hào)：1004-7026（2020）08-0100-02? ? ? ? ?中國(guó)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：S274? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

雖然西北地區(qū)土地資源豐富，但是水資源卻相對(duì)短缺，隨著工業(yè)、生活和生態(tài)用水量增加，農(nóng)業(yè)灌溉用水緊張的情況日益突出。因此，在西北地區(qū)開(kāi)展農(nóng)業(yè)種植活動(dòng)，首先需要考慮的就是節(jié)水和灌溉工程，可以利用數(shù)學(xué)模型為節(jié)水灌溉設(shè)計(jì)總體思路，以實(shí)現(xiàn)各類(lèi)節(jié)水灌溉工程的最佳使用效果。

1? 西北地區(qū)農(nóng)業(yè)綠色節(jié)水模型

2018年，中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展高層會(huì)議專(zhuān)題探討中，專(zhuān)門(mén)提出了關(guān)于水資源高效使用并與水環(huán)境生態(tài)治理相結(jié)合的一系列問(wèn)題，這是因?yàn)樵诂F(xiàn)有的自然環(huán)境條件之下，綠色節(jié)水和發(fā)展農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略成為了一對(duì)突出而又相互作用的主體。為了能夠落實(shí)綠色節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的有關(guān)要求，從發(fā)展綠色節(jié)水農(nóng)業(yè)的戰(zhàn)略定位角度入手，開(kāi)展了西北地區(qū)綠色節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)和模式創(chuàng)新等一系列工作，完善綠色節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展新思路。

綜合考察西北地區(qū)現(xiàn)有水資源儲(chǔ)備量，調(diào)查顯示，西北地區(qū)地域遼闊，人口相對(duì)稀少，氣候干旱，降水量稀少，但是蒸發(fā)卻非常旺盛。在這種比較特殊的地理位置和條件下，該地區(qū)水資源短缺，生態(tài)環(huán)境比較脆弱，光熱資源和土地礦產(chǎn)資源較為豐富。對(duì)于西北地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)貧夂蚋稍?、降雨量稀少，全區(qū)多年平均降水量為2 300 mm，水面蒸發(fā)量高達(dá)1 000～2 600 mm，是我國(guó)降水量極少的農(nóng)作物耕種區(qū)域，地表水資源量約為1 463億m3。這種干旱的氣候，使西北地區(qū)水資源量?jī)?chǔ)備僅為998億m3，地下水資源與地表水資源重復(fù)計(jì)算量高達(dá)789億m3，可見(jiàn)，人均水資源量非常少，水資源與人口和耕地的地區(qū)關(guān)系及分布相對(duì)不夠平衡。

對(duì)西北地區(qū)區(qū)域而言，為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水土資源優(yōu)化配置的實(shí)際效果，研究農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的最優(yōu)規(guī)劃問(wèn)題，需要在西北地區(qū)綜合研究降水條件、水資源保留條件、農(nóng)作物生產(chǎn)條件等的區(qū)別，從不同的節(jié)水灌溉技術(shù)入手，對(duì)當(dāng)?shù)氐乃辞闆r、蓄水量、降水量、地形農(nóng)作物的適用性及對(duì)于水的需求量等進(jìn)行綜合考察。節(jié)水灌溉工程的投資額雖然很大，但是卻可以為西北地區(qū)提供長(zhǎng)遠(yuǎn)的綠色經(jīng)濟(jì)效益，因此，為了實(shí)現(xiàn)各種節(jié)水灌溉工程的技術(shù)指標(biāo)，有必要通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算，得出節(jié)水灌溉工程總投資額最優(yōu)的規(guī)劃方案[1]。

隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于環(huán)境的破壞和資源的濫用，影響了自然生態(tài)的正?；謴?fù)，生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重。因此，目前綠色經(jīng)濟(jì)是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主流。西北地區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)缺水嚴(yán)重，人們對(duì)于當(dāng)?shù)刭Y源枯竭性的消耗，已經(jīng)給該地區(qū)帶來(lái)了不可逆轉(zhuǎn)的傷害，因此，為了償還這種代價(jià)，搞活綠色農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，拉開(kāi)綠色革命序幕勢(shì)在必行。

根據(jù)西北地區(qū)的用戶(hù)用水量及農(nóng)業(yè)總需用水量分為有效用水和無(wú)效用水的思路，可以建立起節(jié)水量的數(shù)學(xué)模型，從國(guó)民生產(chǎn)總值的基礎(chǔ)之上分析節(jié)水總量，建立節(jié)水價(jià)值量的數(shù)學(xué)模型，將有助于控制不必要的用水。

3? 西北地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水?dāng)?shù)學(xué)模型優(yōu)化策略

在綠色經(jīng)濟(jì)時(shí)代，農(nóng)業(yè)改變粗放的發(fā)展方式，需要增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域核心競(jìng)爭(zhēng)力。節(jié)水節(jié)約資源將成為西北地區(qū)農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的助推力量，建議建立長(zhǎng)久的發(fā)展平臺(tái)，在綠色經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展綠色、節(jié)約、可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)模式。

3.1? 最優(yōu)規(guī)劃西北地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水?dāng)?shù)學(xué)模型

3.1.1? 新增節(jié)水灌溉目標(biāo)函數(shù)

節(jié)水灌溉工程總投資額最小是節(jié)水模型所需要達(dá)到的目標(biāo)，故將節(jié)水灌溉工程的總投資額設(shè)置為節(jié)水系數(shù)，并且在這個(gè)節(jié)水系數(shù)的基礎(chǔ)上，為了新增節(jié)水灌溉工程投資，計(jì)算每單位面積內(nèi)新增節(jié)水灌溉工程的投資額。

設(shè)z為節(jié)水灌溉工程總投資額，單位為元;Cijk是單位面積新增節(jié)水灌溉工程的投資額，單位為元/667 m2;Xijk作為新增節(jié)水灌溉工程面積，單位為hm2;i作為采用節(jié)水灌溉類(lèi)型的序號(hào);j作為種植作物的序號(hào);k作為水源類(lèi)型的序號(hào)（k=1，2，3……）;I作為采用節(jié)水灌溉類(lèi)型的總數(shù);J作為種植作物的總數(shù)。那么得出最終的計(jì)算公式，即目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算方法為下式。

根據(jù)該目標(biāo)函數(shù)所得出的結(jié)論，就可以大概核算出節(jié)水灌溉面積總數(shù)和農(nóng)作物的總數(shù)之間關(guān)系，并且新增節(jié)水灌溉總投資額將是最終的計(jì)算結(jié)果。

3.1.2? 目標(biāo)函數(shù)計(jì)算的約束條件

目標(biāo)函數(shù)計(jì)算的約束條件將最終決定農(nóng)業(yè)灌溉可利用總水量的約束額，有關(guān)部門(mén)之所以進(jìn)行該數(shù)學(xué)模型的測(cè)算，主要是為了規(guī)劃年灌溉工程用水量和農(nóng)業(yè)灌溉用水量之間的關(guān)系。在約束數(shù)額的影響之下，西北地區(qū)農(nóng)業(yè)規(guī)劃可利用總水量，將包括規(guī)劃年地面水農(nóng)業(yè)灌溉可供水量，同時(shí)還包含規(guī)劃年允許農(nóng)業(yè)地下水的總提取量。

設(shè)Q作為規(guī)劃年地面灌溉定額，單位為m3/667 m2，這個(gè)參數(shù)與農(nóng)作物的種類(lèi)之間有非常密切的關(guān)系，主要是由農(nóng)作物種類(lèi)所決定的。？姿A是規(guī)劃年地面灌溉水利用的總系數(shù)，該系數(shù)主要與水源類(lèi)型有關(guān)，在西北地區(qū)地面水和地下蓄水額的比例將直接影響該參數(shù)的數(shù)額。qij為規(guī)劃年節(jié)水灌溉定額總量的系數(shù)，單位為m3/667 m2，該參數(shù)主要與節(jié)水灌溉技術(shù)類(lèi)型和農(nóng)作物類(lèi)型聯(lián)系有關(guān)。？濁A是西北地區(qū)農(nóng)業(yè)規(guī)劃年節(jié)水灌溉水利用系數(shù)，與節(jié)水灌溉技術(shù)類(lèi)型和水源類(lèi)型息息相關(guān)。Wi為西北地區(qū)節(jié)水模型中灌溉年地面水農(nóng)業(yè)供水量，與Wk規(guī)劃年允許農(nóng)業(yè)地下水提取量有相對(duì)關(guān)系。Sijk是現(xiàn)階段年節(jié)水灌溉面積，單位是hm2。Aj作為規(guī)劃年作物灌溉面積，單位是hm2。

計(jì)算節(jié)水量及農(nóng)業(yè)地下水提取量的公式見(jiàn)下式。

該模型主要是為了預(yù)防地下水提取量超過(guò)實(shí)際采集要求，因此在西北地區(qū)節(jié)水灌溉工程的用水量之和不應(yīng)該大于上述計(jì)算，每年所允許的農(nóng)業(yè)地下水提取量應(yīng)該符合提取量的約束標(biāo)準(zhǔn)，整理并提取農(nóng)業(yè)地下水提取量的約束指標(biāo)。

3.2? 結(jié)論

在西北地區(qū)建立區(qū)域農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉最優(yōu)規(guī)劃模型，在有限的西北農(nóng)業(yè)水資源條件下，要獲得投資最小的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉優(yōu)化方案，計(jì)算地下水儲(chǔ)備量和地上水之間的互補(bǔ)關(guān)系，從而能夠在綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)之上確定產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展引領(lǐng)，得到生態(tài)節(jié)水模型，實(shí)現(xiàn)西北地區(qū)農(nóng)業(yè)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]梅峰太.農(nóng)業(yè)節(jié)水優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的研究與應(yīng)用——評(píng)《灌溉節(jié)水激勵(lì)模型研究》[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2020，39（1）：147.

（編輯：季? 鑫）