山東引黃灌區(qū)水資源高效利用淺析

摘 要：山東引黃灌區(qū)是山東工農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要基地，但灌區(qū)內(nèi)存在水資源開發(fā)利用不平衡，超計劃引用黃河水，引黃水資源浪費嚴重，地下水開采不合理，節(jié)水灌溉發(fā)展緩慢，無法實施充分灌溉，缺乏節(jié)水積極性等問題，如何合理利用水資源仍需進一步研究。本文分析探討了引黃灌區(qū)水資源配置規(guī)劃與利用的最優(yōu)方案，提出了加強水資源信息化、科學(xué)化、現(xiàn)代化管理，合理選擇引水時機、科學(xué)調(diào)度水資源，嚴格控制引水量，建立和完善科學(xué)合理的水價形成機制，提高灌區(qū)調(diào)控能力和管理水平，加強社會群眾的監(jiān)督參與力度等建議。

關(guān)鍵詞：水資源;引黃灌區(qū);灌溉;可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號：TV213 ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）30-0065-03

Abstract： The Yellow River Irrigation Area in Shandong is an important base for industrial and agricultural development in Shandong. However， there are many problems in the irrigation area， such as unbalanced development and utilization of water resources， overplanned use of Yellow River water， serious waste of water resources， irrational exploitation of groundwater， slowly development of water-saving irrigation， underirrigation and lack of initiative in saving water. How to use water resources rationally requires further research on. The optimal plan for water resources utilization planning of the Yellow River Irrigation District is analyzed and discussed in this paper. The suggestions， such as strengthening the informationization， scientization and modernization of water resources management， rational selection of water diversion time， scientific water resources management， strict control of water diversion， establishment and perfection of scientific and reasonable water price formation mechanism， improvement of regulation and control ability and management level in irrigation area， strengthening of supervision and participation of the public are proposed.

Keywords： water resources; Yellow River irrigation area; irrigation; sustainable development

2019年9月，習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會上提出推進水資源節(jié)約集約利用，把水資源作為最大的剛性約束等新時代水資源管理新要求。黃河是山東引黃灌區(qū)唯一客水水源，引黃供水對山東生態(tài)、民生和經(jīng)濟具有十分重要的作用。山東省現(xiàn)有引黃灌區(qū)57處，其中200 km2以上的中型灌區(qū)32處，總設(shè)計灌溉面積約27 280.13 km2，有效灌溉面積約20 019.47 km2。引黃灌區(qū)共有干渠321條，長4 461.2 km，灌溉利用系數(shù)平均為0.4～0.6[1]。目前，山東黃河水資源利用不充分，分布不均衡，需要充分考慮地表水與地下水資源的聯(lián)合高效利用，提高用水效率，健全各項制度和相應(yīng)的技術(shù)支撐體系，科學(xué)完善監(jiān)控手段和全面準(zhǔn)確的信息服務(wù)，借鑒國內(nèi)外水資源先進的管理經(jīng)驗，統(tǒng)籌兼顧，以滿足農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活用水需求，保障黃河流域經(jīng)濟健康穩(wěn)定發(fā)展。本文就如何提高引黃灌區(qū)的水資源配置與利用展開探討，以期提供理論指導(dǎo)。

1 水資源利用現(xiàn)狀

山東引黃灌區(qū)內(nèi)當(dāng)?shù)睾哟◤搅髁控毞ΓY源時空分布不均，農(nóng)田灌溉制度、灌溉方式老舊落后，生產(chǎn)效率低，新技術(shù)、新方法普及力度低，政府、農(nóng)民不夠重視;社會企業(yè)、群眾參與水資源治理的渠道有限，特別是企業(yè)在水污染治理方面積極性不高;群眾、企業(yè)節(jié)水意識淡薄，生活、生產(chǎn)用水利用率低，水資源浪費嚴重。黃河流域城鎮(zhèn)化進程的加快、經(jīng)濟發(fā)展的不平衡以及農(nóng)作物灌溉方式的落后使得水資源與經(jīng)濟發(fā)展不匹配，根據(jù)2019年黃河流域各省市地表水資源分布和配置情況可得出，山東省創(chuàng)造的GDP占黃河流域的28.72%，而水資源占有量卻只占黃河流域的17.34%，見圖1、圖2。

2 水資源利用優(yōu)化模型方案分析

針對水資源利用以及高效配置的數(shù)學(xué)模型及優(yōu)化方案，國內(nèi)外許多專家學(xué)者都進行了計算與驗證，對引黃灌區(qū)的相關(guān)模型進行對比分析。

2.1 模糊線性規(guī)劃模型

鑒于山東引黃灌區(qū)已經(jīng)超計劃引用黃河水，未來黃河水無法滿足作物的充分灌溉，宮永波等[2]按照盡量少用黃河水和可接受的產(chǎn)量下降水平，運用模糊線性規(guī)劃容差法對引黃可供水量進行了模糊優(yōu)化，給出了最大隸屬度[a]下的引黃水量最優(yōu)決策方案。最優(yōu)決策為：

該模型的作物生產(chǎn)函數(shù)只考慮了按總量計算的水分生產(chǎn)函數(shù)，沒有考慮地下水位動態(tài)調(diào)控和黃河水來水動態(tài)變化過程，沒有反映出不同階段多次缺水對作物產(chǎn)量的影響，參數(shù)取值及資料的準(zhǔn)確性會對決策結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生較大影響。

2.2 流域水資源-能源-糧食協(xié)同優(yōu)化模型

針對黃河流域水資源短缺及能源產(chǎn)業(yè)規(guī)模與結(jié)構(gòu)、糧食生產(chǎn)布局之間的矛盾問題，彭少明等[3]構(gòu)建了以水為紐帶的流域水資源-能源-糧食協(xié)同優(yōu)化模型。

以上式中：[f]為模型的綜合協(xié)調(diào)度;[ωi]為貢獻權(quán)重;[Bw]為供水綜合效益;[θ]為供水的收益;[C]為供水的成本;[QS]為供水量;[j]為流域總分區(qū)數(shù);[t]為供水的總時段;[TF]為流域糧食總產(chǎn)量;[PF]為糧食的單產(chǎn)量;[AS]為作物種植面積;[k]為糧食作物的種類數(shù);[l]為種植模式種類數(shù);[TE]為能源總產(chǎn)量;[PE]為能源的單位產(chǎn)出;[ES]為能源的生產(chǎn)規(guī)模;[m]為能源種類數(shù);[n]為能源生產(chǎn)方式種類數(shù)。

根據(jù)該模型的計算分析可以確定保障生活、生態(tài)環(huán)境用水的需求量，同時提高了流域水資源承載能力，實現(xiàn)能源增產(chǎn)、糧食增收的最優(yōu)值。

2.3 多目標(biāo)河段配水模型

張翔宇等[4]以優(yōu)先滿足斷面最小流量要求，確保黃河不斷流，保證其正常發(fā)揮河流功能，使得供水系統(tǒng)的缺水率最小并同時滿足河道內(nèi)的生態(tài)流量需求、水資源的使用效益最大化建立該模型。

以上式中：[f1]為河道外目標(biāo);[f2]為河道內(nèi)目標(biāo);[αi]為用水單元[i]的配水權(quán)重;[βj]為[j]河段的配水權(quán)重;[QDijt]為[t]時段[i]用水單元[j]河段的需水量;[QSijt]表示[t]時段[i]用水單元從[j]河段的取水量;[I]為用水單元總數(shù);[J]為河段總數(shù);[QRjt]為[t]時段[j]河段下斷面的下泄量;[DEjt]為[t]時段[j]河段河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量或防凌需水量。

該模型可以計算滿足河道內(nèi)的生態(tài)流量需求時的供水系統(tǒng)最小缺水率，可有效提高黃河水資源利用率。但由于區(qū)域水資源調(diào)配問題的復(fù)雜性，用水單元權(quán)重指標(biāo)的選取以及河段配水權(quán)重等都需要進一步計算。

3 合理利用水資源的對策與建議

通過對水資源高效利用的數(shù)學(xué)模型的對比分析，我們可以在計算過程中選擇合適的模型得到最優(yōu)的水資源配置方案。在日常水資源利用與管理方面，可以從以下幾個方面進行探討。

3.1 水資源管理信息化、科學(xué)化、現(xiàn)代化

加快智慧水利建設(shè)，提高水資源監(jiān)管信息化水平。改變思維方式，打破傳統(tǒng)的管理理念，將現(xiàn)代數(shù)字信息技術(shù)以及決策新機制應(yīng)用到水資源管理上來，通過先進的信息化技術(shù)手段獲得水資源活動特征和發(fā)展變化的信息，替代原先的物理監(jiān)測和人工分析評價，可以減少投入，提高準(zhǔn)確度，使水資源管理更為科學(xué)化、合理化。許波劉等[5]按照決策支持系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的要求，將數(shù)據(jù)庫進行分類，滿足了不同類型的用戶對數(shù)據(jù)庫的訪問與操作要求等，其技術(shù)成果可為引黃灌區(qū)水資源監(jiān)控數(shù)字化建設(shè)提供技術(shù)支持。

3.2 大力推廣節(jié)水灌溉技術(shù)

黃河流域農(nóng)業(yè)用水需求量大，但人們節(jié)水意識淡薄、灌溉方式落后，造成引水輸水過程中水資源的浪費。應(yīng)積極宣傳，提高群眾節(jié)水意識，引導(dǎo)群眾利用井渠結(jié)合等新型灌溉方式，井渠灌溉可以減少地表用水，增加地下水埋深，減少蒸發(fā)損失，控制土壤鹽堿化等。大力推廣灌區(qū)噴灌、滴灌、低壓管灌溉等先進的節(jié)水技術(shù)，充分吸取我國西部地區(qū)節(jié)水灌溉的經(jīng)驗，形成引黃灌區(qū)的高效農(nóng)業(yè)節(jié)水體系，提高灌溉效率[6]。

3.3 合理利用非常規(guī)水資源

用好用活黃河水，積極開發(fā)利用中水和地下咸水等非常規(guī)水資源，做到一水多用、多水聯(lián)供和循環(huán)利用，緩解工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與保護區(qū)生態(tài)用水的矛盾。咸水等非常規(guī)水灌溉在我國新疆、內(nèi)蒙古等地得到廣泛的研究與應(yīng)用，事實證明在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，非常規(guī)水資源對作物長勢、產(chǎn)量、果實品質(zhì)等具有一定的促進作用。因此，可將灌區(qū)內(nèi)微咸水等非常規(guī)水資源作為淡水資源開發(fā)利用，通過冰晶融凍等技術(shù)使之達到農(nóng)業(yè)灌溉用水等標(biāo)準(zhǔn)，緩解地區(qū)水資源危機。

3.4 加強社會環(huán)境的呼應(yīng)關(guān)系

多舉措加強社會公眾參與水資源監(jiān)督管理的力度，提高人民群眾的節(jié)水護水意識。以水定需，提高生產(chǎn)生活用水效率，抑制不合理用水需求，落實用水總量控制和定額管理，完善水資源有償使用制度。深化水資源稅改革，推進農(nóng)業(yè)水、生活用水和工業(yè)用水水價綜合改革，健全農(nóng)業(yè)水價形成機制、精準(zhǔn)補貼機制。抓好企業(yè)用水排水規(guī)范意識，提高水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，防治水污染，保護水環(huán)境。

3.5 依托河長制湖長制，多部門協(xié)同治理

通過河長制湖長制，黃河管理部門與地方政府等多部門聯(lián)合治理，通過專項行動集中解決灌區(qū)內(nèi)的“四亂”問題，營造良好的黃河、東平湖等河湖生態(tài)空間，優(yōu)化灌區(qū)水資源配置格局。制定規(guī)劃水資源論證管理辦法，嚴格控制用水總量和取水許可限批，促進實現(xiàn)水資源動態(tài)監(jiān)管。加強流域內(nèi)取用水戶監(jiān)督檢查，及時發(fā)現(xiàn)并處置違規(guī)取用水行為，維護良好的水資源管理與調(diào)度秩序。

4 結(jié)語

目前山東引黃灌區(qū)需要將現(xiàn)代化的信息技術(shù)引入到水資源實時調(diào)度系統(tǒng)中，進行實時監(jiān)管，加強決策系統(tǒng)建設(shè)，鼓勵技術(shù)人員深入對水資源優(yōu)化模型的改進研究，探索更加簡易的模型求解程序，以加強水資源調(diào)度規(guī)劃的合理性，進一步提高水資源利用效率。出臺各類措施提高社會公眾水資源管理監(jiān)督的參與度，并將節(jié)約用水的理念深入人心，從根本上抑制不合理用水需求。加強政府監(jiān)管執(zhí)法能力，推動相關(guān)法律政策的實施，加強黃河流域水行政執(zhí)法，推動以生態(tài)、經(jīng)濟、健康為核心的灌區(qū)水資源可持續(xù)利用與發(fā)展。因灌區(qū)的水資源配置工程面廣而復(fù)雜，涉及生產(chǎn)與生活、時間與區(qū)域、作物與水源等方面的配置，水資源的調(diào)配目標(biāo)多樣化與環(huán)境需水的關(guān)系等問題仍需進一步研究。

參考文獻：

[1]李福軍.山東黃河水資源配置與調(diào)度管理淺析[D].濟南：山東大學(xué)，2017.

[2]宮永波.引黃灌區(qū)水資源優(yōu)化研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2001.

[3]彭少明，鄭小康，王煜，等.黃河流域水資源-能源-糧食的協(xié)同優(yōu)化[J].水科學(xué)進展，2017（5）：681-690.

[4]張翔宇，董增川，宋瑞明，等.黃河流域干流河段水資源調(diào)配多目標(biāo)優(yōu)化模型[J].長江科學(xué)院院報，2017（11）：18-22.

[5]許波劉，董增川，洪嫻，等.黃河流域水資源調(diào)配決策支持系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫開發(fā)[J].水電能源學(xué)，2017（5）：175-178.

[6]馬習(xí)賀，王振華，何新林，等.大型灌區(qū)自壓輸水管道水錘防護措施研究進展[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018（2）：288-294.