平遙縣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉規(guī)劃與水資源空間均衡分析

任學(xué)強(qiáng)

(山西省平遙縣水利局，山西 平遙 031100)

平遙縣位于我國(guó)山西省的中部區(qū)域，與汾陽(yáng)、祁縣等城市相連接，雖然地形相對(duì)較為復(fù)雜，但是多平坦區(qū)域，農(nóng)業(yè)發(fā)展較好。平遙縣的自然環(huán)境以及溫度都很適合農(nóng)業(yè)的開展。但是唯一存在的缺陷是降水較少，境內(nèi)平均年降水量?jī)H山西省總降水量的0.49%，屬于偏少的狀態(tài)，并且降水分布極為不均，大致呈現(xiàn)出由東北向西南逐漸遞減的趨勢(shì)。近幾年來(lái)，為了解決水資源矛盾的相關(guān)問(wèn)題，加快農(nóng)業(yè)發(fā)展的進(jìn)程，擴(kuò)大種植范圍，對(duì)平遙縣的農(nóng)業(yè)建設(shè)以及資源壓力的緩解投入了大量的人力、物力以及財(cái)力[1]。并在此基礎(chǔ)上，大力擴(kuò)建水利工程，全面發(fā)展節(jié)水灌溉事業(yè)。依照平遙縣的地形特征，可以利用滴灌、管灌以及噴灌等方式引入水資源，再通過(guò)特殊的設(shè)備儀器灌溉到農(nóng)田中。這樣的模式不適用于所有的農(nóng)業(yè)灌溉，需要依據(jù)實(shí)際情況并根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢靡约暗刭|(zhì)特征來(lái)構(gòu)建，使其符合新時(shí)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求，進(jìn)一步提升我國(guó)農(nóng)業(yè)水利灌溉能力以及農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力[2]。雖然，平遙縣的水資源調(diào)配結(jié)構(gòu)發(fā)展得較為迅速，也較大地緩解了水資源壓力，但是在實(shí)施的過(guò)程中，仍然存在一些實(shí)際性的問(wèn)題，影響著農(nóng)業(yè)發(fā)展的最終效果。例如：灌溉結(jié)構(gòu)不合理、管理機(jī)制存在漏洞、規(guī)劃不夠科學(xué)等。這也更加體現(xiàn)了優(yōu)化農(nóng)業(yè)水利工程，發(fā)展水資源空間調(diào)配的重要性。首先，需要在有限的空間中盡量節(jié)約灌溉性的水資源。我國(guó)雖然具有十分遼闊的國(guó)土面積，但是在水資源方面卻一直處于短缺的狀態(tài)，加之我國(guó)農(nóng)田面積較多，需要大量的水資源進(jìn)行灌溉，這也在一定程度上加大了水資源規(guī)劃調(diào)配的壓力。其次，隨著新時(shí)代的到來(lái)，人們的經(jīng)濟(jì)狀況以及生活水平也在不斷提升，這也使得日常生活用水逐漸出現(xiàn)增多的趨勢(shì)，導(dǎo)致水資源短缺的問(wèn)題進(jìn)一步加劇[3]。在農(nóng)業(yè)發(fā)展生產(chǎn)的過(guò)程中，水源灌溉是一項(xiàng)十分關(guān)鍵的工作，可以幫助農(nóng)作物生長(zhǎng)得更加迅速，并對(duì)農(nóng)作物起到一定的加固作用[4]。但是如果農(nóng)作物的生長(zhǎng)缺乏充足的水資源，那將會(huì)導(dǎo)致大面積枯萎，最終干旱致死，將極大地阻礙農(nóng)業(yè)發(fā)展，影響農(nóng)民收成。因此，有必要對(duì)平遙縣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉規(guī)劃與水資源空間均衡進(jìn)行研究分析，利用科學(xué)的方式作出灌溉規(guī)劃方案，并利用較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪Ｊ綄?duì)農(nóng)業(yè)水利進(jìn)行重新建設(shè)，再對(duì)平遙縣農(nóng)業(yè)水資源進(jìn)行更加詳細(xì)的空間分析，以進(jìn)一步控制水資源的浪費(fèi)的問(wèn)題，制定解決方案，進(jìn)而使平遙縣的水利條件得到改善。

1 平遙縣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉規(guī)劃探究

1.1 設(shè)立規(guī)劃目標(biāo)

對(duì)于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉規(guī)劃，需要依據(jù)實(shí)際情況，建立對(duì)應(yīng)目標(biāo)和原則結(jié)構(gòu)?？梢愿鶕?jù)ET的控制標(biāo)準(zhǔn)，編制平遙縣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉規(guī)劃，通過(guò)更改相關(guān)的灌溉面積、調(diào)整傳統(tǒng)的灌溉手段，并且在原有的基礎(chǔ)上實(shí)施節(jié)約農(nóng)業(yè)用水以及優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)等措施，以此來(lái)滿足不同階段的農(nóng)業(yè)灌溉需求，從而樹立更為靈活的規(guī)劃目標(biāo)。首先，可以從減少地下水開采、合理利用現(xiàn)有水資源等方面開始分析，目前階段，我國(guó)提倡可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)目標(biāo)，農(nóng)業(yè)灌溉也要遵循這一目標(biāo)。建設(shè)合理的循環(huán)用水結(jié)構(gòu)，在有限的水資源調(diào)配空間之內(nèi)，將其價(jià)值發(fā)揮到最大[5]，并且形成循環(huán)用水的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升水資源的利用效率，并在一定程度上增強(qiáng)農(nóng)業(yè)用水的現(xiàn)實(shí)效益，以實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用。在這樣的規(guī)劃目標(biāo)下，不僅可以更快地完善可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)，還能夠減少綜合農(nóng)業(yè)用水以及耗水的總量，形成資源性節(jié)水的體系，優(yōu)化轉(zhuǎn)移為社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善的可利用水資源量。

1.2 建設(shè)規(guī)劃原則

在設(shè)立好規(guī)劃目標(biāo)之后，需要依據(jù)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)和平遙縣實(shí)際的農(nóng)業(yè)發(fā)展情況，制定相關(guān)的規(guī)劃原則。首先，在原本農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，需要重新統(tǒng)籌以灌溉紅線和耗水紅線為主要限制條件的目標(biāo)結(jié)構(gòu)。這部分主要是將平遙縣的農(nóng)業(yè)水利建設(shè)分為灌溉部分和消耗控制部分。依據(jù)原本灌溉的基礎(chǔ)水量制定實(shí)際的灌溉標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)進(jìn)行消耗水量的管理和控制，以此作為基礎(chǔ)規(guī)劃原則。其次，在設(shè)立基礎(chǔ)規(guī)劃原則之后，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件以及降水情況，再結(jié)合種植作物的種類，進(jìn)行深層次規(guī)劃原則的建設(shè)[6-7]?？梢圆捎玫喂唷姽嗟确绞綄?shí)施灌溉，并在合理的范圍之內(nèi)，盡量節(jié)省水資源。然后，在種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的過(guò)程中，還需要遵循聚集節(jié)水的原則，將同種類的農(nóng)作物規(guī)劃在一個(gè)區(qū)域進(jìn)行種植，這在一定程度上也會(huì)提升節(jié)水灌溉的效率和質(zhì)量，同時(shí)減少對(duì)應(yīng)的工作量。最后，在兩部分規(guī)劃原則的基礎(chǔ)上，確定耗水定額。具體見表1。

表1 平遙縣主要農(nóng)作物耗水定額標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)表1中的數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)，確立平遙縣耗水定額，并將其添加在規(guī)劃原則之中。每次進(jìn)行節(jié)水灌溉的時(shí)候，根據(jù)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，將耗水量控制在這個(gè)范圍之內(nèi)即可。

1.3 制定規(guī)劃方案

在制定規(guī)劃目標(biāo)以及規(guī)劃原則之后，制定符合要求的規(guī)劃方案?？梢詫⑵竭b縣內(nèi)的農(nóng)作物進(jìn)行調(diào)研分析，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)信息作出匯總整合，并依據(jù)不同的農(nóng)作物類型將種植區(qū)域劃分為不同的管控區(qū)劃[8-9]。不同的區(qū)域內(nèi)，農(nóng)作物日常的用水量也是各不相同的。對(duì)應(yīng)的水量置換公式為：

(1)

式中，D—置換率；α—應(yīng)用比值；z—最低耗水量，m3。通過(guò)以上計(jì)算，得出對(duì)應(yīng)的置換率。利用置換率對(duì)不同區(qū)域的耗水量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。每年都會(huì)以實(shí)際的降水量，設(shè)定年降水量紅線。但是如果實(shí)際情況存在不同，例如：降水量未達(dá)到固定的標(biāo)準(zhǔn)或者水量過(guò)高等，可以適當(dāng)調(diào)整年水量紅線，以保證農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)。然后，進(jìn)行節(jié)水規(guī)劃效益的估算比值分析，見表2。

表2 節(jié)水規(guī)劃效益估算比值分析

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)信息，可以分析規(guī)劃效益的估算比值，依據(jù)實(shí)際的估算數(shù)值，制定水量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而完成規(guī)劃方案的實(shí)施。

2 水資源空間均衡分析

2.1 水資源負(fù)載指數(shù)的計(jì)算

在進(jìn)行水資源空間均衡分析之前，需要先了解平遙縣農(nóng)業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況，再確立水資源的負(fù)載指數(shù)。水資源的負(fù)載指數(shù)通常是指水資源的分布情況以及對(duì)應(yīng)的負(fù)載程度。一般情況下，它可以很好地反映水資源時(shí)空分布、應(yīng)用范圍以及開發(fā)的難易程度。利用所獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行均衡值的分析研究，同時(shí)作出對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)。負(fù)載均值的計(jì)算公式為：

(2)

式中，H—負(fù)載均值；s—應(yīng)用程度；g—范圍指數(shù)；k—均衡比值。

通過(guò)以上計(jì)算，得出實(shí)際的負(fù)載均值。然后，在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)進(jìn)行負(fù)載指數(shù)的計(jì)算，公式為：

(3)

式中，V—實(shí)際應(yīng)用的負(fù)載指數(shù)；β—降水系數(shù)；θ—水資源總量，m3。

通過(guò)以上分析計(jì)算，得出最終的負(fù)載指數(shù)。將這個(gè)數(shù)值作為農(nóng)業(yè)灌溉的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，添加在規(guī)劃方案之中。然后，制定對(duì)應(yīng)的水土資源匹配程度。農(nóng)業(yè)水土資源的匹配關(guān)系是由實(shí)際的系數(shù)來(lái)表達(dá)的，并且代表著平均公頃土地水資源的用量，同時(shí)也反映水資源與農(nóng)田的相互匹配程度。水土資源的匹配系數(shù)越大，表明該區(qū)域的水資源儲(chǔ)備量越豐富，反之，匹配系數(shù)越小，表明對(duì)應(yīng)的水量越少，在這樣的背景下，越不利于農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，需要使匹配系數(shù)與負(fù)載指數(shù)相互均衡，才能夠更好地實(shí)施農(nóng)業(yè)灌溉活動(dòng)。

2.2 復(fù)合空間均衡分析模型構(gòu)建

在完成水資源負(fù)載指數(shù)的計(jì)算后，建立復(fù)合空間均衡分析模型。根據(jù)計(jì)算得出的負(fù)載指數(shù)構(gòu)建一個(gè)分析處理結(jié)構(gòu)，以保證模型在分析時(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力?？梢赃x取幾個(gè)較為真實(shí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)作為模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)指標(biāo)，見表3。

表3 分析評(píng)價(jià)基礎(chǔ)指標(biāo)

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)，建立對(duì)應(yīng)的分析處理結(jié)構(gòu)，明確相關(guān)的正項(xiàng)指標(biāo)，完成空間均衡結(jié)構(gòu)的刻畫?；嵯禂?shù)的計(jì)算公式為：

(4)

式中，J—基尼系數(shù)；U—復(fù)合刻畫函數(shù)；t—應(yīng)變比值；x—消除實(shí)測(cè)比；y—標(biāo)準(zhǔn)效益值。

通過(guò)以上計(jì)算，得出實(shí)際的基尼系數(shù)。將基尼系數(shù)添加在對(duì)應(yīng)的模型之中，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)算。除此之外，在均衡分析模型之中，還需要添加相應(yīng)的約束條件，例如：用水量極限值、耗水比值、應(yīng)用誤差水量測(cè)算的誤差系數(shù)等。這些約束條件的建立，可以提升模型的均衡分析效果，并提升對(duì)應(yīng)的測(cè)算機(jī)制的精準(zhǔn)值，對(duì)于簡(jiǎn)單的水資源調(diào)配問(wèn)題，可以快速地解決，而對(duì)于相對(duì)較為復(fù)雜的水資源問(wèn)題，則可以詳細(xì)地作出分析調(diào)整，獲取到最為貼切、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鼋Y(jié)果，形成復(fù)合均衡分析模型。

2.3 度量法實(shí)現(xiàn)水資源空間均衡分析

在完成復(fù)合空間均衡分析模型的構(gòu)建之后，需要利用度量法實(shí)現(xiàn)水資源空間均衡的具體分析。首先，度量法對(duì)需要規(guī)劃的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的初期獲取，然后，再利用這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分層次地均衡處理，以此來(lái)達(dá)到最終的分析目標(biāo)[10-11]。通過(guò)度量法對(duì)水資源的空間配置結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，分別為空間調(diào)配基礎(chǔ)層、空間分布處理層、總調(diào)配層。這3層分別反映農(nóng)業(yè)水資源空間分布以及處理所呈現(xiàn)的一種靈活的狀態(tài)，可以進(jìn)一步提升水資源調(diào)配分布的效率和質(zhì)量。完成空間結(jié)構(gòu)的劃分之后，可以通過(guò)極限差值矩陣來(lái)完善模型的分析結(jié)果。在設(shè)計(jì)矩陣時(shí)，需要設(shè)立一種應(yīng)用分析算法，公式為：

(5)

(6)

(7)

式中，F(xiàn)、N、B—應(yīng)用均衡實(shí)測(cè)比值；c—測(cè)算應(yīng)變值；ω—誤差數(shù)值。

通過(guò)以上計(jì)算，最終得出應(yīng)用均衡實(shí)測(cè)比值。利用模型中所獲取的原始數(shù)據(jù)信息，制定實(shí)際的均衡分析標(biāo)準(zhǔn)。將原本的空間均衡系數(shù)分為正方向分析值和負(fù)方向分析值以及0值。這3個(gè)階段分別代表著水資源空間均衡的3種分布狀態(tài)，正向分析值表示最大值的水資源分布狀態(tài)，負(fù)向分析值表示最小值的水資源分布狀態(tài)，而0則代表水資源的分布處于相對(duì)較為均衡的狀態(tài)。因此，所得出的實(shí)際數(shù)值越接近0，代表水資源的空間分布越均衡。在實(shí)際的空間范圍之內(nèi)，利用分析模型，進(jìn)行空間點(diǎn)的度量，并計(jì)算度量權(quán)重值，公式為：

(8)

式中，Y—度量權(quán)重值；γ—均衡系數(shù)；r—權(quán)重比值；R—表征函數(shù)。

通過(guò)以上計(jì)算，可以最終得出實(shí)際的度量權(quán)重值。利用這個(gè)數(shù)值作為衡量水資源平衡的標(biāo)準(zhǔn)，并以此來(lái)完成最終的空間均衡分析。

3 實(shí)例分析

3.1 A地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源情況

A地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展情況較為復(fù)雜，雖然農(nóng)田面積十分廣闊，農(nóng)作物品種也較為多樣化。但是卻存在一些實(shí)際應(yīng)用上的問(wèn)題，影響最為廣泛的是水資源的調(diào)配以及控制問(wèn)題。A地區(qū)地廣人稀，農(nóng)田廣闊，非常適宜發(fā)展農(nóng)業(yè)，但是境內(nèi)的河流較少，年降水量也十分有限，缺乏水資源，一定程度上阻礙本地農(nóng)業(yè)的發(fā)展。尤其是近幾年來(lái)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及人們生活水平的提高，水資源的需求也在不斷增大，生活用水量逐年攀升。這也給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)用水造成了一定的壓力，不利于其向著新型可持續(xù)農(nóng)業(yè)的方向發(fā)展。

3.2 A市農(nóng)業(yè)水資源空間均衡分析

在對(duì)A市農(nóng)業(yè)水資源基本情況進(jìn)行了解之后，依據(jù)以上得出的信息，進(jìn)行水資源的空間均衡分析。需要先確立對(duì)應(yīng)的負(fù)載指數(shù)，以此建立均衡分析的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)，然后，將獲取的數(shù)據(jù)添加到模型之中，進(jìn)行深層次的分析測(cè)算，需要計(jì)算空間均衡系數(shù)，公式為：

(9)

式中，G—空間均衡系數(shù)；—均等函數(shù)；s—水資源的實(shí)際利用率；λ—慣性調(diào)配指數(shù)。

通過(guò)以上計(jì)算，可以得出實(shí)際的空間均衡系數(shù)。將此作為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行具體的空間分析?？梢詮乃Y源的分布、境內(nèi)河流的流向以及灌溉方式等方面作出分析。對(duì)不同面積的農(nóng)業(yè)區(qū)域進(jìn)行對(duì)比分析，并得出最終的分析結(jié)果。

3.3 空間均衡分析結(jié)果討論

通過(guò)以上的分析，得出具體的結(jié)果，具體數(shù)據(jù)信息見表4。

表4 空間均衡分析結(jié)果

根據(jù)表4中的對(duì)比結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：對(duì)于不同農(nóng)田面積最終計(jì)算出來(lái)的空間均衡系數(shù)都接近于標(biāo)準(zhǔn)的分析系數(shù)，這表明相對(duì)應(yīng)的空間均衡分析方法較為準(zhǔn)確，并且效果也很好，具有一定的應(yīng)用意義。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，便是對(duì)平遙縣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉規(guī)劃與水資源空間均衡的分析過(guò)程。由于我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展得較為迅速，使得人們對(duì)于水資源的需求量，更是逐年增長(zhǎng)。平遙縣農(nóng)田面積非常廣闊，占山西省農(nóng)田總面積的1.24%，但降水分布不均勻，這使得此地區(qū)的農(nóng)業(yè)水利灌溉問(wèn)題成為一大難題，如果不盡快加以解決，一定程度上會(huì)影響新時(shí)代農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。所以，近幾年來(lái)，此地區(qū)利用科學(xué)的方法制定灌溉規(guī)劃，并通過(guò)較為全面的方法對(duì)水資源的空間均衡情況進(jìn)行分析，以此來(lái)提升平遙縣總體的農(nóng)業(yè)發(fā)展水平，完善農(nóng)業(yè)水利結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)對(duì)應(yīng)的發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)力。