李琳琳， 岳春芳，張勝江

(1.烏魯木齊市水業(yè)建設投資有限公司，烏魯木齊 830052；2.新疆農業(yè)大學，烏魯木齊 830052；3.新疆水利水電科學研究院，烏魯木齊 830052)

2015年中央1號文件指出，我國農業(yè)資源短缺，開發(fā)過度、污染加重，如何在資源環(huán)境硬約束下保障農產品有效供給和質量安全、提升農業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力，是必須應對的一個重大挑戰(zhàn)。新疆農業(yè)用水存在灌溉方式不合理、管理制度不完善、農業(yè)水資源在開發(fā)利用過程中缺乏全流域的統(tǒng)一規(guī)劃與調度。因此，除了改變農業(yè)灌溉用水方式，加強農業(yè)用水管理、合理規(guī)劃外，還需要合理利用水資源，將有限的農業(yè)水資源進行公平、合理、有效的配置[1]。如何在農業(yè)水資源實行總量控制的約束下，對灌區(qū)地表水、地下水資源進行合理的分配，提高農業(yè)水資源開發(fā)利用效率，提升農業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力，有著重要的理論和實際意義[2]。

1 需水分析

根據喀什市各用水行業(yè)指標，喀什市城鄉(xiāng)生活及工業(yè)等非農用水總量為4 001萬m3。喀什市農業(yè)需水鄉(xiāng)鎮(zhèn)包括六鄉(xiāng)兩鎮(zhèn)，即多來特巴格鄉(xiāng)、浩罕鄉(xiāng)、色滿鄉(xiāng)、荒地鄉(xiāng)、帕哈太克里鄉(xiāng)、拜什克然木鄉(xiāng)，乃則巴格鎮(zhèn)和夏馬勒巴格鎮(zhèn)?？κ彩懈鬣l(xiāng)鎮(zhèn)種植的農作物劃分成玉米、小麥、棉花、瓜果、蔬菜、牧草、果園、林地8大類，根據各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農作物種植面積、作物灌溉制度，可以計算出喀什市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農業(yè)需水量，見表1，將需水量進行細化，分配到各旬，得到各鄉(xiāng)各旬的農業(yè)需水量。

表1 喀什市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農業(yè)需水量 萬m3

注： 1月、2月、12月農作物不需灌水。

2 來水分析

(1)河道來水。每天的河道來水為隨機變量，喀什市各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)按一定的比例從河道中引水，各鄉(xiāng)引水比例參照歷年引水比例，通過各鄉(xiāng)引水比例可以得出每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的引水量。

(2)上游水庫調節(jié)放水和地下水。當喀什市鄉(xiāng)鎮(zhèn)引水量不能滿足灌溉需水時，首先判斷水庫庫存，利用水庫調節(jié)放水達到灌溉需求；若水庫放水后灌溉仍有缺水，則需開采地下水。

3 水量分配

根據自治區(qū)實施最嚴格水資源管理對喀什地區(qū)各業(yè)2020年用水限額分配，在滿足城鄉(xiāng)生活及工業(yè)用水總量4 001萬m3基礎上，得出喀什經濟區(qū)供水總量限額為31 306.42萬m3，其中地表水限額16 776.76萬m3，地下水限額13 792.43萬m3，其他水源737.22萬m3。

3.1 分配目標

喀什市農業(yè)水資源分配以滿足各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農業(yè)需水為目標，合理地利用河道水、水庫水及地下水，以地表水、地下水用水限額為約束，以旬為尺度，按照一定的規(guī)則進行水量分配，同時還要保證地下水供水不能小于最小供水量限制，最終實現實際年供水量不超過限額。

3.2 約束條件

水庫庫容的約束。

0≤KR(j)≤300

(1)

水庫水量平衡約束。

KR(j)=KR(j-1)+X(j)-FS(j)

(2)

式中：KR(j)代表水庫每天的庫容；FS(j)代表水庫每天調節(jié)放水量，即水庫當天庫存值為前一天的水庫庫存+當天水庫蓄水量-當天水庫調節(jié)放水量，j取1～360。

供水限額的約束。

4 600≤dxs≤13 792.43

(3)

dbs<16 776.76

(4)

dxsfeng<4 220

(5)

式中：dxs代表喀什經濟區(qū)地下水供水總量，為了避免全部由地表水供水，利用lingo軟件測算出地下水供水的最小值4 600萬m3；dxsfeng代表喀什經濟區(qū)月地下水開采峰值，為了避免地表水、地下水供水兩極分化造成某月地下水開采過度，利用lingo軟件測算出月地下水開采峰值的最大值4 220萬m3；dbs代表喀什經濟區(qū)地表水可供水總量。

3.3 分配規(guī)則

喀什經濟區(qū)地下水地表水聯合調度與以往不同的是將按月進行調度細化到旬調度，更加注重實際水庫調度的可操作性。將喀什市水庫來水按各鄉(xiāng)鎮(zhèn)引水比例分到各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)支渠，再按各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農業(yè)需水量進行分配；每月按30 d計，以10 d為一個單位，如果第一個10 d來水大于需水量，則根據余水情況，按需水量的10%多分一些水，以彌補后10 d來水的不足；如果第一個10 d來水小于需水量，暫時不需水庫調度放水或開采地下水，待后10 d來水量觀察，若后10 d來水大于需水量，則后10 d可以多分一些水，以彌補前10 d來水的不足，若后10 d來水依舊小于需水量，此時可以優(yōu)先考慮利用水庫庫存放水，如果水庫庫存小于缺水，則開采地下水。以此進行10 d一平衡20 d一校核。

6-8月供水優(yōu)先由河道供水，不足的水由水庫供水，若水庫供水之后還有缺水，則開采地下水。四五月份地下水地表水以一定的比例聯合配水，不足的水由水庫供水，若水庫供水之后還有缺水，再開采地下水。

通過lingo軟件進行地下水地表水聯合調度比例的測算，試算結果發(fā)現，控制年地下水開采總量對主要月份(4、5月)的供水比例影響較小，測算結果對主要月份(4、5月)的月地下水開采峰值有較強的敏感性，此外，在6-10月的比例變動中，由于這些月份出現缺水的情況并不常見，因此模型測算的比例只適用于惡劣條件下的枯水月份，而大部分情況的水量調度將不采用6-10月中出現的比例系數，因此根據測算結果4月份地下水地表水聯合調度比例取0.516，5月份地下水地表水聯合調度比例取0.416，9月份作為調節(jié)調度月，設置的目的是為了如果前8個下水開采總量小于最少地下水開采總量的限制，可以在9月份進行調整，確保滿足地下水最少開采總量的限制，其他月份根據具體需要進行調度。在整個過程中，每月每旬各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)獨立進行，每月末累積計算這8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的地下水開采總量，不得超過4 220萬m3，如果月地下水開采量超過4 220 萬m3，超過部分暫作為該月份調度缺水量，利用各鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間的水量置換，將引水量較多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)的余水調到有暫時缺水的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，鄉(xiāng)與鄉(xiāng)之間的水量置換優(yōu)先權大于鄉(xiāng)與鎮(zhèn)之間的水量置換優(yōu)先權，鄉(xiāng)與鄉(xiāng)之間、鎮(zhèn)與鎮(zhèn)之間進行置換，當鄉(xiāng)與鄉(xiāng)之間進行水量置換后，仍有余水，再補給給鎮(zhèn)，在置換過程中，控制前8個月地表水用水總量不得超過限額的90%，若置換結束后，仍有缺水則作為最終缺水量。分配計算流程圖如圖1所示，水量分配結果見表2。

將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地表水、地下水匯總，匯總結果見表3。從表3可以看出來，地表水、地下水用水總量都在限額的控制范圍內。

4 結 語

基于供水總量控制下的水量分配，有利于保障水資源可持續(xù)利用，提高灌區(qū)水資源開發(fā)利用效率，農業(yè)用水協(xié)調好地表水-地下水聯合調度是執(zhí)行限額供水的一個重要手段。但是此分配方案有一定的缺陷并沒有考慮實際操作中的難易程度，由于機電井的所有權、使用權比較復雜，管理難度很大，沒有全面施行取水許可和用水定額制度，沒有一井一表計量，地下水實際開采量無法準確統(tǒng)計，難以做到對地下水資源的有效管理。要想從根本上解決水資源配置問題還需不斷地完善流域規(guī)劃。

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圖1 分配計算流程圖

表2 水量分配結果 萬m3

續(xù)表2 水量分配結果 萬m3

表3 地表水、地下水用水總量 萬m3

[1] 莫俊明,岳春芳,吾買爾·吐爾遜,等.基于動態(tài)規(guī)劃法的金溝河流域農業(yè)水資源配置[J].節(jié)水灌溉,2011,(5):34-36,40.

[2] 艾力米古力·艾薩,張勝江,岳春芳. 基于供水限額的喀什噶爾河流域水資源合理配置[J]. 水資源與水工程學報,2013,(2):43-45,49.