基于供水限額的喀什市農(nóng)業(yè)水量分配

李琳琳， 岳春芳，張勝江

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

2015年中央1號(hào)文件指出，我國農(nóng)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(nóng)產(chǎn)品有效供給和質(zhì)量安全、提升農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力，是必須應(yīng)對的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。新疆農(nóng)業(yè)用水存在灌溉方式不合理、管理制度不完善、農(nóng)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(diào)度。因此，除了改變農(nóng)業(yè)灌溉用水方式，加強(qiáng)農(nóng)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(nóng)業(yè)水資源進(jìn)行公平、合理、有效的配置[1]。如何在農(nóng)業(yè)水資源實(shí)行總量控制的約束下，對灌區(qū)地表水、地下水資源進(jìn)行合理的分配，提高農(nóng)業(yè)水資源開發(fā)利用效率，提升農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力，有著重要的理論和實(shí)際意義[2]。

1 需水分析

根據(jù)喀什市各用水行業(yè)指標(biāo)，喀什市城鄉(xiāng)生活及工業(yè)等非農(nóng)用水總量為4 001萬m3?？κ彩修r(nóng)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(nóng)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(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)作物種植面積、作物灌溉制度，可以計(jì)算出喀什市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)需水量，見表1，將需水量進(jìn)行細(xì)化，分配到各旬，得到各鄉(xiāng)各旬的農(nóng)業(yè)需水量。

表1 喀什市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)需水量 萬m3

注： 1月、2月、12月農(nóng)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(jī)變量，喀什市各個(gè)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(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的引水量。

(2)上游水庫調(diào)節(jié)放水和地下水。當(dāng)喀什市鄉(xiāng)鎮(zhèn)引水量不能滿足灌溉需水時(shí)，首先判斷水庫庫存，利用水庫調(diào)節(jié)放水達(dá)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(jù)自治區(qū)實(shí)施最嚴(yán)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(chǔ)上，得出喀什經(jīng)濟(jì)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(biāo)

喀什市農(nóng)業(yè)水資源分配以滿足各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)需水為目標(biāo)，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(jìn)行水量分配，同時(shí)還要保證地下水供水不能小于最小供水量限制，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)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(diào)節(jié)放水量，即水庫當(dāng)天庫存值為前一天的水庫庫存+當(dāng)天水庫蓄水量-當(dāng)天水庫調(diào)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(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)區(qū)地表水可供水總量。

3.3 分配規(guī)則

喀什經(jīng)濟(jì)區(qū)地下水地表水聯(lián)合調(diào)度與以往不同的是將按月進(jìn)行調(diào)度細(xì)化到旬調(diào)度，更加注重實(shí)際水庫調(diào)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(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)支渠，再按各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)需水量進(jìn)行分配；每月按30 d計(jì)，以10 d為一個(gè)單位，如果第一個(gè)10 d來水大于需水量，則根據(jù)余水情況，按需水量的10%多分一些水，以彌補(bǔ)后10 d來水的不足；如果第一個(gè)10 d來水小于需水量，暫時(shí)不需水庫調(diào)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(bǔ)前10 d來水的不足，若后10 d來水依舊小于需水量，此時(shí)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(jìn)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(lián)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(jìn)行地下水地表水聯(lián)合調(diào)度比例的測算，試算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(jié)果對主要月份(4、5月)的月地下水開采峰值有較強(qiáng)的敏感性，此外，在6-10月的比例變動(dòng)中，由于這些月份出現(xiàn)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(diào)度將不采用6-10月中出現(xiàn)的比例系數(shù)，因此根據(jù)測算結(jié)果4月份地下水地表水聯(lián)合調(diào)度比例取0.516，5月份地下水地表水聯(lián)合調(diào)度比例取0.416，9月份作為調(diào)節(jié)調(diào)度月，設(shè)置的目的是為了如果前8個(gè)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(jìn)行調(diào)整，確保滿足地下水最少開采總量的限制，其他月份根據(jù)具體需要進(jìn)行調(diào)度。在整個(gè)過程中，每月每旬各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)獨(dú)立進(jìn)行，每月末累積計(jì)算這8個(gè)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(diào)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(diào)到有暫時(shí)缺水的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，鄉(xiāng)與鄉(xiāng)之間的水量置換優(yōu)先權(quán)大于鄉(xiāng)與鎮(zhèn)之間的水量置換優(yōu)先權(quán)，鄉(xiāng)與鄉(xiāng)之間、鎮(zhèn)與鎮(zhèn)之間進(jìn)行置換，當(dāng)鄉(xiāng)與鄉(xiāng)之間進(jìn)行水量置換后，仍有余水，再補(bǔ)給給鎮(zhèn)，在置換過程中，控制前8個(gè)月地表水用水總量不得超過限額的90%，若置換結(jié)束后，仍有缺水則作為最終缺水量。分配計(jì)算流程圖如圖1所示，水量分配結(jié)果見表2。

將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地表水、地下水匯總，匯總結(jié)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(nèi)。

4 結(jié) 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(nóng)業(yè)用水協(xié)調(diào)好地表水-地下水聯(lián)合調(diào)度是執(zhí)行限額供水的一個(gè)重要手段。但是此分配方案有一定的缺陷并沒有考慮實(shí)際操作中的難易程度，由于機(jī)電井的所有權(quán)、使用權(quán)比較復(fù)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(jì)量，地下水實(shí)際開采量無法準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，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(jì)算流程圖

表2 水量分配結(jié)果 萬m3

續(xù)表2 水量分配結(jié)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(dòng)態(tài)規(guī)劃法的金溝河流域農(nóng)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(xué)報(bào),2013,(2):43-45,49.