水資源高效利用分析

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摘要：山東引黃灌區是山東工農業發展的重要基地，但灌區內存在水資源開發利用不平衡，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，節水灌溉發展緩慢，無法實施充分灌溉，缺乏節水積極性等問題，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水資源配置規劃與利用的最優方案，提出了加強水資源信息化、科學化、現代化管理，合理選擇引水時機、科學調度水資源，嚴格控制引水量，建立和完善科學合理的水價形成機制，提高灌區調控能力和管理水平，加強社會群眾的監督參與力度等建議。

關鍵詞：水資源；引黃灌區；灌溉；可持續發展

2019年9月，總書記在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上提出推進水資源節約集約利用，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唯一客水水源，引黃供水對山東生態、民生和經濟具有十分重要的作用。山東省現有引黃灌區57處，其中200km2以上的中型灌區32處，總設計灌溉面積約27280.13km2，有效灌溉面積約20019.47km2。引黃灌區共有干渠321條，長4461.2km，灌溉利用系數平均為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合高效利用，提高用水效率，健全各項制度和相應的技術支撐體系，科學完善監控手段和全面準確的信息服務，借鑒國內外水資源先進的管理經驗，統籌兼顧，以滿足農業、工業、生活用水需求，保障黃河流域經濟健康穩定發展。本文就如何提高引黃灌區的水資源配置與利用展開探討，以期提供理論指導。

1水資源利用現狀

山東引黃灌區內當地河川徑流量貧乏，水資源時空分布不均，農田灌溉制度、灌溉方式老舊落后，生產效率低，新技術、新方法普及力度低，政府、農民不夠重視；社會企業、群眾參與水資源治理的渠道有限，特別是企業在水污染治理方面積極性不高；群眾、企業節水意識淡薄，生活、生產用水利用率低，水資源浪費嚴重。黃河流域城鎮化進程的加快、經濟發展的不平衡以及農作物灌溉方式的落后使得水資源與經濟發展不匹配，根據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水資源利用優化模型方案分析

針對水資源利用以及高效配置的數學模型及優化方案，國內外許多專家學者都進行了計算與驗證，對引黃灌區的相關模型進行對比分析。

2.1模糊線性規劃模型

鑒于山東引黃灌區已經超計劃引用黃河水，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量下降水平，運用模糊線性規劃容差法對引黃可供水量進行了模糊優化，給出了最大隸屬度a下的引黃水量最優決策方案。最優決策為：最優解（x∗，a∗）是達到最大隸屬度a∗的最優決策x∗。該模型的作物生產函數只考慮了按總量計算的水分生產函數，沒有考慮地下水位動態調控和黃河水來水動態變化過程，沒有反映出不同階段多次缺水對作物產量的影響，參數取值及資料的準確性會對決策結果的準確性產生較大影響。

2.2流域水資源-能源-糧食協同優化模型

針對黃河流域水資源短缺及能源產業規模與結構、糧食生產布局之間的矛盾問題，彭少明等［3］構建了以水為紐帶的流域水資源-能源-糧食協同優化模型。綜合偏離度最小化：以上式中：f為模型的綜合協調度；ωi為貢獻權重；B(w)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為流域總分區數；t為供水的總時段；TF為流域糧食總產量；PF為糧食的單產量；AS為作物種植面積；k為糧食作物的種類數；l為種植模式種類數；TE為能源總產量；PE為能源的單位產出；ES為能源的生產規模；m為能源種類數；n為能源生產方式種類數。根據該模型的計算分析可以確定保障生活、生態環境用水的需求量，同時提高了流域水資源承載能力，實現能源增產、糧食增收的最優值。

2.3多目標河段配水模型

張翔宇等［4］以優先滿足斷面最小流量要求，確保黃河不斷流，保證其正常發揮河流功能，使得供水系統的缺水率最小并同時滿足河道內的生態流量需求、水資源的使用效益最大化建立該模型。該模型目標函數為：以上式中：f1為河道外目標；f2為河道內目標；αi為用水單元i的配水權重；βj為j河段的配水權重；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；J為河段總數；QRjt為t時段j河段下斷面的下泄量；DEjt為t時段j河段河道內生態環境需水量或防凌需水量。該模型可以計算滿足河道內的生態流量需求時的供水系統最小缺水率，可有效提高黃河水資源利用率。但由于區域水資源調配問題的復雜性，用水單元權重指標的選取以及河段配水權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學模型的對比分析，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、科學化、現代化

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

3.2大力推廣節水灌溉技術

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

3.3合理利用非常規水資源

用好用活黃河水，積極開發利用中水和地下咸水等非常規水資源，做到一水多用、多水聯供和循環利用，緩解工農業生產與保護區生態用水的矛盾。咸水等非常規水灌溉在我國新疆、內蒙古等地得到廣泛的研究與應用，事實證明在農業生產方面，非常規水資源對作物長勢、產量、果實品質等具有一定的促進作用。因此，可將灌區內微咸水等非常規水資源作為淡水資源開發利用，通過冰晶融凍等技術使之達到農業灌溉用水等標準，緩解地區水資源危機。

3.4加強社會環境的呼應關系

多舉措加強社會公眾參與水資源監督管理的力度，提高人民群眾的節水護水意識。以水定需，提高生產生活用水效率，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，推進農業水、生活用水和工業用水水價綜合改革，健全農業水價形成機制、精準補貼機制。抓好企業用水排水規范意識，提高水質標準，防治水污染，保護水環境。

3.5依托河長制湖長制，多部門協同治理

通過河長制湖長制，黃河管理部門與地方政府等多部門聯合治理，通過專項行動集中解決灌區內的“四亂”問題，營造良好的黃河、東平湖等河湖生態空間，優化灌區水資源配置格局。制定規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，促進實現水資源動態監管。加強流域內取用水戶監督檢查，及時發現并處置違規取用水行為，維護良好的水資源管理與調度秩序。

4結語

目前山東引黃灌區需要將現代化的信息技術引入到水資源實時調度系統中，進行實時監管，加強決策系統建設，鼓勵技術人員深入對水資源優化模型的改進研究，探索更加簡易的模型求解程序，以加強水資源調度規劃的合理性，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督的參與度，并將節約用水的理念深入人心，從根本上抑制不合理用水需求。加強政府監管執法能力，推動相關法律政策的實施，加強黃河流域水行政執法，推動以生態、經濟、健康為核心的灌區水資源可持續利用與發展。因灌區的水資源配置工程面廣而復雜，涉及生產與生活、時間與區域、作物與水源等方面的配置，水資源的調配目標多樣化與環境需水的關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度管理淺析［D］.濟南：山東大學，2017.

［2］宮永波.引黃灌區水資源優化研究［D］.合肥：合肥工業大學，2001.

［3］彭少明，鄭小康，王煜，等.黃河流域水資源-能源-糧食的協同優化［J］.水科學進展，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配多目標優化模型［J］.長江科學院院報，2017（11）：18-22.

［5］許波劉，董增川，洪嫻，等.黃河流域水資源調配決策支持系統數據庫開發［J］.水電能源學，2017（5）：175-178.

［6］馬習賀，王振華，何新林，等.大型灌區自壓輸水管道水錘防護措施研究進展［J］.山東農業大學學報（自然科學版），2018（2）：288-294.

作者：馬習賀 單位：菏澤黃河河務局鄆城黃河河務局