基于供水限额的喀什市农业水量分配

李琳琳， 岳春芳，张胜江

(1.乌鲁木齐市水业建设投资有限公司，乌鲁木齐 830052；2.新疆农业大学，乌鲁木齐 830052；3.新疆水利水电科学研究院，乌鲁木齐 830052)

2015年中央1号文件指出，我国农业资源短缺，开发过度、污染加重，如何在资源环境硬约束下保障农产品有效供给和质量安全、提升农业可持续发展能力，是必须应对的一个重大挑战。新疆农业用水存在灌溉方式不合理、管理制度不完善、农业水资源在开发利用过程中缺乏全流域的统一规划与调度。因此，除了改变农业灌溉用水方式，加强农业用水管理、合理规划外，还需要合理利用水资源，将有限的农业水资源进行公平、合理、有效的配置[1]。如何在农业水资源实行总量控制的约束下，对灌区地表水、地下水资源进行合理的分配，提高农业水资源开发利用效率，提升农业可持续发展能力，有着重要的理论和实际意义[2]。

1 需水分析

根据喀什市各用水行业指标，喀什市城乡生活及工业等非农用水总量为4 001万m3。喀什市农业需水乡镇包括六乡两镇，即多来特巴格乡、浩罕乡、色满乡、荒地乡、帕哈太克里乡、拜什克然木乡，乃则巴格镇和夏马勒巴格镇。喀什市各乡镇种植的农作物划分成玉米、小麦、棉花、瓜果、蔬菜、牧草、果园、林地8大类，根据各乡镇农作物种植面积、作物灌溉制度，可以计算出喀什市各乡镇的农业需水量，见表1，将需水量进行细化，分配到各旬，得到各乡各旬的农业需水量。

表1 喀什市各乡镇的农业需水量 万m3

注： 1月、2月、12月农作物不需灌水。

2 来水分析

(1)河道来水。每天的河道来水为随机变量，喀什市各个乡镇按一定的比例从河道中引水，各乡引水比例参照历年引水比例，通过各乡引水比例可以得出每个乡镇的引水量。

(2)上游水库调节放水和地下水。当喀什市乡镇引水量不能满足灌溉需水时，首先判断水库库存，利用水库调节放水达到灌溉需求；若水库放水后灌溉仍有缺水，则需开采地下水。

3 水量分配

根据自治区实施最严格水资源管理对喀什地区各业2020年用水限额分配，在满足城乡生活及工业用水总量4 001万m3基础上，得出喀什经济区供水总量限额为31 306.42万m3，其中地表水限额16 776.76万m3，地下水限额13 792.43万m3，其他水源737.22万m3。

3.1 分配目标

喀什市农业水资源分配以满足各乡镇的农业需水为目标，合理地利用河道水、水库水及地下水，以地表水、地下水用水限额为约束，以旬为尺度，按照一定的规则进行水量分配，同时还要保证地下水供水不能小于最小供水量限制，最终实现实际年供水量不超过限额。

3.2 约束条件

水库库容的约束。

0≤KR(j)≤300

(1)

水库水量平衡约束。

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

(2)

式中：KR(j)代表水库每天的库容；FS(j)代表水库每天调节放水量，即水库当天库存值为前一天的水库库存+当天水库蓄水量-当天水库调节放水量，j取1～360。

供水限额的约束。

4 600≤dxs≤13 792.43

(3)

dbs<16 776.76

(4)

dxsfeng<4 220

(5)

式中：dxs代表喀什经济区地下水供水总量，为了避免全部由地表水供水，利用lingo软件测算出地下水供水的最小值4 600万m3；dxsfeng代表喀什经济区月地下水开采峰值，为了避免地表水、地下水供水两极分化造成某月地下水开采过度，利用lingo软件测算出月地下水开采峰值的最大值4 220万m3；dbs代表喀什经济区地表水可供水总量。

3.3 分配规则

喀什经济区地下水地表水联合调度与以往不同的是将按月进行调度细化到旬调度，更加注重实际水库调度的可操作性。将喀什市水库来水按各乡镇引水比例分到各个乡镇支渠，再按各乡镇农业需水量进行分配；每月按30 d计，以10 d为一个单位，如果第一个10 d来水大于需水量，则根据余水情况，按需水量的10%多分一些水，以弥补后10 d来水的不足；如果第一个10 d来水小于需水量，暂时不需水库调度放水或开采地下水，待后10 d来水量观察，若后10 d来水大于需水量，则后10 d可以多分一些水，以弥补前10 d来水的不足，若后10 d来水依旧小于需水量，此时可以优先考虑利用水库库存放水，如果水库库存小于缺水，则开采地下水。以此进行10 d一平衡20 d一校核。

6-8月供水优先由河道供水，不足的水由水库供水，若水库供水之后还有缺水，则开采地下水。四五月份地下水地表水以一定的比例联合配水，不足的水由水库供水，若水库供水之后还有缺水，再开采地下水。

通过lingo软件进行地下水地表水联合调度比例的测算，试算结果发现，控制年地下水开采总量对主要月份(4、5月)的供水比例影响较小，测算结果对主要月份(4、5月)的月地下水开采峰值有较强的敏感性，此外，在6-10月的比例变动中，由于这些月份出现缺水的情况并不常见，因此模型测算的比例只适用于恶劣条件下的枯水月份，而大部分情况的水量调度将不采用6-10月中出现的比例系数，因此根据测算结果4月份地下水地表水联合调度比例取0.516，5月份地下水地表水联合调度比例取0.416，9月份作为调节调度月，设置的目的是为了如果前8个下水开采总量小于最少地下水开采总量的限制，可以在9月份进行调整，确保满足地下水最少开采总量的限制，其他月份根据具体需要进行调度。在整个过程中，每月每旬各个乡镇独立进行，每月末累积计算这8个乡镇的地下水开采总量，不得超过4 220万m3，如果月地下水开采量超过4 220 万m3，超过部分暂作为该月份调度缺水量，利用各乡镇之间的水量置换，将引水量较多的乡镇的余水调到有暂时缺水的乡镇，乡与乡之间的水量置换优先权大于乡与镇之间的水量置换优先权，乡与乡之间、镇与镇之间进行置换，当乡与乡之间进行水量置换后，仍有余水，再补给给镇，在置换过程中，控制前8个月地表水用水总量不得超过限额的90%，若置换结束后，仍有缺水则作为最终缺水量。分配计算流程图如图1所示，水量分配结果见表2。

将各乡镇地表水、地下水汇总，汇总结果见表3。从表3可以看出来，地表水、地下水用水总量都在限额的控制范围内。

4 结 语

基于供水总量控制下的水量分配，有利于保障水资源可持续利用，提高灌区水资源开发利用效率，农业用水协调好地表水-地下水联合调度是执行限额供水的一个重要手段。但是此分配方案有一定的缺陷并没有考虑实际操作中的难易程度，由于机电井的所有权、使用权比较复杂，管理难度很大，没有全面施行取水许可和用水定额制度，没有一井一表计量，地下水实际开采量无法准确统计，难以做到对地下水资源的有效管理。要想从根本上解决水资源配置问题还需不断地完善流域规划。

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图1 分配计算流程图

表2 水量分配结果 万m3

续表2 水量分配结果 万m3

表3 地表水、地下水用水总量 万m3

[1] 莫俊明,岳春芳,吾买尔·吐尔逊,等.基于动态规划法的金沟河流域农业水资源配置[J].节水灌溉,2011,(5):34-36,40.

[2] 艾力米古力·艾萨,张胜江,岳春芳. 基于供水限额的喀什噶尔河流域水资源合理配置[J]. 水资源与水工程学报,2013,(2):43-45,49.