玛纳斯河流域农业水资源优化配置研究

安徽农学通报，Ａｎｈｕｉ　ｎｇｒｉ．Ｓｃｉ．Ｂｕｌ１．２０１１，１７（２３）　１２１　玛纳斯河流域农业水资源优化配置研究　张金强　（新疆水利厅玛纳斯河流域管理处，新疆石河子８３２０００）　摘要：为控制农业用水量，根据玛纳斯河流域农业用水、供水结构，分析玛河流域农业灌溉用水定额和作物种植模　式，从水土资源的角度出发，对作物种植面积进行优化，即在灌溉定额已定的前提下，求解各作物最优的种植面积，并　利用多目标模糊优化模型对玛河灌区的作物种植面积进行了优化配置，旨在为国内同类地区用水总量调控和定额灌　溉提供科学依据。　关键词：玛纳斯河流域；模糊优化；优化配置；农业水资源　中图分类号￥２７３　文献标识码Ａ　文章编号１００７—７７３１（２０１１）２３—１２１—０２　Ｏｐｔｉｍａｌ　Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｗａｔｅｒ　ｉｎ　Ｍａｎａｓ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ　Ｚｈａｎｇ　Ｊｉｎｑｉａｎｇ　（Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｍａｎａｓｉ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｓｈｉｈｅｚｉ　８３２　０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｙｉｅｌｄ　ｏｆ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｐｌａｎｔｉｎｇ　ｗａｓ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｈａｒａｃｔｅｒｉｓ—　ｔｉｃｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｎｅｅｄｅｄ，ｗａｔｅｒ　ｓｕｐｐｌｉｅｄ，ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ　ｑｕｏｔａｓ　ａｎｄ　ｐｌａｎｔｉｎｇ　ｍｏｄｅ１．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｌａｎｔｉｎｇ　ｍｏｄｅｌｓ，ｔｈｅ　ｉｒｒｉｇａ—　ｔｉｏｎ　ｑｕｏｔａｓ　ａｒｅ　ｉｎｖａｒｉａｎｔｓ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉ　ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ　ａｎｄ　ｆｕｚｚｙ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｗａｔｅｒ　ｍａｙ　ｓａｖｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｐｒｏｐｅｒ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｍａｎａｓ　ｒｉｖｅｒ　ｂａｓｉｎ；Ｆｕｚｚｙ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　在我国各用水部门中，农业是用水大户。随着经济的　灌溉面积３．０４　Ｘ　１０　ｈｍ　，下野地灌区现有灌溉面积６．２６　快速发展，工农业争水问题日益加剧，当前农业所面临的　Ｘ　１０　ｈｍ　，莫索湾灌区现有灌溉面积５．０６×１０　ｈｍ　。　水资源供需矛盾非常突出。只有通过经济、生态、社会、环　２水资源优化配置模型　境等诸多方面的协调发展，优化种植面积，合理配置有限　２．１作物种植结构的多目标模糊优化模型　当一个灌区　水资源，将有限的水土资源最优的分配给不同的作物，才　种植有多种作物，而水源不足时，为使全灌区获得最大的　能取得最佳的综合效益。因此，必须优化与农业水资源密　综合效益，必须合理安排每种作物的种植面积，由于作物　切相关的灌区作物种植面积，促进水资源的优化配置，提　种植结构决策的优劣，在优选识别过程中，并不存在绝对　高水资源的有效利用率，以缓解水资源的供需矛盾，使农　分明的界限，具有中介过渡性，属于模糊概念　。　业得以持续发展。　一般地，样本集的ｍ个指标对优选的影响程度不同，　玛纳斯河流域地处亚欧大陆腹地．蒸发强烈，供水矛　故指标应具有不同的权重，设指标权向量Ｗ＝（Ｗ　Ｗ　…　盾尖锐…。总的来看，水资源总量不足，而且时空分布不　Ｗ　），满足　＝１，应用两级模糊优选模型，得到作物ｊ的　均，不能满足农作物适时灌溉的要求，造成生产效益降低。　综合效益对优的相对优属度：　因此对玛河流域农业水资源进行优化配置具有重要的现　实意义。　＝———　■———————————————＿　：——　————　————＿　（１）Ｌ　ｌ　　１＋｛ｌ∑［Ｗ　（ｒ　）一１］　／∑（　ｒ）　｝中　１研究区概况　以灌区综合效益最大为目标，建立作物种植结构目标　玛纳斯河流域地处准噶尔盆地的西南部，天山北麓中　函数：　段。玛纳斯河流域地表水资源总量为２３．９１×１０　ｍ　，玛　纳斯河灌区现已形成有效灌溉面积２４．３　Ｘ　１０　ｋｍ　［２　３。该　ＭａｘＺ＝∑Ⅱ　０　（２）　灌区农业属于干旱区绿洲农业，生产几乎完全依赖灌　式（２）中：　为作物Ｊ的最优种植面积，上述目标函数　溉　。玛纳斯河灌区是玛纳斯河流域的重要组成部分，灌　具有以下约束条件：　（１）水量约束　区于２Ｏ世纪５０年代开发成立，下设３个子灌区，即石河　子灌区、下野地灌区和莫索湾灌区。其中石河子灌区现有　≤Ｑ　（３）　基金项目：国家科技支撑计划项目（２０１０ＢＡＤ２９Ｂ００）。　作者简介：张金强（１９７２一），男，河北盐山人，助工，研究方向：水资源利用与管理。　收稿日期：２０１１—１１—１４　ｌ２２　安徽农学通报，Ａｎｈｕｉ　Ａｓｈ．Ｓｃｉ．Ｂｕｌ１．２０１ｌ，１７（２３）　式（３）中：　为第ｊ种作物的灌溉定额；Ｑ为灌区农业　可利用水资源总量。　（２）面积约束　ｎ　是影响最优种植比例的一个重要因素。为减少主观人为　＝　，，，．　．．。．．．．．．．，。　．．．　因素的影响，本文确定　的方法是从指标ｉ对于模糊概　０　ｌ　念“重要性”Ｂ的相对隶属度出发的，由于确定权重是在已　（４）　５　Ｏ　０　０　ａｊ≤Ａ　ｍｉｎａｊ≤　≤ｍａｘａｊ　知的ｎ个目标之间作重要性的相对比较，与论域以外的目　０　标无关，据此可建立论域中理想重要目标Ｙ：（１，ｌ，…，１）　与理想不重要目标　＝（０，０，…，０）作为重要与不重要目　１　ｌ　０　１　０　０　Ｏ　式（４）中：Ａ为灌区总的耕地面积；ｍｉｎ％、ｍａｘ　ａ．为作　物Ｊ的最小、最大可种植面积。　（３）非负约束　ａｊ＞。；　＝１，２，…，ｎ　（５）　标的相对比较标准　。　。０　Ｏ　５　０　　为了确定Ｗ（ｉ），建立目标函数：目标的加权距离Ｄ　Ｏ　与Ｄ　平方的总和最小，即：　ｌ　１　０　以上约束条件可视研究区域的具体情况进行增减。　２．２指标权向量的模糊定权法指标权重　，Ｗｉ的确定　ｍｉｎ｛Ｆ（　（　））＝Ｄ２。　：　（　）　［砉（１一　）　］÷＋［１～　（　）］（∑　）÷｝　３玛河流域水资源优化配置　应用模型对玛纳斯河灌区的４种灌溉作物的灌溉面　积进行优化。可根据定性指标的定量化方法，运用专家的　经验知识作重要性程度的二元比较判断，重要性的二元比　较一致性排序矩阵为：　（６）　为现状开采量２．３４５２×１０。ｍ　），总的缺水量为０．７８７１×　１０　ｍ　。即使是在Ｐ＝５０％的保证率下，地表水的总供水　量增加０．４０×１０　ｍ　以后，灌区仍然缺水０．３９１９×１０　ｍ　。　表１　主要农作物灌溉面积和灌溉水量　，，１．ｏｏ００　０．７６７８　０．２４３９　０．４６２９、　由此可以看出规划区现状年总的情况是缺水的，而且缺水　Ｒ＝ｌ　０．８８８９　０．３３３３　０．６６６７　１．００００　ｌ　ｌ　０．８１８０　１．００００　１．２９００　０．６０００　Ｊ　主要集中在６月和７月。这就需要灌区继续完善配套灌　区内的工程，提高水的利用系数，同时提高田间灌溉管理　水平，保持水土平衡。　（２）由主要作物种植面积配置可以看出，保证频率不　１．００００　０．８８８９　０．８１８０　０．７６７８　０．３３３３　１．Ｏ０００　：　＝（Ｗｊｉ）　同，各作物的灌溉面积不同，保证率越大，灌溉面积总的来　说要相应减少。在同一保证率下，灌溉面积取决于各种给　定约束条件，但大体上经济效益的影响更大一些。　参考文献　［１］郝瑞．玛纳斯河流域水资源开发利用现状及存在问题探析［Ｊ］．　新疆水资源，２００８（５）：１１—１２．　［２］Ｄ．Ａ，Ｄａｖｅ　ａｎｄ　Ｄ．Ｍ．Ｗａｔｅｒ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｄｒｉｐ　ｆｕｒ—Ｍａｙ　ｔｏｍａｔｏｅｓ　ｔｏ　ｍ—－ａｘｉ　Ｍｉｚｅ　ｙｉｅｌｄ　ａｎｄ　ｆｒｕｉｔ　ｉｒｒｉｇａｔｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ－－　０．２４３９　０．６６６７　０．２９００　０．４６２９　１．００００　０．６０００　当Ｐ＝２时，指标的非归一化权重向量Ｗ（ｉ）＝　（０．７２４７　０．７０３３　０．８１４６），则指标的归一化权向量Ｗ　（ｉ）＝（０．３２　０．３　０．３８）。该灌区平水年作物种植结构　的多目标模糊优化模型为：　ＭａｘＺ＝０．６４４３ａｌ＋０．７５５２ａ２＋０．２６０９ａ３＋０．９５３８ａ４　（７）　水量约束：３３００ａｌ＋４８７５ａ２＋４５００ａ３＋３８４３ａ４≤　１６０５．４３×１０　ｉｎｇｌ　ｓｔｌｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｉｎ　Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ［Ｃ］．Ｒｅ—ｃｈｉｅｆ　Ｐａｒａｍｏｕｒ　ｐｒｏｃｅｅｄ—　ｉｎｇ，１９９６（５）：ｌ８—２１．　［３］Ｚｅｓｔｓ　ｓｈｒｉｆｔｓ—ｆｕｒ，Ｋ．Ｌ　ａｎｄ　Ｅｒｉｃｋ　Ｌｕｎｇ．Ｗａｇｎｅｒ　Ｆ—Ｔｅｎ　ｓｅｍｅｓｔｅ￣　面积约束：ａｌ＋ａ２＋ａ３＋ａ４￣３６３７８　非负约束：ａ，ａ２，ａ３，ａ４＞１０　采用线性规划求解该模型，结果如表１所示。　ｆｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅｒ　ｇｒｏｗｎ　ｉｎ　ｏｉｌ［Ｊ］．Ｓｐｅｃｉ￣Ｉｓｓｕｅ，　１９９７（４）：８—９．　［４］Ｍ．Ａ．，Ｏｍｒａｎ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｍａｔｔｅｒ　ａｎｄ　ｓｏｉｌ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｏｎ　Ｐｅｐｐｅｒ　ｙｉｅｌｄ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｅｇｙｐｔｉａｎ，１９９５，３５（３）：３５９—３７８．　［５］Ａ　Ａ．Ｂｅｌ１．Ｍｅｅｈａｎ　ｏｆ　ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ　Ｄｒｉｐ　ｉｒｉｒｇａｔｉｏｎ—ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｄｍｐ　ｂｙ　Ｓｃｌｅｒｏｔ　ｉｎｉａ　ｍｉｎｏｒ［Ｊ］．Ｐｈｙｓｉｏｐａｔｈｏｌｏｇｙ，１９９８，８８（３）：２５２　—４结论　（１）从供需平衡计算表中可以看出：在Ｐ＝７５％的保　证率下，规划区总的需水量为１１．５５５９×１０　ｍ。，而总的供　水量只有１０．７６８８×１０。ｍ　，其中地表水７．３９８９×１０　ｍ　（含泉水量），地下水２．９４６３×１０　ｍ。（折算至井口的水量　２５９．　（责编：施婷婷）