水资源高效利用分析

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摘要：山东引黄灌区是山东工农业发展的重要基地，但灌区内存在水资源开发利用不平衡，超计划引用黄河水，引黄水资源浪费严重，地下水开采不合理，节水灌溉发展缓慢，无法实施充分灌溉，缺乏节水积极性等问题，如何合理利用水资源仍需进一步研究。本文分析探讨了引黄灌区水资源配置规划与利用的最优方案，提出了加强水资源信息化、科学化、现代化管理，合理选择引水时机、科学调度水资源，严格控制引水量，建立和完善科学合理的水价形成机制，提高灌区调控能力和管理水平，加强社会群众的监督参与力度等建议。

关键词：水资源；引黄灌区；灌溉；可持续发展

2019年9月，总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上提出推进水资源节约集约利用，把水资源作为最大的刚性约束等新时代水资源管理新要求。黄河是山东引黄灌区唯一客水水源，引黄供水对山东生态、民生和经济具有十分重要的作用。山东省现有引黄灌区57处，其中200km2以上的中型灌区32处，总设计灌溉面积约27280.13km2，有效灌溉面积约20019.47km2。引黄灌区共有干渠321条，长4461.2km，灌溉利用系数平均为0.4~0.6［1］。目前，山东黄河水资源利用不充分，分布不均衡，需要充分考虑地表水与地下水资源的联合高效利用，提高用水效率，健全各项制度和相应的技术支撑体系，科学完善监控手段和全面准确的信息服务，借鉴国内外水资源先进的管理经验，统筹兼顾，以满足农业、工业、生活用水需求，保障黄河流域经济健康稳定发展。本文就如何提高引黄灌区的水资源配置与利用展开探讨，以期提供理论指导。

1水资源利用现状

山东引黄灌区内当地河川径流量贫乏，水资源时空分布不均，农田灌溉制度、灌溉方式老旧落后，生产效率低，新技术、新方法普及力度低，政府、农民不够重视；社会企业、群众参与水资源治理的渠道有限，特别是企业在水污染治理方面积极性不高；群众、企业节水意识淡薄，生活、生产用水利用率低，水资源浪费严重。黄河流域城镇化进程的加快、经济发展的不平衡以及农作物灌溉方式的落后使得水资源与经济发展不匹配，根据2019年黄河流域各省市地表水资源分布和配置情况可得出，山东省创造的GDP占黄河流域的28.72%，而水资源占有量却只占黄河流域的17.34%，见图1、图2。

2水资源利用优化模型方案分析

针对水资源利用以及高效配置的数学模型及优化方案，国内外许多专家学者都进行了计算与验证，对引黄灌区的相关模型进行对比分析。

2.1模糊线性规划模型

鉴于山东引黄灌区已经超计划引用黄河水，未来黄河水无法满足作物的充分灌溉，宫永波等［2］按照尽量少用黄河水和可接受的产量下降水平，运用模糊线性规划容差法对引黄可供水量进行了模糊优化，给出了最大隶属度a下的引黄水量最优决策方案。最优决策为：最优解（x∗，a∗）是达到最大隶属度a∗的最优决策x∗。该模型的作物生产函数只考虑了按总量计算的水分生产函数，没有考虑地下水位动态调控和黄河水来水动态变化过程，没有反映出不同阶段多次缺水对作物产量的影响，参数取值及资料的准确性会对决策结果的准确性产生较大影响。

2.2流域水资源-能源-粮食协同优化模型

针对黄河流域水资源短缺及能源产业规模与结构、粮食生产布局之间的矛盾问题，彭少明等［3］构建了以水为纽带的流域水资源-能源-粮食协同优化模型。综合偏离度最小化：以上式中：f为模型的综合协调度；ωi为贡献权重；B(w)为供水综合效益；θ为供水的收益；C为供水的成本；QS为供水量；j为流域总分区数；t为供水的总时段；TF为流域粮食总产量；PF为粮食的单产量；AS为作物种植面积；k为粮食作物的种类数；l为种植模式种类数；TE为能源总产量；PE为能源的单位产出；ES为能源的生产规模；m为能源种类数；n为能源生产方式种类数。根据该模型的计算分析可以确定保障生活、生态环境用水的需求量，同时提高了流域水资源承载能力，实现能源增产、粮食增收的最优值。

2.3多目标河段配水模型

张翔宇等［4］以优先满足断面最小流量要求，确保黄河不断流，保证其正常发挥河流功能，使得供水系统的缺水率最小并同时满足河道内的生态流量需求、水资源的使用效益最大化建立该模型。该模型目标函数为：以上式中：f1为河道外目标；f2为河道内目标；αi为用水单元i的配水权重；βj为j河段的配水权重；QDijt为t时段i用水单元j河段的需水量；QSijt表示t时段i用水单元从j河段的取水量；I为用水单元总数；J为河段总数；QRjt为t时段j河段下断面的下泄量；DEjt为t时段j河段河道内生态环境需水量或防凌需水量。该模型可以计算满足河道内的生态流量需求时的供水系统最小缺水率，可有效提高黄河水资源利用率。但由于区域水资源调配问题的复杂性，用水单元权重指标的选取以及河段配水权重等都需要进一步计算。

3合理利用水资源的对策与建议

通过对水资源高效利用的数学模型的对比分析，我们可以在计算过程中选择合适的模型得到最优的水资源配置方案。在日常水资源利用与管理方面，可以从以下几个方面进行探讨。

3.1水资源管理信息化、科学化、现代化

加快智慧水利建设，提高水资源监管信息化水平。改变思维方式，打破传统的管理理念，将现代数字信息技术以及决策新机制应用到水资源管理上来，通过先进的信息化技术手段获得水资源活动特征和发展变化的信息，替代原先的物理监测和人工分析评价，可以减少投入，提高准确度，使水资源管理更为科学化、合理化。许波刘等［5］按照决策支持系统对数据库的要求，将数据库进行分类，满足了不同类型的用户对数据库的访问与操作要求等，其技术成果可为引黄灌区水资源监控数字化建设提供技术支持。

3.2大力推广节水灌溉技术

黄河流域农业用水需求量大，但人们节水意识淡薄、灌溉方式落后，造成引水输水过程中水资源的浪费。应积极宣传，提高群众节水意识，引导群众利用井渠结合等新型灌溉方式，井渠灌溉可以减少地表用水，增加地下水埋深，减少蒸发损失，控制土壤盐碱化等。大力推广灌区喷灌、滴灌、低压管灌溉等先进的节水技术，充分吸取我国西部地区节水灌溉的经验，形成引黄灌区的高效农业节水体系，提高灌溉效率［6］。

3.3合理利用非常规水资源

用好用活黄河水，积极开发利用中水和地下咸水等非常规水资源，做到一水多用、多水联供和循环利用，缓解工农业生产与保护区生态用水的矛盾。咸水等非常规水灌溉在我国新疆、内蒙古等地得到广泛的研究与应用，事实证明在农业生产方面，非常规水资源对作物长势、产量、果实品质等具有一定的促进作用。因此，可将灌区内微咸水等非常规水资源作为淡水资源开发利用，通过冰晶融冻等技术使之达到农业灌溉用水等标准，缓解地区水资源危机。

3.4加强社会环境的呼应关系

多举措加强社会公众参与水资源监督管理的力度，提高人民群众的节水护水意识。以水定需，提高生产生活用水效率，抑制不合理用水需求，落实用水总量控制和定额管理，完善水资源有偿使用制度。深化水资源税改革，推进农业水、生活用水和工业用水水价综合改革，健全农业水价形成机制、精准补贴机制。抓好企业用水排水规范意识，提高水质标准，防治水污染，保护水环境。

3.5依托河长制湖长制，多部门协同治理

通过河长制湖长制，黄河管理部门与地方政府等多部门联合治理，通过专项行动集中解决灌区内的“四乱”问题，营造良好的黄河、东平湖等河湖生态空间，优化灌区水资源配置格局。制定规划水资源论证管理办法，严格控制用水总量和取水许可限批，促进实现水资源动态监管。加强流域内取用水户监督检查，及时发现并处置违规取用水行为，维护良好的水资源管理与调度秩序。

4结语

目前山东引黄灌区需要将现代化的信息技术引入到水资源实时调度系统中，进行实时监管，加强决策系统建设，鼓励技术人员深入对水资源优化模型的改进研究，探索更加简易的模型求解程序，以加强水资源调度规划的合理性，进一步提高水资源利用效率。出台各类措施提高社会公众水资源管理监督的参与度，并将节约用水的理念深入人心，从根本上抑制不合理用水需求。加强政府监管执法能力，推动相关法律政策的实施，加强黄河流域水行政执法，推动以生态、经济、健康为核心的灌区水资源可持续利用与发展。因灌区的水资源配置工程面广而复杂，涉及生产与生活、时间与区域、作物与水源等方面的配置，水资源的调配目标多样化与环境需水的关系等问题仍需进一步研究。

参考文献：

［1］李福军.山东黄河水资源配置与调度管理浅析［D］.济南：山东大学，2017.

［2］宫永波.引黄灌区水资源优化研究［D］.合肥：合肥工业大学，2001.

［3］彭少明，郑小康，王煜，等.黄河流域水资源-能源-粮食的协同优化［J］.水科学进展，2017（5）：681-690.

［4］张翔宇，董增川，宋瑞明，等.黄河流域干流河段水资源调配多目标优化模型［J］.长江科学院院报，2017（11）：18-22.

［5］许波刘，董增川，洪娴，等.黄河流域水资源调配决策支持系统数据库开发［J］.水电能源学，2017（5）：175-178.

［6］马习贺，王振华，何新林，等.大型灌区自压输水管道水锤防护措施研究进展［J］.山东农业大学学报（自然科学版），2018（2）：288-294.

作者：马习贺 单位：菏泽黄河河务局郓城黄河河务局