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绿色经济时代西北农业节水最优规划数学模型应用

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钟淇

摘要：西北地区水资源相对匮乏，农业生产进程中要求有强烈的节水意识。在充分考虑了农业可用水量、水源类型、农作物种植面积和节水灌溉工程发展现状的基础上，针对西北地区各类节水灌溉技术应用开展调查，以期利用数学模型达到水土资源优化配置的效果。

关键词：绿色经济;西北农业;节水规划;数学模型

文章编号：1004-7026（2020）08-0100-02? ? ? ? ?中国图书分类号：S274? ? ? ? 文献标志码：A

虽然西北地区土地资源丰富，但是水资源却相对短缺，随着工业、生活和生态用水量增加，农业灌溉用水紧张的情况日益突出。因此，在西北地区开展农业种植活动，首先需要考虑的就是节水和灌溉工程，可以利用数学模型为节水灌溉设计总体思路，以实现各类节水灌溉工程的最佳使用效果。

1? 西北地区农业绿色节水模型

2018年，中国农业发展高层会议专题探讨中，专门提出了关于水资源高效使用并与水环境生态治理相结合的一系列问题，这是因为在现有的自然环境条件之下，绿色节水和发展农业战略成为了一对突出而又相互作用的主体。为了能够落实绿色节水农业发展的有关要求，从发展绿色节水农业的战略定位角度入手，开展了西北地区绿色节水农业技术和模式创新等一系列工作，完善绿色节水农业发展新思路。

综合考察西北地区现有水资源储备量，调查显示，西北地区地域辽阔，人口相对稀少，气候干旱，降水量稀少，但是蒸发却非常旺盛。在这种比较特殊的地理位置和条件下，该地区水资源短缺，生态环境比较脆弱，光热资源和土地矿产资源较为丰富。对于西北地区的农业灌溉来说，当地气候干燥、降雨量稀少，全区多年平均降水量为2 300 mm，水面蒸发量高达1 000～2 600 mm，是我国降水量极少的农作物耕种区域，地表水资源量约为1 463亿m3。这种干旱的气候，使西北地区水资源量储备仅为998亿m3，地下水资源与地表水资源重复计算量高达789亿m3，可见，人均水资源量非常少，水资源与人口和耕地的地区关系及分布相对不够平衡。

对西北地区区域而言，为了实现农业水土资源优化配置的实际效果，研究农业节水灌溉的最优规划问题，需要在西北地区综合研究降水条件、水资源保留条件、农作物生产条件等的区别，从不同的节水灌溉技术入手，对当地的水源情况、蓄水量、降水量、地形农作物的适用性及对于水的需求量等进行综合考察。节水灌溉工程的投资额虽然很大，但是却可以为西北地区提供长远的绿色经济效益，因此，为了实现各种节水灌溉工程的技术指标，有必要通过数学计算，得出节水灌溉工程总投资额最优的规划方案[1]。

随着现代社会对于环境的破坏和资源的滥用，影响了自然生态的正常恢复，生态环境破坏严重。因此，目前绿色经济是全球经济发展的主流。西北地区长期以来缺水严重，人们对于当地资源枯竭性的消耗，已经给该地区带来了不可逆转的伤害，因此，为了偿还这种代价，搞活绿色农业经济，拉开绿色革命序幕势在必行。

根据西北地区的用户用水量及农业总需用水量分为有效用水和无效用水的思路，可以建立起节水量的数学模型，从国民生产总值的基础之上分析节水总量，建立节水价值量的数学模型，将有助于控制不必要的用水。

3? 西北地区农业节水数学模型优化策略

在绿色经济时代，农业改变粗放的发展方式，需要增强农业生产区域核心竞争力。节水节约资源将成为西北地区农业快速发展的助推力量，建议建立长久的发展平台，在绿色经济的基础上发展绿色、节约、可持续发展的生产模式。

3.1? 最优规划西北地区农业节水数学模型

3.1.1? 新增节水灌溉目标函数

节水灌溉工程总投资额最小是节水模型所需要达到的目标，故将节水灌溉工程的总投资额设置为节水系数，并且在这个节水系数的基础上，为了新增节水灌溉工程投资，计算每单位面积内新增节水灌溉工程的投资额。

设z为节水灌溉工程总投资额，单位为元;Cijk是单位面积新增节水灌溉工程的投资额，单位为元/667 m2;Xijk作为新增节水灌溉工程面积，单位为hm2;i作为采用节水灌溉类型的序号;j作为种植作物的序号;k作为水源类型的序号（k=1，2，3……）;I作为采用节水灌溉类型的总数;J作为种植作物的总数。那么得出最终的计算公式，即目标函数的计算方法为下式。

根据该目标函数所得出的结论，就可以大概核算出节水灌溉面积总数和农作物的总数之间关系，并且新增节水灌溉总投资额将是最终的计算结果。

3.1.2? 目标函数计算的约束条件

目标函数计算的约束条件将最终决定农业灌溉可利用总水量的约束额，有关部门之所以进行该数学模型的测算，主要是为了规划年灌溉工程用水量和农业灌溉用水量之间的关系。在约束数额的影响之下，西北地區农业规划可利用总水量，将包括规划年地面水农业灌溉可供水量，同时还包含规划年允许农业地下水的总提取量。

设Q作为规划年地面灌溉定额，单位为m3/667 m2，这个参数与农作物的种类之间有非常密切的关系，主要是由农作物种类所决定的。？姿A是规划年地面灌溉水利用的总系数，该系数主要与水源类型有关，在西北地区地面水和地下蓄水额的比例将直接影响该参数的数额。qij为规划年节水灌溉定额总量的系数，单位为m3/667 m2，该参数主要与节水灌溉技术类型和农作物类型联系有关。？浊A是西北地区农业规划年节水灌溉水利用系数，与节水灌溉技术类型和水源类型息息相关。Wi为西北地区节水模型中灌溉年地面水农业供水量，与Wk规划年允许农业地下水提取量有相对关系。Sijk是现阶段年节水灌溉面积，单位是hm2。Aj作为规划年作物灌溉面积，单位是hm2。

计算节水量及农业地下水提取量的公式见下式。

该模型主要是为了预防地下水提取量超过实际采集要求，因此在西北地区节水灌溉工程的用水量之和不应该大于上述计算，每年所允许的农业地下水提取量应该符合提取量的约束标准，整理并提取农业地下水提取量的约束指标。

3.2? 结论

在西北地区建立区域农业节水灌溉最优规划模型，在有限的西北农业水资源条件下，要获得投资最小的农业节水灌溉优化方案，计算地下水储备量和地上水之间的互补关系，从而能够在绿色经济发展的基础之上确定产业标准，结合产业发展引领，得到生态节水模型，实现西北地区农业绿色经济发展。

参考文献：

[1]梅峰太.农业节水优化数学模型的研究与应用——评《灌溉节水激励模型研究》[J].灌溉排水学报，2020，39（1）：147.

（编辑：季? 鑫）

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