白城市地下水總量控制動態分配及合理性分析

牛權森，周 巍，許 斌

(1.吉林省白城市水資源管理辦公室 ，吉林 白城 137000;2.吉林省白城市水利局 ，吉林 白城 137000)

1 白城市基本情況

1.1 自然概況

白城市地處吉林省西北部，松嫩平原西部。位于東經121°38'～ 124°23'，北緯 44°13'～ 46°18'之間。東南與本省的松原市相鄰，西與內蒙古自治區接壤，北靠內蒙古自治區、黑龍江省，東與黑龍江省隔嫩江相望。東西寬210 km，南北長 229 km，總幅員面積 2.57 ×104km2。

白城市屬溫帶大陸季風氣候，春季干燥多風，夏季溫熱多雨，秋季晝夜溫差大，冬季寒冷少雪。多年平均降水量僅400 mm左右，其中70%集中在7、8、9三個月份。多年平均蒸發量1 800 mm(φ20 cm蒸發皿)，4～5月份蒸發強烈。年平均氣溫4.7℃，結凍期長達 6個月左右，凍結深度一般在1.5 ～1.8 m，無霜期為 160 d。

境內主要河流有:嫩江、洮兒河、霍林河、蛟流河、呼爾達河、二龍濤河、額木特河及文牛格尺河。嫩江為過境河流，發源于大興安嶺伊勒呼里山南麓，在白城市鎮賚縣丹岱鄉十家子村入境，經鎮賚縣、大安市至前郭縣的三岔河處與第二松花江匯合。嫩江在白城市境內流域面積為24 529 km2，嫩江干流在白城市境內長150 km，流域面積為1 131 km2，河道比降在1/10 000～1/15 000之間;洮兒河為嫩江下游右岸一級支流，發源于內蒙古大興安嶺南麓高岳山，在白城市洮北區嶺下鎮入境，流經洮北區、洮南市、鎮賚縣和大安市四個縣(市、區)，入月亮湖水庫，經哈爾金閘注入嫩江。在白城市境內河道長235 km，流域面積12 557 km2;霍林河為白城市境內嫩江右岸的另一條一級支流，發源于內蒙扎魯特旗大興安嶺德福特勒罕山北麓，在通榆縣同發鄉入境，流經通榆縣、洮南市、大安市，在大安市南部和松原市前郭縣的北部形成查干湖，在白城市境內河流長240 km，流域面積為10 841 km2。

1.2 經濟社會

全市轄洮北區、洮南市、大安市、鎮賚縣和通榆縣五個縣(市、區)，總人口約203萬人，其中非農業人口81萬人，農業人口122萬人，白城市城區人口約29萬人。全市現有耕地面積1 114萬畝，人均占有耕地面積居全省之首。全市2008年農作物總播種面積1 071萬畝，其中糧食作物播種總面積為731萬畝，經濟作物播種總面積為340萬畝。2008年全市旱田播種面積為918萬畝，水田種植面積為153萬畝。全市2009年農作物總播種面積1 267.73萬畝，其中糧食作物播種總面積為933.46萬畝，經濟作物播種總面積為334.28萬畝。2009年全市旱田種植面積為1 106.48萬畝，水田播種面積為161.25萬畝。

2009年白城市地區生產總值完成356.5億元，按可比價格計算，比上年增長18.4%。其中第一產業增加值69.3億元，增長 6.2%;第二產業增加值 152.2億元，增長21.8%;第三產業增加值 135億元，增長 20.7%。按年平均人口計算，人均 GDP達到17 557元，比上年增長18.3%。三次產業結構由 2008年的 22.0:39.2:38.8調整為 19.4:42.7:37.9。2009年，第一產業對經濟增長的貢獻率為6.5%，第二產業貢獻率為49.9%，第三產業貢獻率為43.6% 。

2009年全市完成一般預算全口徑財政收入23.2億元，比上年增長0.3%。其中地方級財政收入 12.6億元，增長15.8%。全市全口徑工業完成增加值125.3億元，比上年增長21.0%。其中規模以上工業企業完成增加值50.7億元，按可比價格計算，比上年增長22.3%。實現利潤總額7.3億元，比上年增長 13.4%。工業增加值實現 6.7億元，增長79.7%。2009年全市城鎮居民人均可支配收入達到15 006元，比上年增長11.0%。2009年全市農村居民人均純收入3 537元，比上年增長0.5%。

2009年全市實現農林牧漁業總產值129.6億元，比上年增長10.6%。其中農業產值 70.9億元，同比增長 6.8%;2009年受自然災害影響全市糧食總產量251.3萬噸。

2009年農田水利工程主要有引嫩入白工程、大安灌區、洮兒河灌區節水續建改造、西部土地開發整理鎮賚和大安項目區。

1.3 水資源概況

全市水資源總量為22.72×108m3/a，其中:地下水天然資源量為 20.83×108m3/a，占總水資源量的 91.68%;地表水資源量為1.89×108m3/a，占總水資源量的 8.32%。地下水可開采資源量為 15.39×108m3/a，占地下水天然資源量的 73.88%(詳見表 1)。

表1 白城市水資源量統計表 108m3/a

江河過境水資源量為 209.2×108m3/a(詳見表 2)?！端蛇|流域水資源規劃》從嫩江、洮兒河分配給吉林省的水量為 22.36 ×108m3/a，其中我市為21.40 ×108m3/a，松原市為0.96 ×108m3/a。嫩江干流供水量為 17.86 ×108m3/a，其中白城市為 16.9 ×108m3/a，松原市為 0.96 ×108m3/a。洮兒河供水量為4.5×108m3/a(白城市)。

表2 白城市各河段過境水資源量統計表108m3/a

2 地下水總量控制動態分配

2.1 確定原則

2.1.1 總量控制，持續利用

水量分配，在總量控制的基礎上要先滿足人們的生活用水的基本需求，然后是生產用水，既保證生態環境用水又保證糧食生產用水，并兼顧當前和長遠，在可持續利用的前提下，盡可能滿足當前生產用水需要。

2.1.2 以豐補欠，適時調整

我市的地下水是有限的，枯水年份可以動用一定數量的儲存量，但豐水年時應限制對地下水的開采，補充地下水。同時適時調整地下水控制總量，利用地下水多年調解的特點，使地下水得到恢復。

2.1.3 統一配置，分類供水

區內水田灌區的灌溉水源采用地表水。自然保護區生態環境用水采用地表水，向海自然保護區在豐水年、豐水期利用分洪入向工程和引洮入向工程，引霍林河水和洮兒河水補充生態用水;莫莫格濕地保護區利用引嫩入白工程、白沙灘灌區工程(棄水)和應急補水工程，提引嫩江水作為生態用水，未來可利用五家子灌區灌溉棄水補充生態用水。淺層地下水資源用于旱田灌溉和坐水種。深層地下水(第三系地下水)應嚴格控制，原則上僅用于飲用水源或食品工業用水。

2.2 確定方法

在地下水可開采資源量的基礎上，按一定的比例(91.8%)并保有余量進行分配，并分配到每個季度，第一、第四季度農業基本不用水，水量分配主要考慮生活用水和工業用水，第二、第三季度是糧食生產的主要時期，除考慮生活和工業用水外，根據糧食種植的主要作物(玉米)的需水量及降水量，進行分配。

式中:Qn為各鄉鎮地下水分配總量，Qi為各鄉鎮季度用水總量。

式中:Qsi、Qgi、Qdi為鄉鎮季度生活需水量、工業需水量和牲畜需水量;αi為系數;Mi、Pi為各鄉鎮第二、三季度農業需水量(玉米)和降水量;M為各鄉鎮第二、三季度農業需水量之和;P為各鄉鎮第二、三季度降水量之和。

2.3 地下水總量分配

根據上述原則和方法，確定了白城市各行政區取水總量年內季度分配情況，見表3。

表3 白城市各縣(市、區)取水總量動態分配匯總表104m3

3 控制總量動態分配合理性分析

3.1 模型的建立

3.1.1 模型目標

(1)優先保證生活用水;

(2)地下水用水量不能超過動態控制總量;

(3)地表水用水量不能超過地表水供水量;

(4)經濟效益最大。

3.1.2 變量設置

(1)與地下水有關的決策變量:

Xg1—地下水灌溉旱田面積(104畝);

Xg2—地下水旱田坐水種面積(104畝);

Xg3—使用地下水大牲畜數量(104頭);

Xg4—使用地下水小牲畜數量(104頭);

Xg5—工業使用地下水的水量(104m3);

Xg6—使用地下水城鎮人口(104人);

Xg7—使用地下水農村人口(104人)。

(2)與地表水有關的決策變量:

Xs1—地表水灌溉旱田面積(104畝);

Xs2—地表水旱田坐水種面積(104畝);

Xs3—使用地表水大牲畜數量(104頭);

Xs4—使用地表水小牲畜數量(104頭);

Xs5—工業使用地表水的水量(104m3);

Xs6—使用地表水城鎮人口(104人);

Xs7—使用地表水農村人口(104人)。

3.1.3 參數確定

根據吉林省用水定額(DB22/T389－2009)確定模型各參數，見表4。

表4 模型參數表

3.1.4 約束條件和目標分析

(1)滿足約束條件時，盡可能使經濟利益最大。

式中:p為可調配水量;Xgi為地下水相關變量;Xsi為地表水相關變量;p'i為效益類參數目標規劃值。

(2)保證生活用水

Xg6+Xg7=C1;Xs6+Xs7=C2

式中:C1、C2為目標規劃取值。

(3)地下水用水量不能超過分配的總量:

式中:Qg為地下水用水總量;pi為目標規劃參數值;Xgi為地下水相關變量;Qga為地下水控制總量。

(4)地表水用水量不能超過地表水可供水量:

式中:Qs為地表水用水總量;Xsi為地表水相關變量;pi為目標規劃參數值;Qsa為地表水可供水量。

(5)耕地面積

Fa≤F－Fw－Fr－F0

式中:Fa為耕地面積;F為土地面積;Fw為水面面積;Fr為建筑用地面積;F0為不能用于開墾耕地的其他土地面積。

(6)變量取值范圍

Xgi≥0，Xsi≥0，i=0，1，2…7。

3.2 模型運行方案

利用Excel規劃求解功能進行水資源優化配置，當參數目標規劃值p'i等于pi參數值時經濟效益達到最大，優化結果為全市可達到全程旱灌面積為1 002.3×104畝，坐水種面積為 461.8×104畝，滿足 37.75×104頭大牲畜和 261.85×104頭小牲畜用水，提供2 234.44×104m3工業用水，滿足48.13萬城鎮人口和136.72萬農村人口的水。

白城市地下水、地表水優化配置成果見表5和表6，白城市旱田播種面積與優化配置面積對比見表7。

表5 白城市地下水優化配置成果匯總表

表6 白城市地表水優化配置成果明細表

表7 白城市旱田播種面積與優化配置面積對比匯總表

4 結語

(1)地下水開采量分配以不超過地下水可開采量，不引起地下水位大幅下降及生態環境惡化為原則，白城市地下水取水總量近期為14.123億 m3(按地下水可開采量的91.8%計算)，并按季進行分配，通過建立的模型對各行政區的取水總量進行重新配置，結果表明分配的水量是可行的、合理的。

(2)現有分配的地下水量可以滿足耕地的灌溉需求，但不是全程灌溉，有一部耕地是坐水種，這樣勢必會影響糧食產量，尤其在干旱年份將導致糧食大量減產。為了保證糧食產量只能動用地下水儲存量，建議對枯水期動用地下水儲存量的可行性進行分析論證。