綠色經濟時代西北農業節水最優規劃數學模型應用

鐘淇

摘 要：西北地區水資源相對匱乏，農業生產進程中要求有強烈的節水意識。在充分考慮了農業可用水量、水源類型、農作物種植面積和節水灌溉工程發展現狀的基礎上，針對西北地區各類節水灌溉技術應用開展調查，以期利用數學模型達到水土資源優化配置的效果。

關鍵詞：綠色經濟;西北農業;節水規劃;數學模型

文章編號：1004-7026（2020）08-0100-02? ? ? ? ?中國圖書分類號：S274? ? ? ? 文獻標志碼：A

雖然西北地區土地資源豐富，但是水資源卻相對短缺，隨著工業、生活和生態用水量增加，農業灌溉用水緊張的情況日益突出。因此，在西北地區開展農業種植活動，首先需要考慮的就是節水和灌溉工程，可以利用數學模型為節水灌溉設計總體思路，以實現各類節水灌溉工程的最佳使用效果。

1? 西北地區農業綠色節水模型

2018年，中國農業發展高層會議專題探討中，專門提出了關于水資源高效使用并與水環境生態治理相結合的一系列問題，這是因為在現有的自然環境條件之下，綠色節水和發展農業戰略成為了一對突出而又相互作用的主體。為了能夠落實綠色節水農業發展的有關要求，從發展綠色節水農業的戰略定位角度入手，開展了西北地區綠色節水農業技術和模式創新等一系列工作，完善綠色節水農業發展新思路。

綜合考察西北地區現有水資源儲備量，調查顯示，西北地區地域遼闊，人口相對稀少，氣候干旱，降水量稀少，但是蒸發卻非常旺盛。在這種比較特殊的地理位置和條件下，該地區水資源短缺，生態環境比較脆弱，光熱資源和土地礦產資源較為豐富。對于西北地區的農業灌溉來說，當地氣候干燥、降雨量稀少，全區多年平均降水量為2 300 mm，水面蒸發量高達1 000～2 600 mm，是我國降水量極少的農作物耕種區域，地表水資源量約為1 463億m3。這種干旱的氣候，使西北地區水資源量儲備僅為998億m3，地下水資源與地表水資源重復計算量高達789億m3，可見，人均水資源量非常少，水資源與人口和耕地的地區關系及分布相對不夠平衡。

對西北地區區域而言，為了實現農業水土資源優化配置的實際效果，研究農業節水灌溉的最優規劃問題，需要在西北地區綜合研究降水條件、水資源保留條件、農作物生產條件等的區別，從不同的節水灌溉技術入手，對當地的水源情況、蓄水量、降水量、地形農作物的適用性及對于水的需求量等進行綜合考察。節水灌溉工程的投資額雖然很大，但是卻可以為西北地區提供長遠的綠色經濟效益，因此，為了實現各種節水灌溉工程的技術指標，有必要通過數學計算，得出節水灌溉工程總投資額最優的規劃方案[1]。

隨著現代社會對于環境的破壞和資源的濫用，影響了自然生態的正常恢復，生態環境破壞嚴重。因此，目前綠色經濟是全球經濟發展的主流。西北地區長期以來缺水嚴重，人們對于當地資源枯竭性的消耗，已經給該地區帶來了不可逆轉的傷害，因此，為了償還這種代價，搞活綠色農業經濟，拉開綠色革命序幕勢在必行。

根據西北地區的用戶用水量及農業總需用水量分為有效用水和無效用水的思路，可以建立起節水量的數學模型，從國民生產總值的基礎之上分析節水總量，建立節水價值量的數學模型，將有助于控制不必要的用水。

3? 西北地區農業節水數學模型優化策略

在綠色經濟時代，農業改變粗放的發展方式，需要增強農業生產區域核心競爭力。節水節約資源將成為西北地區農業快速發展的助推力量，建議建立長久的發展平臺，在綠色經濟的基礎上發展綠色、節約、可持續發展的生產模式。

3.1? 最優規劃西北地區農業節水數學模型

3.1.1? 新增節水灌溉目標函數

節水灌溉工程總投資額最小是節水模型所需要達到的目標，故將節水灌溉工程的總投資額設置為節水系數，并且在這個節水系數的基礎上，為了新增節水灌溉工程投資，計算每單位面積內新增節水灌溉工程的投資額。

設z為節水灌溉工程總投資額，單位為元;Cijk是單位面積新增節水灌溉工程的投資額，單位為元/667 m2;Xijk作為新增節水灌溉工程面積，單位為hm2;i作為采用節水灌溉類型的序號;j作為種植作物的序號;k作為水源類型的序號（k=1，2，3……）;I作為采用節水灌溉類型的總數;J作為種植作物的總數。那么得出最終的計算公式，即目標函數的計算方法為下式。

根據該目標函數所得出的結論，就可以大概核算出節水灌溉面積總數和農作物的總數之間關系，并且新增節水灌溉總投資額將是最終的計算結果。

3.1.2? 目標函數計算的約束條件

目標函數計算的約束條件將最終決定農業灌溉可利用總水量的約束額，有關部門之所以進行該數學模型的測算，主要是為了規劃年灌溉工程用水量和農業灌溉用水量之間的關系。在約束數額的影響之下，西北地區農業規劃可利用總水量，將包括規劃年地面水農業灌溉可供水量，同時還包含規劃年允許農業地下水的總提取量。

設Q作為規劃年地面灌溉定額，單位為m3/667 m2，這個參數與農作物的種類之間有非常密切的關系，主要是由農作物種類所決定的。？姿A是規劃年地面灌溉水利用的總系數，該系數主要與水源類型有關，在西北地區地面水和地下蓄水額的比例將直接影響該參數的數額。qij為規劃年節水灌溉定額總量的系數，單位為m3/667 m2，該參數主要與節水灌溉技術類型和農作物類型聯系有關。？濁A是西北地區農業規劃年節水灌溉水利用系數，與節水灌溉技術類型和水源類型息息相關。Wi為西北地區節水模型中灌溉年地面水農業供水量，與Wk規劃年允許農業地下水提取量有相對關系。Sijk是現階段年節水灌溉面積，單位是hm2。Aj作為規劃年作物灌溉面積，單位是hm2。

計算節水量及農業地下水提取量的公式見下式。

該模型主要是為了預防地下水提取量超過實際采集要求，因此在西北地區節水灌溉工程的用水量之和不應該大于上述計算，每年所允許的農業地下水提取量應該符合提取量的約束標準，整理并提取農業地下水提取量的約束指標。

3.2? 結論

在西北地區建立區域農業節水灌溉最優規劃模型，在有限的西北農業水資源條件下，要獲得投資最小的農業節水灌溉優化方案，計算地下水儲備量和地上水之間的互補關系，從而能夠在綠色經濟發展的基礎之上確定產業標準，結合產業發展引領，得到生態節水模型，實現西北地區農業綠色經濟發展。

參考文獻：

[1]梅峰太.農業節水優化數學模型的研究與應用——評《灌溉節水激勵模型研究》[J].灌溉排水學報，2020，39（1）：147.

（編輯：季? 鑫）