白城市地下水總量控制動態(tài)分配及合理性分析

牛權(quán)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(jīng)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(nèi)蒙古自治區(qū)接壤，北靠內(nèi)蒙古自治區(qū)、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(fēng)氣候，春季干燥多風(fēng)，夏季溫?zé)岫嘤?，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(fā)量1 800 mm(φ20 cm蒸發(fā)皿)，4～5月份蒸發(fā)強(qiáng)烈。年平均氣溫4.7℃，結(jié)凍期長達(dá) 6個月左右，凍結(jié)深度一般在1.5 ～1.8 m，無霜期為 160 d。

境內(nèi)主要河流有:嫩江、洮兒河、霍林河、蛟流河、呼爾達(dá)河、二龍濤河、額木特河及文牛格尺河。嫩江為過境河流，發(fā)源于大興安嶺伊勒呼里山南麓，在白城市鎮(zhèn)賚縣丹岱鄉(xiāng)十家子村入境，經(jīng)鎮(zhèn)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(nèi)流域面積為24 529 km2，嫩江干流在白城市境內(nèi)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(fā)源于內(nèi)蒙古大興安嶺南麓高岳山，在白城市洮北區(qū)嶺下鎮(zhèn)入境，流經(jīng)洮北區(qū)、洮南市、鎮(zhèn)賚縣和大安市四個縣(市、區(qū))，入月亮湖水庫，經(jīng)哈爾金閘注入嫩江。在白城市境內(nèi)河道長235 km，流域面積12 557 km2;霍林河為白城市境內(nèi)嫩江右岸的另一條一級支流，發(fā)源于內(nèi)蒙扎魯特旗大興安嶺德福特勒罕山北麓，在通榆縣同發(fā)鄉(xiāng)入境，流經(jīng)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(nèi)河流長240 km，流域面積為10 841 km2。

1.2 經(jīng)濟(jì)社會

全市轄洮北區(qū)、洮南市、大安市、鎮(zhèn)賚縣和通榆縣五個縣(市、區(qū))，總?cè)丝诩s203萬人，其中非農(nóng)業(yè)人口81萬人，農(nóng)業(yè)人口122萬人，白城市城區(qū)人口約29萬人。全市現(xiàn)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(nóng)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(jīng)濟(jì)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(nóng)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(jīng)濟(jì)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(qū)生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)增加值69.3億元，增長 6.2%;第二產(chǎn)業(yè)增加值 152.2億元，增長21.8%;第三產(chǎn)業(yè)增加值 135億元，增長 20.7%。按年平均人口計算，人均 GDP達(dá)到17 557元，比上年增長18.3%。三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由 2008年的 22.0:39.2:38.8調(diào)整為 19.4:42.7:37.9。2009年，第一產(chǎn)業(yè)對經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)率為6.5%，第二產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)率為49.9%，第三產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)率為43.6% 。

2009年全市完成一般預(yù)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(yè)完成增加值125.3億元，比上年增長21.0%。其中規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)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(xiàn)利潤總額7.3億元，比上年增長 13.4%。工業(yè)增加值實現(xiàn) 6.7億元，增長79.7%。2009年全市城鎮(zhèn)居民人均可支配收入達(dá)到15 006元，比上年增長11.0%。2009年全市農(nóng)村居民人均純收入3 537元，比上年增長0.5%。

2009年全市實現(xiàn)農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值129.6億元，比上年增長10.6%。其中農(nóng)業(yè)產(chǎn)值 70.9億元，同比增長 6.8%;2009年受自然災(zāi)害影響全市糧食總產(chǎn)量251.3萬噸。

2009年農(nóng)田水利工程主要有引嫩入白工程、大安灌區(qū)、洮兒河灌區(qū)節(jié)水續(xù)建改造、西部土地開發(fā)整理鎮(zhèn)賚和大安項目區(qū)。

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(tǒng)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(guī)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(tǒng)計表108m3/a

2 地下水總量控制動態(tài)分配

2.1 確定原則

2.1.1 總量控制，持續(xù)利用

水量分配，在總量控制的基礎(chǔ)上要先滿足人們的生活用水的基本需求，然后是生產(chǎn)用水，既保證生態(tài)環(huán)境用水又保證糧食生產(chǎn)用水，并兼顧當(dāng)前和長遠(yuǎn)，在可持續(xù)利用的前提下，盡可能滿足當(dāng)前生產(chǎn)用水需要。

2.1.2 以豐補(bǔ)欠，適時調(diào)整

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

2.1.3 統(tǒng)一配置，分類供水

區(qū)內(nèi)水田灌區(qū)的灌溉水源采用地表水。自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境用水采用地表水，向海自然保護(hù)區(qū)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(bǔ)充生態(tài)用水;莫莫格濕地保護(hù)區(qū)利用引嫩入白工程、白沙灘灌區(qū)工程(棄水)和應(yīng)急補(bǔ)水工程，提引嫩江水作為生態(tài)用水，未來可利用五家子灌區(qū)灌溉棄水補(bǔ)充生態(tài)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(yīng)嚴(yán)格控制，原則上僅用于飲用水源或食品工業(yè)用水。

2.2 確定方法

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

式中:Qn為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水分配總量，Qi為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)季度用水總量。

式中:Qsi、Qgi、Qdi為鄉(xiāng)鎮(zhèn)季度生活需水量、工業(yè)需水量和牲畜需水量;αi為系數(shù);Mi、Pi為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)第二、三季度農(nóng)業(yè)需水量(玉米)和降水量;M為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)第二、三季度農(nóng)業(yè)需水量之和;P為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)第二、三季度降水量之和。

2.3 地下水總量分配

根據(jù)上述原則和方法，確定了白城市各行政區(qū)取水總量年內(nèi)季度分配情況，見表3。

表3 白城市各縣(市、區(qū))取水總量動態(tài)分配匯總表104m3

3 控制總量動態(tài)分配合理性分析

3.1 模型的建立

3.1.1 模型目標(biāo)

(1)優(yōu)先保證生活用水;

(2)地下水用水量不能超過動態(tài)控制總量;

(3)地表水用水量不能超過地表水供水量;

(4)經(jīng)濟(jì)效益最大。

3.1.2 變量設(shè)置

(1)與地下水有關(guān)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(shù)量(104頭);

Xg4—使用地下水小牲畜數(shù)量(104頭);

Xg5—工業(yè)使用地下水的水量(104m3);

Xg6—使用地下水城鎮(zhèn)人口(104人);

Xg7—使用地下水農(nóng)村人口(104人)。

(2)與地表水有關(guān)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(shù)量(104頭);

Xs4—使用地表水小牲畜數(shù)量(104頭);

Xs5—工業(yè)使用地表水的水量(104m3);

Xs6—使用地表水城鎮(zhèn)人口(104人);

Xs7—使用地表水農(nóng)村人口(104人)。

3.1.3 參數(shù)確定

根據(jù)吉林省用水定額(DB22/T389－2009)確定模型各參數(shù)，見表4。

表4 模型參數(shù)表

3.1.4 約束條件和目標(biāo)分析

(1)滿足約束條件時，盡可能使經(jīng)濟(jì)利益最大。

式中:p為可調(diào)配水量;Xgi為地下水相關(guān)變量;Xsi為地表水相關(guān)變量;p'i為效益類參數(shù)目標(biāo)規(guī)劃值。

(2)保證生活用水

Xg6+Xg7=C1;Xs6+Xs7=C2

式中:C1、C2為目標(biāo)規(guī)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(biāo)規(guī)劃參數(shù)值;Xgi為地下水相關(guān)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(guān)變量;pi為目標(biāo)規(guī)劃參數(shù)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(guī)劃求解功能進(jìn)行水資源優(yōu)化配置，當(dāng)參數(shù)目標(biāo)規(guī)劃值p'i等于pi參數(shù)值時經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最大，優(yōu)化結(jié)果為全市可達(dá)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(yè)用水，滿足48.13萬城鎮(zhèn)人口和136.72萬農(nóng)村人口的水。

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

表5 白城市地下水優(yōu)化配置成果匯總表

表6 白城市地表水優(yōu)化配置成果明細(xì)表

表7 白城市旱田播種面積與優(yōu)化配置面積對比匯總表

4 結(jié)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(tài)環(huán)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(jìn)行分配，通過建立的模型對各行政區(qū)的取水總量進(jìn)行重新配置，結(jié)果表明分配的水量是可行的、合理的。

(2)現(xiàn)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(chǎn)量，尤其在干旱年份將導(dǎo)致糧食大量減產(chǎn)。為了保證糧食產(chǎn)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(jìn)行分析論證。