[基于GAMS的内蒙古河套灌区水资源联合利用分析]内蒙古河套灌区.docx

[基于GAMS的内蒙古河套灌区水资源联合利用分析]内蒙古河套灌区摘要：根据国家和地方对黄河水量的分配比例，未来内蒙河套灌区引黄水量为40亿m3/a，而目前河套灌区多年平均引黄水量为52亿m3/a。随着引黄水量的逐年减少和灌区经济的快速发展，本地区水资源供需矛盾更加突出，合理利用有限水资源成为灌区的首要任务。通过灌区现状水资源供需平衡分析，并根据河套灌区中长期规划和水资源利用特点，设计了2种引黄水和地下水联合利用方案，同时对规划年水资源联合利用情况进行了优化分析，并对不同方案下的地下水动态变化进行了模拟。结果表明，通过优化产业结构、增加井渠结合灌溉面积，有效利用地下水资源包括微咸水，可以在40亿m3/a引黄水量下维持灌区可持续发展。关键词：河套灌区；水资源；联合利用；GAMS中图分类号：TV213文献标识码：A文章编号：16721683（2013）03001205内蒙河套灌区是黄河流域特大型灌区之一，降水稀少、蒸发强烈，属于干旱、半干旱地区。灌区现有灌溉面积57.4万hm2，多年平均引黄水量51.8亿m3/a。作为工业、生活重要水源的地下水主要靠引黄灌溉入渗补给，浅层地下水属于典型的入渗蒸发型，水分以垂直运动为主。随着节水改造工程的逐步落实，内蒙河套灌区的引黄指标将限定为40亿m3/a。在引黄水量的日益减少和人口、经济不断增长的情况下，灌区水资源供需矛盾更加突出。同时，由于地下水资源利用率较低，造成了区域土壤次生盐渍化，影响了灌区经济社会的可持续发展。因此，如何有效利用有限的水资源，改善区域生态环境，成为内蒙河套灌区亟待解决的首要问题[1]。本文首先对灌区现状水资源供需进行了平衡分析，并根据河套灌区中长期规划和水资源利用特点，建立了适合河套灌区的水资源联合利用优化模型，选择2030年作为规划年，对两种情景下的水资源联合利用方案进行了分析，并模拟了规划年的地下水埋深动态变化。1现状水资源供需平衡根据灌区多年的引黄资料统计，河套灌区总干渠首多年平均引黄能力达到54.7亿m3/a，干渠实际引水能力为51.8亿m3/a，而分配到各灌域总的引水量为48.2亿m3/a。河套灌区现有灌溉面积为57.4万hm2，按河套灌区总干渠续灌、干渠及以下渠道轮灌的实际情况以及灌区实测渠道水利用系数，各级渠道按面积加权得出的现状渠系水利用系数为042～0.46，灌溉水利用系数为0.30～0.36，引黄水量全部用于灌溉。灌区多年平均地下水开采水平较低，除了城镇生活、农村生活、牲畜饮用水和工业用水之外，在灌区小片分布有井灌区。根据表1多年平均供需平衡分析结果，灌区地表水全部用于灌溉，灌区多年平均地下水开采量为1.48亿m3/a，地下水利用率仅为144%。另外，根据国家和地方的黄河水资源分配方案，初步确定内蒙河套灌区节水改造工程实施后，引黄水量指标为40亿m3/a。表1灌区水资源多年平均供用平衡分析结果Table1Theannualaveragesupplyanddemandbalanceofwaterresourcesintheirrigationdistrict（unit：108m3）亿m32灌区水资源联合利用模型河套灌区主要靠引用黄河水进行农业灌溉，随着黄河水资源的日益减少，再加上分配给灌区的引黄水量将限制在40亿m3/a，其势必影响灌区经济的快速发展。另外，灌区地表水和地下水水力联系密切，且相互影响，灌区地下水主要靠引水渠系渗漏和田间灌溉入渗补给，因此，引黄水量的多少直接影响地下水的补给量，进而影响地下水的可开采量及地下水埋深；而在需水量一定的情况下，地下水可供水量同时也决定着引水量的多少。因此本文从河套灌区的实际出发，通过建立的优化模型对各个分区各个时段的地表水和地下水进行统一调配[26]，使得在既能满足各行业需水量又能充分利用地下水的前提下，总的引用黄河水量最小。2.1变量设置灌区内工业、生活及牲畜用水以开采地下水为主，引用的黄河水主要是进行农业灌溉，生态用水包括城镇绿化、生活服务用水和淋盐保墒用水，在计算时城镇绿化、生活服务用水归入到城镇生活用水里，而淋盐保墒用水属于秋浇水被分配给农业用水。因此，各灌域的用水行业包括城镇生活用水、农村生活用水、牲畜用水、工业用水及农业用水，分别用XT、XV、XL、XI和XA表示。后缀GW表示使用地下水源，SW表示使用地表水源，下标i、t表示第i分区t时段上述各用水行业分配的水量（i=1，2，3，4，5，分别代表一干灌域、解放闸灌域、永济灌域、义长灌域和乌拉特灌域；t=1，2，…，12，代表月份）。2.2目标函数在满足各约束条件下，目标函数即为引水量最小，用公式表示为：minf（x）=min∑51i=1∑121t=1XASWi，t（1）式中：XASWi，t为第i分区t时段引黄水量（万m3）；2.3约束条件（1）供水约