三江平原井灌区水资源系统产量模型分析

现以2010年红兴隆分局主要粮食作物种植结构优化为例，建立红兴隆分局2010年粮食总产量最高单目标优化模型。

（一）决策变量

分别选择红兴隆分局各农场2010年水稻、玉米、小麦、大豆种植面积作为决策变量，见表7-6。

表7-6　红兴隆分局主要粮食作物种植结构优化模型决策变量

（二）目标函数

以2010年红兴隆分局四种主要粮食作物水稻、玉米、小麦和大豆的总产量最高为目标，则目标函数为：

（三）约束条件

1.水量约束

水量约束是指为了实现区域生态环境的良性循环及农业可持续发展，2010 年红兴隆分局各农场四种主要粮食作物的灌溉用水量不得超过预计农业灌溉可用水量，即：

2.耕地面积约束

经过计算，从1992～2006 年，红兴隆分局四种主要粮食作物种植面积占耕地面积比例平均为77%左右，因此，以2010年红兴隆分局及各农场四种主要粮食作物种植面积之和不得大于预计耕地面积的77%作为耕地面积约束，即：

3.种植面积比例约束

种植面积比例约束是指2010年红兴隆分局四种主要粮食作物种植面积与总播种面积比例应在适宜种植比例范围内，即：

4.非负约束

（四）优化结果及分析

采用malab 7.0编程，经过计算，得到红兴隆分局各农场2010 年四种主要粮食作物优化种植面积，见表7-7。按照表7-7所示的优化种植结构，红兴隆分局2010年四种主要粮食作物总产量将达到2.5792×109kg，比2006 年四种主要粮食作物总产量2.1986×109kg增长17.31%，因此达到了通过优化种植结构来实现粮食增产的目标。(www.xing528.com)

表7-7　红兴隆分局2010年主要粮食作物种植结构产量型模型单目标优化结果

续表

由表7-7 经过计算可知，红兴隆分局2010年水稻、玉米、小麦和大豆的种植面积比例为1：0.68：0.14：0.27，水稻、玉米、小麦和大豆的种植面积占2010 年预计总播种面积的比例分别为37%、25%、5%和10%。而2006 年红兴隆分局水稻、玉米、小麦和大豆的种植面积比例为1：0.50：0.06：0.38，水稻、玉米、小麦和大豆的种植面积占总播种面积的比例分别为36.7%、18.5%、2.1%和14.0%。可以看出，经过优化调整以后，2010年红兴隆分局水稻、玉米、小麦种植比例有所增加，大豆种植比例有所下降。作为农民主要收入来源的水稻种植面积比2006 年增加了732hm2，种植比例增加了0.3%。这主要是由于在红兴隆分局2010年农业灌溉用水规划中，为了控制地下水位进一步下降，有效保护水环境，虽然限制了地下水的开采量，但由于地表水利用率的提高，所以水稻种植规模可以适当增加。

按照上述方法，同理可得到红兴隆分局各农场2020年和2030年四种主要粮食作物优化种植面积，见表7-8。按照表7-8 所示的优化种植结构，红兴隆分局2020 年和2030年四种主要粮食作物总产量将分别达到2.7935×109kg 和2.9849×109kg，分别比2010年四种主要粮食作物总产量2.5792×109kg增长8.31%和15.73%，因此达到了通过优化种植结构来实现粮食增产的目标。

表7-8　红兴隆分局2020年、2030年主要粮食作物种植结构产量型模型单目标优化结果

图7-2　红兴隆分局主要粮食作物种植结构产量型模型优化结果直方图

由表7-8 经过计算可知，红兴隆分局2020年和2030 年水稻、玉米、小麦和大豆的种植面积比例与2010 年相同，为1：0.68：0.14：0.27，水稻、玉米、小麦和大豆的种植面积占2020 年和2030 年预计总播种面积的比例也与2010年相同，分别为37%、25%、5%和10%。将红兴隆分局主要粮食作物优化种植面积绘制成直方图，见图7-2。

由上述分析结果及图7-2 可知，随着红兴隆分局地表水资源利用率的逐渐提高，地下水的开采强度会逐渐降低，从而可以有效地涵养地下水资源，保护区域水环境，同时可以适当扩大水田及旱田规模，因此，2010 年以后，红兴隆分局的水稻、玉米、小麦和大豆种植面积呈逐渐增加的态势。

现以水稻为例，进一步探讨产量型模型的细部结构。经过计算，可以得到红兴隆分局各农场2006 年、2010年、2020 年及2030 年水稻种植面积占各农场总播种面积的比例，见表7-9 和图7-3。

图7-3　红兴隆分局2006 年水稻种植比例与产量型模型优化种植比例直方图

表7-9　红兴隆分局2006年、2010年、2020年、2030年水稻种植比例与产量型模型水稻优化种植比例

续表

由表7-9 和图7-3 可以看出，2006 年，江川、红旗岭和宝山农场的水稻种植比例很高，分别为99.22%、80.03%和93.61%，经过优化以后，水稻种植比例得到了有效地控制，降至50%～60%左右。为了实现增产的目标，在水土资源的约束下，友谊农场未来水稻种植比例将先有所增加，然后逐渐减少，二九一农场未来水稻种植比例将先持续增加，然后减少，八五二和八五三农场未来水稻种植比例将先有所降低，然后逐渐增加，江川农场未来水稻种植比例将先持续降低，然后增加；宝山农场水土资源条件较差，未来水稻种植比例将持续减少；五九七、双鸭山、曙光及北兴农场的水土资源条件较好，未来水稻种植比例将持续增加；而饶河及红旗岭农场在水土资源的约束下，未来水稻种植比例将发生波动。