三江平原井灌区水资源可持续利用方案

现仍以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年节水型单目标优化模型。决策变量见前述。

（一）目标函数

以2010年红兴隆分局四种主要粮食作物水稻、玉米、小麦和大豆的灌溉用水量最小为目标，则目标函数为：

（二）约束条件

除了前述的水量约束、耕地面积约束、种植面积比例约束和非负约束之外，为了保障粮食安全，还需要对粮食产量提出一定要求。因此，以2010 年红兴隆分局四种主要粮食作物总产量不得小于前述红兴隆分局产量型优化模型预计四种主要粮食作物总产量的95%作为粮食产量约束，即：

（三）优化结果及分析

采用malab 7.0编程并运行程序，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7-13。按照表7-13 所示的优化种植结构，红兴隆分局2010年四种主要粮食作物灌溉用水总量将达到9.0493 亿m3，占2010 年四种主要粮食作物灌溉可用水量的61.75%，而对于产量型模型，2010 年四种主要粮食作物灌溉用水总量（10.9455亿m3）占四种主要粮食作物灌溉可用水量的74.68%，因此达到了通过优化种植结构来实现农业节水的目标。

表7-13　红兴隆分局2010年主要粮食作物种植结构节水型模型单目标优化结果

由表7 13 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占整个分局预计总播种面积的比例分别为30.4%、25.0%、10.0%和11.6%。而2006 年红兴隆分局水稻、玉米、小麦和大豆的种植面积占整个分局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、大豆种植比例有所下降，玉米、小麦种植比例有所增加。作为农民主要收入来源的水稻种植面积比2006 年下降了26673hm2，种植比例下降了6.3%。虽然近几年水稻种植效益较高，但这只是一种短期行为，长期大规模开发地下水种植水稻，不仅会导致地下水位的下降，而且可能由于农药、化肥的不合理使用等原因而导致地下水水质污染等一系列水环境问题。因此，2010年红兴隆分局水稻种植面积和比例的下降对于红兴隆分局的农业可持续发展具有重要意义。

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 14。按照表7 14 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灌溉用水总量将分别达到9.0806 亿m3和9.3559 亿m3，分别占2020年和2030年四种主要粮食作物灌溉可用水量的54.00%和49.30%，而对于产量型模型，2020年和2030 年四种主要粮食作物灌溉用水总量（11.1223 亿m3和11.7029亿m3）分别占2020年和2030 年四种主要粮食作物灌溉可用水量的66.14%和61.67%，因此达到了通过优化种植结构来实现农业节水的目标。(www.xing528.com)

表7-14　红兴隆分局2020年、2030年主要粮食作物种植结构节水型模型单目标优化结果

由表7-14 经过计算可知，红兴隆分局2020 年水稻、玉米、小麦和大豆的种植面积占整个分局预计总播种面积的比例分别为29.9%、25.0%、10.0%和12.1%。而红兴隆分局2030 年水稻、玉米、小麦和大豆的种植面积占整个分局预计总播种面积的比例分别为29.5%、25.0%、10.0%和12.5%。由表7-13 和7-14 的计算结果可知，要实现农业节水，红兴隆分局将来应适当控制水稻种植比例，适当增加大豆种植比例，稳定玉米和小麦种植比例。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7-5。

图7-5　红兴隆分局主要粮食作物种植结构节水模型优化结果直方图

由前述分析预测及图7-5 可知，水稻灌溉比例为100%，在红兴隆分局的农业灌溉用水量中所占比重最高，而玉米、小麦、大豆的灌溉比例到2010 年、2020 年和2030 年将分别达到10%、20%和30%，在红兴隆分局的农业灌溉用水量中所占比重较小。因此，要实现农业节水的目标，红兴隆分局未来玉米、小麦和大豆的种植面积将呈现逐步增长的态势，而水稻种植面积将会发生波动。

现以水稻为例，进一步探讨节水型模型的细部结构。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7-15和图7-6。

表7-15　红兴隆分局2006年水稻种植比例与节水型模型水稻优化种植比例

图7-6　红兴隆分局2006 年、2010年、2020年、2030年水稻种植比例与节水型模型优化种植比例直方图

由表7-15 和图7-6 可知，与产量型和效益型模型相比，红兴隆分局主要粮食作物种植结构节水型模型同样对江川、红旗岭和宝山农场非常高的水稻种植比例进行了有效的控制，水稻种植比例由原先的90%左右降至优化以后的20%～70%左右，但节水型模型细部结构发生了很大变化。为了实现农业节水的目标，在水土资源及粮食产量的约束下，友谊、五九七、双鸭山及曙光农场未来水稻种植比例将先有所增加，然后逐渐减少，八五二和二九一农场未来水稻种植比例将先有所降低，然后逐渐增加，八五三和江川农场未来水稻种植比例将先持续降低，然后增加；红旗岭和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；而饶河及北兴农场在水土资源和粮食产量的约束下，未来水稻种植比例将发生波动。