白城市地下水总量控制动态分配及合理性分析

牛权森，周 巍，许 斌

(1.吉林省白城市水资源管理办公室 ，吉林 白城 137000;2.吉林省白城市水利局 ，吉林 白城 137000)

1 白城市基本情况

1.1 自然概况

白城市地处吉林省西北部，松嫩平原西部。位于东经121°38'～ 124°23'，北纬 44°13'～ 46°18'之间。东南与本省的松原市相邻，西与内蒙古自治区接壤，北靠内蒙古自治区、黑龙江省，东与黑龙江省隔嫩江相望。东西宽210 km，南北长 229 km，总幅员面积 2.57 ×104km2。

白城市属温带大陆季风气候，春季干燥多风，夏季温热多雨，秋季昼夜温差大，冬季寒冷少雪。多年平均降水量仅400 mm左右，其中70%集中在7、8、9三个月份。多年平均蒸发量1 800 mm(φ20 cm蒸发皿)，4～5月份蒸发强烈。年平均气温4.7℃，结冻期长达 6个月左右，冻结深度一般在1.5 ～1.8 m，无霜期为 160 d。

境内主要河流有:嫩江、洮儿河、霍林河、蛟流河、呼尔达河、二龙涛河、额木特河及文牛格尺河。嫩江为过境河流，发源于大兴安岭伊勒呼里山南麓，在白城市镇赉县丹岱乡十家子村入境，经镇赉县、大安市至前郭县的三岔河处与第二松花江汇合。嫩江在白城市境内流域面积为24 529 km2，嫩江干流在白城市境内长150 km，流域面积为1 131 km2，河道比降在1/10 000～1/15 000之间;洮儿河为嫩江下游右岸一级支流，发源于内蒙古大兴安岭南麓高岳山，在白城市洮北区岭下镇入境，流经洮北区、洮南市、镇赉县和大安市四个县(市、区)，入月亮湖水库，经哈尔金闸注入嫩江。在白城市境内河道长235 km，流域面积12 557 km2;霍林河为白城市境内嫩江右岸的另一条一级支流，发源于内蒙扎鲁特旗大兴安岭德福特勒罕山北麓，在通榆县同发乡入境，流经通榆县、洮南市、大安市，在大安市南部和松原市前郭县的北部形成查干湖，在白城市境内河流长240 km，流域面积为10 841 km2。

1.2 经济社会

全市辖洮北区、洮南市、大安市、镇赉县和通榆县五个县(市、区)，总人口约203万人，其中非农业人口81万人，农业人口122万人，白城市城区人口约29万人。全市现有耕地面积1 114万亩，人均占有耕地面积居全省之首。全市2008年农作物总播种面积1 071万亩，其中粮食作物播种总面积为731万亩，经济作物播种总面积为340万亩。2008年全市旱田播种面积为918万亩，水田种植面积为153万亩。全市2009年农作物总播种面积1 267.73万亩，其中粮食作物播种总面积为933.46万亩，经济作物播种总面积为334.28万亩。2009年全市旱田种植面积为1 106.48万亩，水田播种面积为161.25万亩。

2009年白城市地区生产总值完成356.5亿元，按可比价格计算，比上年增长18.4%。其中第一产业增加值69.3亿元，增长 6.2%;第二产业增加值 152.2亿元，增长21.8%;第三产业增加值 135亿元，增长 20.7%。按年平均人口计算，人均 GDP达到17 557元，比上年增长18.3%。三次产业结构由 2008年的 22.0:39.2:38.8调整为 19.4:42.7:37.9。2009年，第一产业对经济增长的贡献率为6.5%，第二产业贡献率为49.9%，第三产业贡献率为43.6% 。

2009年全市完成一般预算全口径财政收入23.2亿元，比上年增长0.3%。其中地方级财政收入 12.6亿元，增长15.8%。全市全口径工业完成增加值125.3亿元，比上年增长21.0%。其中规模以上工业企业完成增加值50.7亿元，按可比价格计算，比上年增长22.3%。实现利润总额7.3亿元，比上年增长 13.4%。工业增加值实现 6.7亿元，增长79.7%。2009年全市城镇居民人均可支配收入达到15 006元，比上年增长11.0%。2009年全市农村居民人均纯收入3 537元，比上年增长0.5%。

2009年全市实现农林牧渔业总产值129.6亿元，比上年增长10.6%。其中农业产值 70.9亿元，同比增长 6.8%;2009年受自然灾害影响全市粮食总产量251.3万吨。

2009年农田水利工程主要有引嫩入白工程、大安灌区、洮儿河灌区节水续建改造、西部土地开发整理镇赉和大安项目区。

1.3 水资源概况

全市水资源总量为22.72×108m3/a，其中:地下水天然资源量为 20.83×108m3/a，占总水资源量的 91.68%;地表水资源量为1.89×108m3/a，占总水资源量的 8.32%。地下水可开采资源量为 15.39×108m3/a，占地下水天然资源量的 73.88%(详见表 1)。

表1 白城市水资源量统计表 108m3/a

江河过境水资源量为 209.2×108m3/a(详见表 2)。《松辽流域水资源规划》从嫩江、洮儿河分配给吉林省的水量为 22.36 ×108m3/a，其中我市为21.40 ×108m3/a，松原市为0.96 ×108m3/a。嫩江干流供水量为 17.86 ×108m3/a，其中白城市为 16.9 ×108m3/a，松原市为 0.96 ×108m3/a。洮儿河供水量为4.5×108m3/a(白城市)。

表2 白城市各河段过境水资源量统计表108m3/a

2 地下水总量控制动态分配

2.1 确定原则

2.1.1 总量控制，持续利用

水量分配，在总量控制的基础上要先满足人们的生活用水的基本需求，然后是生产用水，既保证生态环境用水又保证粮食生产用水，并兼顾当前和长远，在可持续利用的前提下，尽可能满足当前生产用水需要。

2.1.2 以丰补欠，适时调整

我市的地下水是有限的，枯水年份可以动用一定数量的储存量，但丰水年时应限制对地下水的开采，补充地下水。同时适时调整地下水控制总量，利用地下水多年调解的特点，使地下水得到恢复。

2.1.3 统一配置，分类供水

区内水田灌区的灌溉水源采用地表水。自然保护区生态环境用水采用地表水，向海自然保护区在丰水年、丰水期利用分洪入向工程和引洮入向工程，引霍林河水和洮儿河水补充生态用水;莫莫格湿地保护区利用引嫩入白工程、白沙滩灌区工程(弃水)和应急补水工程，提引嫩江水作为生态用水，未来可利用五家子灌区灌溉弃水补充生态用水。浅层地下水资源用于旱田灌溉和坐水种。深层地下水(第三系地下水)应严格控制，原则上仅用于饮用水源或食品工业用水。

2.2 确定方法

在地下水可开采资源量的基础上，按一定的比例(91.8%)并保有余量进行分配，并分配到每个季度，第一、第四季度农业基本不用水，水量分配主要考虑生活用水和工业用水，第二、第三季度是粮食生产的主要时期，除考虑生活和工业用水外，根据粮食种植的主要作物(玉米)的需水量及降水量，进行分配。

式中:Qn为各乡镇地下水分配总量，Qi为各乡镇季度用水总量。

式中:Qsi、Qgi、Qdi为乡镇季度生活需水量、工业需水量和牲畜需水量;αi为系数;Mi、Pi为各乡镇第二、三季度农业需水量(玉米)和降水量;M为各乡镇第二、三季度农业需水量之和;P为各乡镇第二、三季度降水量之和。

2.3 地下水总量分配

根据上述原则和方法，确定了白城市各行政区取水总量年内季度分配情况，见表3。

表3 白城市各县(市、区)取水总量动态分配汇总表104m3

3 控制总量动态分配合理性分析

3.1 模型的建立

3.1.1 模型目标

(1)优先保证生活用水;

(2)地下水用水量不能超过动态控制总量;

(3)地表水用水量不能超过地表水供水量;

(4)经济效益最大。

3.1.2 变量设置

(1)与地下水有关的决策变量:

Xg1—地下水灌溉旱田面积(104亩);

Xg2—地下水旱田坐水种面积(104亩);

Xg3—使用地下水大牲畜数量(104头);

Xg4—使用地下水小牲畜数量(104头);

Xg5—工业使用地下水的水量(104m3);

Xg6—使用地下水城镇人口(104人);

Xg7—使用地下水农村人口(104人)。

(2)与地表水有关的决策变量:

Xs1—地表水灌溉旱田面积(104亩);

Xs2—地表水旱田坐水种面积(104亩);

Xs3—使用地表水大牲畜数量(104头);

Xs4—使用地表水小牲畜数量(104头);

Xs5—工业使用地表水的水量(104m3);

Xs6—使用地表水城镇人口(104人);

Xs7—使用地表水农村人口(104人)。

3.1.3 参数确定

根据吉林省用水定额(DB22/T389－2009)确定模型各参数，见表4。

表4 模型参数表

3.1.4 约束条件和目标分析

(1)满足约束条件时，尽可能使经济利益最大。

式中:p为可调配水量;Xgi为地下水相关变量;Xsi为地表水相关变量;p'i为效益类参数目标规划值。

(2)保证生活用水

Xg6+Xg7=C1;Xs6+Xs7=C2

式中:C1、C2为目标规划取值。

(3)地下水用水量不能超过分配的总量:

式中:Qg为地下水用水总量;pi为目标规划参数值;Xgi为地下水相关变量;Qga为地下水控制总量。

(4)地表水用水量不能超过地表水可供水量:

式中:Qs为地表水用水总量;Xsi为地表水相关变量;pi为目标规划参数值;Qsa为地表水可供水量。

(5)耕地面积

Fa≤F－Fw－Fr－F0

式中:Fa为耕地面积;F为土地面积;Fw为水面面积;Fr为建筑用地面积;F0为不能用于开垦耕地的其他土地面积。

(6)变量取值范围

Xgi≥0，Xsi≥0，i=0，1，2…7。

3.2 模型运行方案

利用Excel规划求解功能进行水资源优化配置，当参数目标规划值p'i等于pi参数值时经济效益达到最大，优化结果为全市可达到全程旱灌面积为1 002.3×104亩，坐水种面积为 461.8×104亩，满足 37.75×104头大牲畜和 261.85×104头小牲畜用水，提供2 234.44×104m3工业用水，满足48.13万城镇人口和136.72万农村人口的水。

白城市地下水、地表水优化配置成果见表5和表6，白城市旱田播种面积与优化配置面积对比见表7。

表5 白城市地下水优化配置成果汇总表

表6 白城市地表水优化配置成果明细表

表7 白城市旱田播种面积与优化配置面积对比汇总表

4 结语

(1)地下水开采量分配以不超过地下水可开采量，不引起地下水位大幅下降及生态环境恶化为原则，白城市地下水取水总量近期为14.123亿 m3(按地下水可开采量的91.8%计算)，并按季进行分配，通过建立的模型对各行政区的取水总量进行重新配置，结果表明分配的水量是可行的、合理的。

(2)现有分配的地下水量可以满足耕地的灌溉需求，但不是全程灌溉，有一部耕地是坐水种，这样势必会影响粮食产量，尤其在干旱年份将导致粮食大量减产。为了保证粮食产量只能动用地下水储存量，建议对枯水期动用地下水储存量的可行性进行分析论证。