双塔灌区农业种植结构的调整与优化

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1、双塔灌区农业种植结构的调整与优化　　农业是人类生存和发展的命脉，也是水资源使用的大户，根据相关部门统计，我国农业用水量占全国用水量的68．8%(2000年)［1－2］。随着全球气候变暖，以降水、冰雪融水补给为主的我国西北内陆河径流量已经产生明显变化，而这种变化直接影响当地的农业灌溉用水需求，因此，近年已有较多学者进行气候变化背景下，径流量变化对农业的影响与适应研究，其中，在水资源量变化的前提下，农业种植结构如何进行调整成为目前应对径流量变化对农业影响的研究热点［3－6］。　　目前，农业种植结构调整研究的核心及目

2、标是在水资源有限的前提下，使用数学方法、模型进行合理规划，统一协调，以实现研究区的社会－经济－生态可持续发展，如线性规划模型、单目标局势最优决策模型、多目标优化模型、多目标模糊优化模型等，其中，线性规划模型作为运筹学的重要分支，在研究有限资源的最佳分配方面应用最为广泛［7－11］。疏勒河流域的双塔灌区是河西三大内陆河流域的重要灌区，具有研究典型性，因此文中以不对社会和生态环境产生负面影响为出发点，使用多元线性规划方法，研究双塔灌区农业种植结构的调整、优化，实现经济效益最大化，为未来我国西北灌溉农业区种植结构调整

3、提出指导、建议。　　1材料与研究方法　　1．1研究区介绍　　双塔灌区(94°45'E－97°00'E，39°52'N－41°53'N)位于河西走廊西端，疏勒河下游盆地，东起双塔水库，西至西湖地区，地势自东向西平缓倾斜。属温带大陆性干旱气候，近25年(1985－2009年)，年平均气温为9．3℃，平均年降水量仅47．4mm。1985－2009年，气温呈增长趋势，增温速率约为0．5℃/10a;降水量呈减少趋势，近25年，年降水量的减速为6．4mm/10

4、a，其中，2009年年降水量为近15年最少(图1a，1b)。　　双塔灌区是疏勒河三大灌区之一，属瓜州县管辖，包括两个国营农场和西湖乡、南岔镇、瓜州乡、梁湖乡、广至藏族乡5个乡镇，其中，梁湖乡和广至藏族乡是2008年新建移民乡。2010年，灌区农业人口5．2104人，移民乡农民人均纯收入小于1000元，其他乡镇介于8000－10000元之间。双塔灌区以灌溉农业为主，2010年有效灌溉面积为15754．46hm²(包括复种面积)。目前当地的粮食作物主要是小麦和玉米，经济作物主要是棉花、瓜类，油料和蔬菜，此

5、外，还有其他少量种植作物。　　1．2数据及　　笔者于2012年8月4－18日对双塔灌区的农作物种植面积和结构、土地利用、灌溉供水和用水情况等进行了全面实地调研与考察，以下所用数据均为此次考察获得。　　(1)作为灌溉供水量数据来自疏勒河流域水资源管理委员会。　　(2)农作物种植面积数据、作物单位面积产值来自灌区所在县社会经济统计年鉴(九五、十五、十一五规划期间，即1996－2010年)。　　(3)各类作物用水定额通过对有经验农户调研获得。　　1．3研究方法　　1．3．1方法介绍　　线性规划是在一定的限制条件下，求

6、目标函数极值的问题［12－13］。法国数学家J．B．J．Fourier最早于1832年首先提出线性规划的想法，但未引起注意，之后，美国数学家G．B．Dantzing于1947年提出求解线性规划的单纯形法，为这门学科奠定了基础。进行线性规划首先需根据欲达到的目的找到决策变量，然后，根据决策变量与所需达到目的的函数关系确定目标函数，最后，由决策变量所受的限制条件确定决策变量所要满足的约束条件，因此，决策变量、约束条件、目标函数是线性规划的三要素。　　即:线性规划的标准形式要求目标函数最小化，不符合上述条件的线性模型

7、需转换成标准形式［18］。　　单纯形法是求解线性规划问题最常用且有效的算法之一，其思路为:将线性规划方程转换成标准形式，先求得一个可行解，检验是否为最优解;若不是，可用迭代的方法找出另一个更优的可行解，经过有限次迭代后，可以找到可行解中的最优解或者判定无最优解。在Matlab环境中，用单纯法求解时，基本调用函数为:　　［x，fval］=linprog(c，A，b，Aeq，beq，lb，ub，x0)其中，fval返回目标函数的值，c为目标函数矩阵，A为约束条件系数，b为约束条件，lb，ub分别是变量x的下界和上界

8、。　　1．3．2模型构建　　将上文中提到的当地主要种植的7类作物种植面积(hm²)作为决策变量(文中选择其他作物作为一个单独种类进行分析)，即:小麦(x1)，玉米(x2)，棉花(x3)，油料(x4)，蔬菜(x5)，瓜类(x6)，其他(x7)。对应的作物单位面积净产值表示为(元/hm²):小麦(c1)，玉米(c2)，棉花(c3)，油料(c4)，蔬菜(c5)，瓜类(c6