随着人类对水资源的需求程度越来越高,水资源短缺形势严峻,粮食安全面临挑战。我国是水资源总量多,但人均占有量少,水资源时空分布不均,可直接利用的水资源相当有限,水资源短缺问题严重,从而导致气候、能源、粮食和金融市场的众多危机,影响国家和地区的发展。近年来,国家做出了一系列“实施粮食战略工程,加快建立粮食核心区”的重大决策。黑龙江省“两大平原”现代农业综合配套改革方案,为黑龙江省建设现代农业,发展粮食生产进一步指明了方向。灌区是重要的粮食产区,黑龙江省也是全国最大的粮食生产基地,研究黑龙江省灌区的水资源配置和农业节水潜力,对于满足黑龙江省商品粮基地建设和粮食增产要求,提高农民收入,协调松花江全流域对水资源的合理分配利用,提高水资源利用效率,做到经济效益与合理开发水资源的兼顾都具有重要的意义。本文以黑龙江省富锦市锦西灌区为研究对象,在对研究区域供需水平衡分析与预测的基础上,分析灌区水资源承载状况。以此为基础,构建结合线性分式规划、两阶段随机规划、随机机会约束规划的灌区水资源优化配置模型,将有限的地表和地下可供水量高效的分配到各分区各用水部门(农业、工业、生活和生态),并对农业内部典型作物在全生育期进行水资源的优化配置。基于需水预测结果和灌区水资源优化配置结果分析研究区农业节水潜力,探讨节水模式。本文研究内容和相应结果可为黑龙江省大型灌区水资源的高效利用提供了技术和方案参考,缓解灌区水资源供需矛盾。主要研究内容和结果如下:(1)本文根据锦西灌区多水源取水的特点,通过对地表径流、地下水动态特征的研究,分别分析地表水、地下水可供水量和需水量,并对地表水、地下水的供需平衡进行分析。规划2030年,锦西灌区总需水量54959万m~3,可供水量52269万m~3,缺水量2690万m~3,4个分区均处于缺水状态。灌区各分区的农业水资源承载状况均处于地下水严重超载影响灌区农业水资源的补给平衡,也造成农作物灌溉不利条件。工业、生活的水资源承载状况可以满足灌区的发展,但仍需进一步发展节水措施。灌区缺水直接导致农作物减产,经济效益无法有效发挥,影响灌区长远发展,这充分说明了对锦西灌区进行水资源优化配置的必要性。(2)以配置效率最大为目标,建立了结合线性分式规划、两阶段随机规划、随机机会约束规划的灌区水资源优化配置模型,将水资源在不同分区、不同用水部门进行水资源优化配置,模型可有效提高水资源配置效率,并能处理配置系统中存在的不确定性。在此基础上,以灌区水资源优化配置结果的输出作为灌区各典型作物水资源优化配置模型可供水量约束条件的右端项,对灌区典型作物全生育期进行水资源优化配置。结果表明:可供水量随着违规风险概率的增加呈现增加趋势,违规风险概率大的情况,分配给灌区各分区的可利用水量也就越多;不同流量水平下的配水量均随着违规风险概率的增加而增大;在违规风险概率相同的情况下,灌区配水量随着来水流量的降低而减小,且违规风险概率越大,随流量水平降低的减幅越小;不同违规风险概率条件下,缺水量均随着流量水平的降低而增加,系统违规风险概率达到最大时,但仍出现缺水现象。灌区的经济效益随着违规风险概率的增加而呈现增加趋势,在q=0.15达到经济效益增长率的最大点,故本次选择违规风险概率为q=0.15时的灌区地表水、地下水的配水量,作为推荐的优化配置方案。在作物优化配水中,高流量、中流量、低流量水平下的总配水量分别为33489万m~3、30469万m~3、22016万m~3。三个流量水平下,锦西灌区的水稻灌溉比例为79.62%、82.08%、80.37%,水稻在不同流量水平下的灌溉比例平稳。研究成果可以为灌区决策者根据灌区实际来水水平进行水量分配、保障灌区运行提供依据,也为灌区的节水提供了研究方向。(3)分析灌区的农业节水潜力。剖析已有的节水潜力计算方法,以规划年锦西灌区供水范围和粮食需求为基准,研究锦西灌区农业用水的节水潜力计算方法。结果表明:锦西灌区各分区都具有较大的节水潜力,灌溉面积越大的区域,节水潜力也随之增大;松花江沿岸地区地表水利用程度较高,地下水补给充沛的分区,节水潜力也相对较大,而以远距离渠道引水和地下水灌溉为主的分区,节水潜力开发程度相对较低。水稻的节水潜力远大于大豆和玉米的节水潜力。基于第四章进行水资源优化配置后的配水量来计算的农业节水潜力明显低于基于第三章预测规划年农业用水量计算的农业节水潜力,优化配置后的用水量不仅可以满足农作物生长需要,也节约了农业用水量。该结果进一步说明了本次研究灌区水资源优化配置方案的可行性和合理性,也可以促进灌区节水技术措施的发展。