廖永松[1]2003年在《我国流域尺度上的灌溉水平衡与粮食安全保障》文中研究表明中国是世界上人口最多的国家，保障中国粮食安全对中国乃至世界经济发展和社会稳定都是至关重要的。近年来，伴随中国工业化进程，粮食生产赖于保障的水土资源持续向非农部门转移，引起了世界各国对中国能否保障粮食安全的大讨论。原有的对粮食安全的研究常常是农业部门的不考虑水资源的平衡关系，而水利部门又没有根据粮食需求、粮食贸易等其它经济环境条件来分析水资源平衡关系。 因此，论文将粮食需求和生产、灌溉需水和水资源保障紧密的联系起来，在不打破水资源流域特性的基础上，以全国和九大流域片为研究对象，通过利用全国、流域、省级、县级统计资料和农产调查及专家访谈资料所建立的包含农业生产、粮食供求、灌溉用水和水资源等指标体系在内的中国粮食安全与水资源数据库，以原来中国科学院农业政策研究中心(CCAP)开发的以部门均衡理论为基础的农业政策分析和预测模型(CAPSIM)和国际水资源管理研究所(IWMI)开发的以流域水资源核算理论为基础的水资源政策分析模型(PODIUM)为依托，发展了CAPSIM—PODIUM模型，利用该模型为工具，系统、全面地分析了未来全国和九大流域片的灌溉水平衡和粮食安全情景，在此基础上提出我国灌溉用水、区域农业布局和粮食安全政策。 研究表明，随着人口和收入的增长，2020年我国粮食(贸易粮，不含大豆)需求比2000年将提高25％，但增长的粮食需求不会造成中国粮食的不安全。只要加大农业科技投资力度，保持现有灌溉面积不减少，提高灌溉保证率，2020年我国粮食自给率也可达到91％左右的水平；如果按照灌溉面积发展规划，2020年全国粮食自给率甚至将达到98％以上的水平。未来我国粮食总量上有很高的保障率。但是从区域的角度看，由于水土资源禀赋差异，北方灌溉水资源的不足将成为今后区域粮食不安全的诱因。未来我国的粮食安全更大程度上是区域的粮食不安全问题。 随着工业和居民生活用水的增加，九大流域片中黄淮海流域片灌溉水不足问题将变得越来越严重。多方案分析表明，如果不提高灌溉用水效率，黄淮海叁流域片将缺水350-580亿立方米，相当于海河流域片多年平均水资源量。研究证明了区域农业产业结构调整不能缓解我国北方流域片的缺水问题。在黄淮海地区，流域灌溉水利用效率已经较高，完全依赖于提高灌溉用水效率也不能实现流域的灌溉水平衡。解决的办法还在提高灌溉用水效率的基础上，对农业生产进行合理的区域布局或是分批分期地实施跨流域调水工程。 因此建议国家粮食安全逐步向地区粮食安全政策转移。高度重视包括节水技术在内的农业科技投入，提高粮食单产和水分生产率。制定系统的节水发展规划，针对不同流域的水土资源条件采取不同的节水措施。随着北方水资源短缺逐渐严重，未来的农业区域规划一定要把水的因素考虑进来。特别要强调的是，未来我国的松辽河流域片在国家粮食安全和水安全中起着越来越重要的作用。“北大荒”变‘叫匕大仓”，通过农业的区域布局减轻了黄淮海流域片灌溉用水的压力，同时，还为南方缺粮地区提供了稳定的粮源，为区域粮食安全作贡献。
雷波[2]2010年在《农业水资源效用评价研究》文中进行了进一步梳理水资源短缺和浪费并存是我国农业水资源利用面临的主要问题,而农业尤其是灌溉农业是我国未来最具节水潜力的领域,是实现水资源高效利用的重要领域。农业水资源的多功能性决定了农业水资源效用不仅体现在经济效益上,还应体现在社会效益和环境效益等方面。正确合理的评价农业水资源效用,能够评估区域农业水资源开发利用程度,引导区域农业水资源利用发展方向,并进而促进整个区域的可持续发展。目前国内外并没有成熟的理论和方法。因此,开展农业水资源效用评价研究具有重要的理论和现实意义。本文以可持续发展理论、生态—经济—社会耦合发展理论和区域资源配置局部均衡理论为基础,对农业水资源效用评价进行了系统研究,初步构建了农业水资源效用评价体系和方法,并以海河流域大兴灌区为例进行了案例研究。首先,在分析自然资源的功能的基础上,界定了农业水资源效用内涵,提出了农业水资源综合效用评价指标体系及其评价方法,研究了农业水资源效用价值的内涵和评估方法。其次,提出了基于水文模型模拟结果的农业水资源效用评价系统,该系统以区域水循环为基础和纽带,由农业水资源综合效用评价和效用价值估算两个体系有机构成。系统选择SWAT模型模拟灌区尺度的蒸散发过程,并简化了作物产量的估算方式。应用大兴灌区的蒸散发、作物产量等对SWAT模型进行了率定和验证,结果表明SWAT模型可以作为基础模型,应用到农业水资源效用评价系统中。?第叁,探讨了农业水资源效用评价的尺度效应及转换关系。以灌溉水循环为基础,从理论上探讨了不同尺度上水分利用效率和水分生产效率的尺度效应及转换关系。在此基础上,文章利用SWAT模型对大兴灌区水文循环模拟结果专门对ET水分生产效率的尺度效应和转换关系进行了定量分析。论文有一定的创新性,主要体现在:?(1)从农业水资源的服务功能出发,界定了农业水资源效用的内涵和外延,并以此为基础构建了农业水资源效用评价体系;?(2)以区域水循环为基础,提出农业水资源效用评价系统,主要包括农业水资源综合效用评价和效用价值估算;?(3)解释了农业水资源效用价值的经济学含义,提出了农业水资源效用价值的估算方法。?
操信春[3]2015年在《中国粮食生产用水效率及其时空差异研究》文中认为水资源短缺与水土资源空间分布不匹配的现实是影响中国粮食稳定持续生产的主要限制性因子。科学合理核算粮食生产对水资源的占用,并基于此评价粮食生产用水效率是实施以资源合理高效利用为目标的水资源管理基础性工作。针对传统农业用水效率评价的缺陷,本研究结合水足迹理论与工具,在计算全国31个省区1998-2010年粮食生产水足迹的基础上,以粮食生产用水效率指标的构建、核算为切入点,对中国粮食生产用水效率进行评价,在全面分析粮食生产用水效率时空分异特征的基础上,探索水资源利用效率区域间差异评估的合理指标。初步取得以下研究进展:(1)明晰了中国不同区域粮食水足迹(WF)时空分布格局及其构成。WF为区域粮食生产中所利用的水资源数量,分为蓝水(BWF)和绿水(GWF)足迹。中国年均WF约为6900×108 m3,空间差异大。灌溉农田产生的粮食水足迹占总量2/3以上,且有随时间增大趋势;GWF占WF总量的近60.0%,有随时间增长趋势。全国及各省区有效水足迹(WF的田间消耗部分,EWF)占WF的比例随时间呈全面上升态势,区域和灌溉农田分别为76.9%和65.9%。GWF和EWF比例的增大意味着水足迹结构的改善。粮食产出和水足迹的格局逐渐发生改变,有同时向黄淮海地区、东北地区和长江中下游地区集中的趋势,东北地区正逐步成为中国粮食生产和水足迹产生的最主要地区。(2)揭示了区分灌溉、雨养农田的粮食生产水足迹(WFP)及其构成的空间分布格局。中国WFP为1.340 m3/kg。各省区WFP和粮食生产蓝水足迹(BWFP)总体上随时间呈较明显的下降趋势,粮食生产绿水足迹(GWFP)在年际间存在无统一规律的波动;对相比于雨养农田,区域和灌溉农田的粮食生产水足迹随时间减小态势更为明显。各省区各粮食生产水足迹指标的年际变化幅度均不大;除雨养农田的粮食生产水足迹外,各指标在总体上均呈现显着的空间聚集特征,低值的省区主要聚集在长江以北、黄淮海平原并延伸到西南地区,高值省区则连片分布于东南、华南沿海和东北地区;各粮食生产水足迹指标的空间分布格局年际间变化不大。区域自然气候条件、水资源丰缺、农业生产类型、作物品种、灌溉设施水平等是粮食生产水足迹空间分布格局及其时间演变特征的重要影响因素。(3)探讨了不同水分生产率指标与粮食生产水足迹的关系。以灌溉水作为投入,建立区域(IWPg)、渠系(IWPc)及田间(IWPn)尺度水分生产率指标;以广义水资源为投入,建立毛入流量(WPg)、广义水资源利用量(WPu)以及蒸散量(WPET)水分生产率。各指标随时间均呈增长态势,表明粮食水分生产率全面提升;各水分生产率指标在空间上均呈聚集现象,以广义水资源为投入的指标空间聚集特征较显着;水分生产率高值省区以黄淮海平原为核心集中分布,低值省区连片分布在东北、东南和华南沿海及部分西北省区;各水分生产率指标均可用于衡量水资源投入-粮食产出区域间的相对大小关系;广义水资源利用量水分生产率在衡量水分生产率区域间差异时最为适宜;粮食生产水足迹指标与水分生产率指标之间可利用统计线性关系式来相互推求。(4)定量探索了灌溉对粮食生产和水资源利用的影响。以灌溉农田相对于雨养农田的粮食单产增加量为产出,分别以蓝水消耗量(CWUb)和利用量(TWUb)为投入,建立了区域和田间尺度的灌溉水边际效益指标(MRR、MRF)。灌溉对区域水分生产率的形成起主导作用,其增大了水分生产率的空间差异,增强了这种差异的稳定性。MRR、MRF分别为蓝水消耗量(CWUb)和利用量(TWUb)的粮食边际产出效率。全国灌溉水边际效益MRR与MRF分别为1.108和0.542 kg/m3,各省区的灌溉水边际效益总体上均呈增加的趋势;省区间MRF、MRR分别随着CWUb和TWUb的增加而降低;灌溉水边际效益与蓝水利用量可通过拟合出的幂函数关系进行推算。灌溉水边际效益指标是传统意义上水分生产率指标体系的补充,为农业生产用水效率评价增加新的内容。(5)初步提出了粮食生产用水效率评价综合指数(CEI),探讨了CEI时空变化特征和区域间虚拟水流动对全国用水效率的影响。各省区粮食生产用水合理性随时间增强,全国CEI由1998年的0.525增加到2010年的0.604;省区CEI在空间上呈现显着的聚集现象,空间分布特征类似于WFP。由于降低了粮食绿水和有效水足迹比例,省区间粮食虚拟水流动在全国尺度上提升水分生产率却不增强粮食生产用水的相对合理性。基于区域粮食生产和CEI在全国的相对地位,对各省关于粮食生产和水资源管理的措施进行了讨论,东北应作为粮食生产用水效率提升研究和实践的重点地区。本研究将水足迹工具应用于农业用水效率评价,系统量化了中国粮食生产中水资源利用状况,评价粮食生产水足迹与水分生产率在衡量水资源-粮食产出之间关系区域间差异上的作用并分析二者之间的关系,构建边际效益指标和粮食生产用水效率评价综合指标,更加全面评价了中国粮食生产用水效率及其时空差异。丰富与发展了农业用水效率评价理论及指标体系,为区域水资源管理相关政策的制定提供参考。
程帅[4]2016年在《基于智能算法与GIS的灌溉水资源多目标优化配置》文中研究指明随着社会、经济的发展以及人口数量的急剧增长,人类对水资源的需求量越来越大。在水资源日益短缺的情况下,科学合理地规划与管理灌溉水资源对提高水分利用率和保障粮食安全具有十分重要的意义。研究人员对此开展了大量卓有成效的工作,但多专注于特定的方面或尺度,深入性很强,系统性、整体性较弱。本文从管理的综合性与技术的集成性出发,以智能算法在各类模型求解中的应用为主线回顾和总结了前人的研究成果,提出了用于灌溉水资源时空优化配置的多层次多尺度框架,阐明了框架内各组成部分的基础理论,并选定盈科试验灌区作为研究对象,主要取得了以下几个方面的成果:(1)灌溉水资源优化配置框架的提出本文提出了多尺度多层次的灌区灌溉水资源优化配置框架,整个框架涵盖灌区尺度到田间尺度,中间以渠系尺度作为连接,从综合管理与技术集成的角度出发来考虑如何实现灌溉水资源同时在时间与空间上达到最优化配置;可以根据具体实际情况来建立各类单目标或多目标模型,并利用现代智能算法对这些模型进行求解来制定最优配水方案,既可以从空间尺度上总体控制灌溉用水总量,也可以从时间尺度上减少灌溉水量的损失;(2)灌区尺度灌溉水量优化配置首先根据研究区实际情况和具体需求构建多目标灌溉水量优化配置模型,并利用由遥感与GIS技术获取的数据来对模型进行实例化处理,采用多目标智能算法来求解此模型。在进行灌溉水量最优配置时考虑了两种情况,第一种情况是上级渠系来水量是由传统人工计算所得,此时解算结果表明,与将这些水量按传统比例关系分配至不同作物的人工配水方案相比较,利用多目标优化配置模型可节约水量23.51%;第二种情况考虑来水量是由现代科学的方法,即基于作物需水规律及田间土壤水分等状况来计算灌溉所需水量。在此情景下,较之于传统的配水方案,水量可节约37.20%,此时,虽然优化目标之一的灌溉增产总效益与第一种方案基本持平,但优化目标之二的管理部门水费收入却减少了17.79%。因此,基于帕累托最优理论,取折中解,应基于第一种方案来制定最优灌溉计划;(3)渠系尺度最优轮灌组划分得到将灌溉水资源量分配至研究区子区域不同种类作物的最优化方案之后,研究如何将这些灌溉水资源量通过各级渠系输送至研究区需水最末端,即在渠系尺度上对灌溉水资源进行优化分配,采用“组间续灌,组内轮灌”的工作方式,选择总配水时间最短与轮灌组之间引水持续时间差异值最小同时作为优化目标,来构建多目标渠系优化配水模型。研究结果表明通过渠系优化配水模型,不论是基于多目标粒子群算法,还是多目标蚁群算法,其在求解多目标渠系优化问题时所寻找到的最优轮灌组合,并依此来制定的灌溉计划均优于传统的人工方式。较之于传统人工方式所规定的轮灌周期,优化后的轮灌周期可节约时间约32.44%,且在研究中将管理部门此前未曾考虑的各轮灌组之间引水持续差异值最小这一问题也作为一个需要优化的目标;(4)基于GIS的灌溉水资源管理系统在灌区尺度和渠系尺度的灌溉水资源得到优化配置的基础上,为提升灌区管理与决策水平,更加直观、高效地对灌溉水资源进行优化配置,基于GIS技术,整合灌溉水资源多目标优化配置模型以及多目标智能算法,来研制开发基于GIS的灌溉水资源管理系统。既包括地理信息系统基本功能的实现,也反应了行业应用的特点,具有针对灌溉水资源管理的专业功能;将系统应用于灌区日常运营管理中,可以提升使用者的管理水平与科学决策能力,提高灌溉水资源利用率。基于系统性策略来研究灌溉水资源优化配置问题,既可以从时间尺度上总体控制灌溉用水总量,也可以从空间尺度上减少灌溉水量的损失,为提升灌区灌溉水资源管理水平,提高水分生产率以保障粮食安全提供科学依据与技术支撑。
高占义[5]2005年在《中国粮食安全及灌溉发展对策研究》文中研究表明我国粮食生产对灌溉有很强的依赖度性。我国水资源短缺和经济社会发展对水资源需求持续增加的形势决定了灌溉发展必须依靠提高灌溉用水效率，大力发展节水灌溉。 本项研究在综合分析了影响粮食生产主要因素的基础上，开发了分析灌溉面积发展和节水灌溉发展需求“粮食与灌溉发展需求”模型，该模型可对我国不同水平年和不同粮食自给率下的灌溉面积发展需求和节水灌溉发展需求进行预测分析。本项研究完善并验证应用了“水与粮食生产”决策支持模型，该模型可以分析土地利用变化、种植结构调整、灌溉发展、灌区灌溉水利用率变化等因素对流(区)域水循环的影响，可用作灌溉和节水灌溉发展决策支持分析工具。 应用“粮食与灌溉发展需求”模型分析得出我国在不同粮食自给率条件下的国内粮食生产需求，以及2010年和2020年我国灌溉面积发展需求。在此基础上研究分析了在农业灌溉用水基本不增加的条件下发展节水灌溉发展需求。论文还对影响灌溉面积发展规模的主要因素及其影响程度进行了研究分析。 应用“水与粮食生产”模型，研究分析了田间、灌区和流域叁个层次上灌溉水利用率的关系。田间渗漏损失的水量大部分可在灌区和流域尺度上被循环利用，在灌区内损失的水量大部分可在流域内被循环利用，在灌区内采取节水灌溉技术和措施在流域内的真实节水效果比在灌区层次上计算出的节水效果要小得多。农业高效用水应在田间、灌区和流(区)域叁个层次上适度开展工作，，利用回归水是灌溉用水高效利用的重要措施。在田间和灌区层次上推广节水技术和措施要注重经济效益这个推动节水灌溉发展的动力。 在田间和灌区层次上发展节水灌溉会使流(区)域内的水循环过程发生变化，应加强研究发展节水灌溉对水循环和生态环境影响和对策。论文还提出了在我国发展农业高效用水的政策建议。
李茉[6]2017年在《基于不确定性分析的农业水土资源多尺度优化配置方法与模型研究》文中进行了进一步梳理发展节水高效农业是农业可持续发展的战略选择,农业水土资源合理配置是提高农业资源利用效率的重要途径。不同空间尺度下的农业水土资源配置具有不同的特点,存在差异性。同时,气候变化和人类活动导致了农业水土资源配置系统的不确定性。因此,研究不确定性条件下农业水土资源多尺度优化配置方法及模型对促进变化环境下农业可持续发展具有十分重要的意义。本文以黑河中游绿洲为研究对象,针对农业水土资源配置系统中存在的诸多不确定性,在明晰各尺度农业水土资源相互作用关系的基础上,构建适合不同尺度的农业水土资源优化配置不确定性模型体系并探讨其解法。主要研究内容及结论如下:(1)区域水土资源配置。构建了考虑来水随机性的双层线性分式规划模型并采用交互式模糊算法进行求解。该模型可以综合上下层不同决策主体的利益,定量处理效益最大和用水量最小两个目标并提高配置效率,反映来水随机性。结果表明,黑河中游绿洲的农业、工业、生活、生态4个用水部门的优化总配水量比实际减少0.24亿m3。高、中、低流量情况下,农业用水量比重分别为87.6%、84.2%、82.4%。在总种植面积不变的条件下,优化的各类作物面积较实际有所调整,整体效益增加3.2亿元。(2)灌区水土资源配置与风险分析。构建了基于供需水随机模拟的灌区配水模型和基于随机模糊数的种植结构优化模型。两个模型的框架均为区间两阶段随机规划模型,共同特点为可获得当随机事件发生时最小资源缺失情况下的最大效益,均衡资源分配获益与损失之间的矛盾。此外,灌区配水模型能够充分反映输入参数的随机特性,获得具有概率分布的优化配置结果,而配土模型定量处理了输入参数中同时具有随机和模糊的双重不确定性。结果表明,黑河干流灌区优化总配水量比实际减少0.54亿m3,配水效率略微增加。优化总土地面积比实际减少3.17万hm2,单方效益提高1.28元/hm2。黑河中游绿洲缺水风险处于可接受风险和濒临风险范围之间。(3)渠系水土资源配置。以盈科灌区为典型灌区,构建了干支渠流量和时间分配模型、分支渠/斗渠轮灌组划分模型及种植结构优化模型。所构建的模型注重减少输配水过程中的渗漏损失,提高水土资源配置效率。结果表明,盈二支在夏灌一轮、夏灌二和叁轮、秋灌一和二轮的配水流量分别为3.32 m3/s、3.42 m3/s、3.38 m3/s,各轮期内配水流量均匀,利于管理和工程实施。(4)田间水资源配置。构建了基于作物区间水分生产函数的区间线性分式规划模型。该模型在考虑田间输配水区间不确定性的基础上,平衡配水效益与节水之间的矛盾,以获得最大的灌溉水分生产力。在此基础上,为协调灌区内管理者和农民的利益矛盾,将灌区-作物作为一个整体,构建线性分式-二次双层规划模型,并采用拉格朗日函数构造结合库恩塔克条件的方法求解。结果表明,区间线性分式规划模型的水分生产力较常规线性规划模型提高1.25 kg/m3,而线性分式-二次双层规划模型的水分生产力比基于二次函数的作物全生育期配水模型提高4%。(5)农业水土资源规划。采用统计学方法和智能算法相结合的方法对黑河中游绿洲水文要素及社会经济要素进行模拟和预测。采用模糊识别模型结合尖点突变模型的方法计算各行政区的农业用水安全阈值。采用边际效益理论结合节水潜力分析方法估算黑河中游17个灌区的用水阈值区间。在此基础上,综合各尺度建模思想,对黑河中游农业水土资源进行综合规划并动态分析农业用水安全情况,构建农业水土资源配置决策支持系统,为实现黑河中游农业水土资源的系统和自动化管理提供参考。
吴全[7]2008年在《内蒙古粮食生产能力与农业水土资源可持续利用评价研究》文中研究指明农业水土资源(ASWR)是一种有着复杂构成要素和时空分异特性的农业资源,与粮食生产能力(GPC)有着错综复杂的关系,其潜力取决于农业水土资源可持续利用(SUASWR)程度和支持能力,土地整理通过改善ASWR制约因素,促进GPC的提高和实现SUASWR,目前对这些复杂关系的认识还较粗浅。本文以内蒙古为例,在系统分析国内外研究动态的基础上,通过多学科技术理论的交叉融合,借助已有的水文、气象、水资源、土地调查评价资料和农用地分等与土地整理工作平台,通过模拟与模型运算,揭示其复杂的链接关系和约束机制,搭建起国家粮食安全的可控平台。主要内容和结论如下:(1)分析了国内外相关研究动态、存在问题和研究方向,阐述了ASWR、GPC、SUASWR、产能核算等相关概念的内涵和基于构成要素与影响因子开展相关研究的观点。(2)评价了内蒙古ASWR、粮食产量、GPC、主要影响因素及时空分布规律,建立了区域连续、多层次、立体的空间数据体系。(3)建立了内蒙古耕地分等指标体系,将耕地评定为22个自然质量等和17个利用质量等;建模计算了不同等别之间的折算系数,实现了耕地在空间上的可比性,17等对1等地的最大折算系数为4.8;建立了产能评价模型,计算了光温、水分、土壤、土地利用四个因素层的潜力;开展了产能核算研究,测算出理论GPC为208亿kg,总产能为731.8亿kg,高出172.5亿kg的现实粮食产量,说明ASWR尚有巨大潜力;模拟评价了GPC与影响因子的关系。(4)开展了内蒙古SUASWR模糊评价研究,按行政区域和流域评价,综合指数为0.121～0.973,潜力指数为3.252～1.025,总体能够实现SUASWR。(5)评价了内蒙古水资源总量与行业用水现状,预测了2010、2020和2030年各行业用水量。其中,农业水资源可利用量分别为264.93、233.89和195.64亿m3,通过采取土地整理与节水灌溉措施,可实现灌溉面积358.31、440.06和525.66万hm2。建立了ASWR耦合配置模型,预测GPC分别为227.17、258. 05和288.44亿kg,GPC和耕地等别比现状年有较大提高。(6)进行了土地整理项目试验观测,证实各项工程措施可有效改善制约因素条件,节水率达到10～60%,GPC提高5～40%,耕地等级提高1～4等,对内蒙古“治地、节水、增粮、富民”工程建设有重大支撑作用。综上所述,本文在调查试验的基础上,通过耦合ASWR及其构成要素,建立了地区尺度耕地分等、折算、产能核算体系;提出了基于影响因素的GPC、SUASWR评价方法;验证了土地整理对提高GPC,实现SUASWR的作用,提出了土地整理工程模式与分区措施,为科学合理利用内蒙古ASWR提供有益的参考。由于目前国内在这一领域的研究尚处在起步阶段,且限于笔者的研究水平,论文难免会存在许多问题题和争论,但这也是笔者所期望达到的抛砖引玉的效果。
贺石良[8]2014年在《黑龙江省嫩江县“节水增粮行动”水资源保障方案研究》文中进行了进一步梳理黑龙江省嫩江县“节水增粮行动”水资源保障方案，是国家实施“东北四省区实施“节水增粮行动””的重要组成，国内外学者对于粮食安全问题、水资源对粮食生产的保障作用、高效节水工程等方面有了较细致的深入研究，如何结合最新“节水增粮行动”实施方案的具体要求，保障水资源方面需求，是亟待解决的问题。本文针对这个问题，以黑龙江省嫩江县为研究区，进行水资源保障方案研究，既能减少利用水资源，又能保障国家粮食安全，实现农民增收，具有重大的实际意义。首先，本文归纳总结了以往的研究成果，对论证区现状水资源及开发利用状况进行了定性分析。然后，通过定额法计算研究区的灌溉用水量，并且参考《黑龙江省水文图集》对研究区水源来水进行分析计算。由于研究区无径流料积累，采用“数理统计法”对地表水源水库进行多年调节调节计算。最后，采用模数法计算地下水可开采量，并依据抽水试验结果确定了机井设计方案。经过分析计算，确定研究区的水资源保障方案如下：研究区总用水量为3791.6万m3，其中地表水供水2042.4万m3，供水水源为当地水库、塘坝及河道，并配套建设37座提水泵站，地下水供水1749.2万m3，其中嫩江县辖区新增机井704眼，九叁管理局辖区新增机井636眼。通过地表水、地下水水源联合供水，可保障嫩江县“节水增粮行动”对水资源的需求，取得了明显的环境效益和经济效益，具有重要的实际意义。
杨柳[9]2017年在《陕西省泾惠渠灌区发展中的生态环境问题分析及调控研究》文中提出农业一直是我国国民经济的命脉,农业的发展直接关系着社会的稳定与发展。近年来,受气候变化及人类活动的影响,我国农业资源短缺、开发过度、污染加重,农业的发展正面临着重要的挑战。灌区是农业生产活动最集中的地方,是一个集生产、生活、资源、环境、经济、社会、生态于一体的复合系统。本文以陕西省泾惠渠灌区为研究对象,捕捉灌区发展过程中出现的资源及生态环境问题,辩证分析灌区发展与灌区生态环境的相互影响及作用,以灌区的可持续发展为目标,对灌区存在的生态环境问题进行调控,为灌区资源的可持续利用、生态环境的可持续发展、经济社会的稳固发展提供支持。论文主要的研究成果及结论如下:(1)陕西省泾惠渠灌区经历了从萌芽、前身期-规划、初建期-兴建、配套期-改善、提高期-科学发展期的历程;灌区设施建设不断配套完善,农业种植普遍科技化,农业产值不断上升;然而,在此发展过程中,灌区的资源、生态环境问题频发,且愈演愈烈。如:水资源的不合理利用、土地及土壤资源的退化、农业面源污染的加重、以及生物多样性的改变等,这一系列生态环境问题主要受人类活动影响所致。(2)利用趋势分析及小波分析方法对泾惠渠灌区水文要素的时空变化特征进行分析,发现降雨、径流及含沙量均呈下降趋势;均未发生明显的突变现象;周期变化特征基本相同,降雨、渠首来水量及含沙量均具有一个43a左右的主周期。随时间变化,泾惠渠灌区池下水埋深呈下降趋势,由1978年的3-11m普遍下降到2012年的10-20m左右,部分地区达到28m,鲁桥镇、西张、张卜等地区出现严重的地下水漏斗。(3)建立了泾惠渠灌区“人类活动-资源-生态环境-社会经济”复合生态系统内要素间的作用及反馈关系,分析了生态环境的变化对灌区水土资源、产业发展、粮食安全及社会环境造成的影响。采用市场价值法计算灌区物质生产功能价值,采用替代法计算服务功能价值。结果表明:灌区物质生产功能价值不断上升,水分、气候调节功能价值,净化环境功能价值以及生物栖息地功能价值均明显下降。(4)泾惠渠灌区农业种植结构总体演化趋势为:粮食作物种植面积不断下降,适应泾惠渠灌区城镇化快速发展趋势及周边城镇需求的蔬菜、瓜果等经济作物种植面积快速扩张。导致泾惠渠灌区各农作物需水量及净灌溉需水量与种植面积呈相同的变化趋势,作物总需水量及净灌溉总需水量分别从1988年的7.13×108m3、3.17×108m3下降至2014年的4.95×108m3、2.48×108m3。同时,年内需水过程发生变化,以往4-5月,7-9月的需水高峰随时间呈减少趋势,6月份需水总量呈缓慢增加的趋势。(5)通过多源信息融合计算泾惠渠灌区生态环境评价指标的可信度,明确了评价指标的优选顺序。构建了主题化评价模式,对水资源利用、土地资源利用、灌区污染及灌区干旱情况进行评价,发现泾惠渠灌区水资源开发利用情况随时间有变差的趋势,主要受地下水过度开采的影响;灌区土地资源利用情况有变差的趋势,主要受城镇化高速发展、农业种植面积减少的影响;灌区污染随时间逐渐严重,主要受农药、化肥等面源污染加剧的影响;干旱是泾惠渠灌区面临的最主要的自然灾害,90年代以来发生频率较高。(6)对泾惠渠灌区地表与地下水供给失衡这一关键问题进行重点调控。建立了以生态、社会、经济效益最优为目标,种植面积为变量,水资源可利用量为约束的调控模型,利用优化、模拟、调度相结合的方法进行求解,得到了分别以生态效益及社会效益最优的两种调控方案。两种方案下的经济效益相差不大,对于地下水资源的保护及修复均能起到积极的作用。因此,将这两种方案之间的农业种植区间定义为合理的发展区间。
高学睿[10]2013年在《基于水循环模拟的农田土壤水效用评价方法与应用》文中认为当前,随着经济社会的快速发展,人口的迅猛增长,农业生产的供用水矛盾日益凸显。长期以来,粮食高产的压力促使我国农田形成了复种指数高、套种间种等耕作制度复杂、人工干预行为频繁的特点,农田水循环系统的“自然-人工”二元特征日益显着。在二元水循环模式基本认知的基础上,认识现代农田水文循环,运用数学模型定量模拟农田土壤水循环过程,并以此为依据评价农田水分的有效利用程度对维持农业高产稳产、实现农业高效节水和应对水资源危机具有十分重要的意义。本文认为,缓解当前农业供用水矛盾,需要开源和节流措施并重。在开源措施方面,应该充分挖掘土壤水资源的潜力,利用作物根系活动层土壤水库的调蓄作用来改善区域农田可供水量的时间不均匀性,可以在一定程度上缓解作物干旱缺水的程度。在节流措施方面,应充分提高农业水资源的利用效率,通过对农田土壤水循环过程的模拟和计算,解析土壤水循环过程中水分蓄量和通量的变化规律,辨识低效水分耗散过程,以采取相应措施,发掘土壤水资源潜力,进而提高农田水分的有效利用程度。同时,在农田管理措施方面,应普及和推广土壤测墒管理技术,而土壤水循环过程的模拟计算是制定灌溉措施、进行田间管理的基础性工作,为科学制定灌溉措施,充分提高单位水资源的产出效益提供重要的参考依据。在理论上,论文参考了国内外大量的相关研究,提出了农田土壤水效用的概念,并构建了土壤水效用评价定量指标体系；在应用上,论文以我国华北平原旱作农田为研究对象,利用区域尺度农田水循环模拟与土壤水效用评价模型—MODCYCLE1.5,解析了半湿润半干旱地区农田水分循环过程,并对研究区土壤水的效用程度进行了定量评价。具体的研究内容包括以下几个方面：1、从农田土壤水循环角度解析水分的运动路径和耗散效率,提出了农田水分高效利用评价的新方法。文章充分查阅和参考了国内外的相关研究,从区域尺度审视农田的水分循环过程,目的是实现农田土壤水资源的高效利用,手段是以分布式水文模型为工具,建立一套基于土壤水循环过程模拟的土壤水高效利用评价的新思路。2、本文尝试利用分布式水文模型对农田土壤水循环过程进行模拟研究。研究结合我国华北地区旱作农田的水文过程特点,利用改进的分布式水文模型MODCYCLE1.5对邯郸市农田水循环过程进行了详细的模拟。改进的水文模型充分考虑了研究区农田耕作的基本特点,利用海河流域土壤岩性大面积采样实测数据建立了模型土壤属性数据库,模型其他参数也经过了充分有效的率定,确保了模型对研究区农田水循环过程模拟结果的可靠性。3、文章从水循环过程的水量平衡效果、区域出境流量的模拟结果、区域农田土壤湿度的模拟结果以及农田作物产量的模拟结果等4个方面对模型进行了全面的验证,模拟结果与实测结果吻合效果较好,模型对研究区农田水循环的模拟结果可靠有效。4、文章提出了农田土壤水效用的新概念,土壤水效用指土壤水在开发利用过程中各个环节的资源属性、时空位置属性以及功能属性所处的合理化状态。本文提出了土壤水效用表征指标体系,表征指标包括：1)作物根区土壤水库有效库容；2)作物根区土壤水库空库容变化指标,该指标包括土壤水库空库容年内均值和空库容年内变差2个二级指标；3)作物根区土壤水库供水与作物需水的时空匹配度指标,该指标包括土壤水库供水与作物需水的时间匹配指数和空间匹配指数2个二级指标；4)作物根区土壤水库的补给效率和有效利用效率指标。5、定量计算了不同水平年邯郸市以县级行政区为单位的农田土壤水效用的各项表征指标。结果表明,研究区东部平原区较西部山区的土壤储水能力大,但全区域农田土壤水库有效供水条件较差,作物缺水和受旱程度较高。从土壤水供需的时间匹配程度来看,研究区冬小麦分蘖期、拔节期以孕穗期的土壤水供应明显不足,灌溉补水十分重要；从土壤水供需的空间匹配程度来看,邯郸市东中部.农田水分供需矛盾较为突出。区域土壤水补给效率计算结果显示,邯郸市各行政区农田年均土壤水补给效率都很高,说明土壤水在补给环节中水量的无效损耗不大；区域土壤水有效利用效率分计算结果显示,邯郸市各行政区农田年均土壤水有效利用效率均不高。6、文章以邯郸市县级行政区为单位,对其农田土壤水效用程度进行了综合评价,结果显示,邯郸市东西部地区土壤水效用综合指标值较高,中部山前地区较小。本文最后针对邯郸市农田耕作管理的现状,提出从改善作物种植结构、提高耕作层土壤的储水能力、应用测墒灌溉技术方法以及普及农业节水措技术等4个方面对农田土壤水进行全时空调控的措施。
参考文献：
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[8]. 黑龙江省嫩江县“节水增粮行动”水资源保障方案研究[D]. 贺石良. 吉林大学. 2014
[9]. 陕西省泾惠渠灌区发展中的生态环境问题分析及调控研究[D]. 杨柳. 西安理工大学. 2017
[10]. 基于水循环模拟的农田土壤水效用评价方法与应用[D]. 高学睿. 中国水利水电科学研究院. 2013
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