基于虚拟水战略的石羊河流域农业水资源优化配置研究

发布时间：2020-08-07 07:55

【摘要】：水资源作为一种稀缺的基础资源，在区域社会与经济的可持续发展中占据举足轻重的地位，如何合理配置区域有限的水资源，已经成为关注的焦点。传统上解决水资源短缺问题总是借助工程手段调水或技术手段节水，而“虚拟水”概念的提出为人们提供了一种利用经济学手段解决水资源短缺问题的新途径。虚拟水是指在生产产品和服务过程中所需要的水资源数量。虚拟水战略是指缺水国家或地区通过贸易的手段从富水国家或地区购进水密集型产品，来解决水资源短缺的一种有效手段。农产品虚拟水包含虚拟蓝水和虚拟绿水，缺水国家或地区通过虚拟水战略节约的水资源当中一部分是以绿水资源的形式存在，而这部分绿水不能人为调配，只能增加其利用率，只有蓝水能被配置，能被用水效率高的工业等生产部门直接利用，所以对虚拟水资源中的蓝水和绿水进行评价是合理运用虚拟水战略的重要前提。甘肃石羊河流域水资源短缺，生态环境脆弱，水资源配置不合理，农业耗用水量过多，结合虚拟水理论以及蓝水、绿水概念对其有限的水资源进行合理配置，以提高绿水利用比例，实现水资源的高效配置。论文的主要研究内容和取得的主要结论如下：（1）确立了基于修正的彭曼公式计算的作物需水量、农作物生育期有效降雨量、农作物单位面积产量等计算农产品虚拟水、虚拟蓝水、虚拟绿水含量的方法。农产品虚拟水含量是单位质量农产品的需水量，虚拟绿水含量是单位质量农产品利用的降雨量，虚拟蓝水含量是两者的差值。农产品虚拟水含量细分计算为进一步优化配置农业水资源提供了计算依据。（2）获得了石羊河流域凉州区、民勤县、古浪县、天祝县、金川区、永昌县的小麦、玉米、其他粮食（主要包括大麦、豆类、薯类等）、棉花、油料、蔬菜、水果等7种主要农产品的虚拟水、虚拟蓝水、虚拟绿水含量，并分析了虚拟水含量的时间、作物、空间差异，农产品虚拟水含量及组成会随时间、农作物种类以及空间的变化而变化。如石羊河流域不同行政区小麦虚拟水含量从小到大依次为：永昌县＜凉州区＜民勤县＜金川区＜天祝县＜古浪县；小麦虚拟蓝水含量从小到大依次为：天祝县＜永昌县＜凉州区＜民勤县＜金川区＜古浪县；小麦虚拟绿水比例最大的区域为天祝县（50.2%），最小的区域为民勤县和金川区（4.0%）。（3）在优先满足生活、生态、二三产业需水的前提下，考虑流域内外的农产品虚拟水贸易，建立了以农业净效益最大、人均用水量差异最小、农作物绿水利用比例最大为目标的石羊河流域农业水资源多目标优化配置模型，采用模式搜索算法求解，获得了优化的水资源配置方案和种植结构。结果表明，现状2007年石羊河流域粮经比为69:31，单位蓝水净效益为3.44元/m3，农作物绿水利用比例为16.6%。优化后2007、2015、2025年粮经比降低，分别为50:50、47:53、47:53；单位蓝水净效益增加，分别为6.54元/m3、7.00元/m3、7.35元/m3；2007年各行政区人均用水差异较优化前减小，2015、2025年用水差异有所增加，主要原因是金川区工业发展迅速，工业用水量较其他行政区偏高；农作物绿水利用比例大幅提高，分别达到17.9%、21.3%、23.0%，说明农作物对降雨利用量增加。2007年通过石羊河流域各行政区之间的农产品虚拟水贸易，流域粮食需求能满足，2015年、2025年石羊河流域除内部农产品虚拟水贸易外，需从外流域额外调入92062t、193631t粮食来满足需求。由此可见，通过实施虚拟水战略，各行政区农作物发挥了比较优势，提高了流域水资源的利用效率。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TV213.9
【图文】：

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第二章石羊河流域概况然地理概况地理位置羊河流域地处甘肃省河西走廊东部，祁连山东段与巴丹吉林沙漠、腾格里，东经 101°41′～104°16′、北纬 36°29′～39°27′。石羊河流域内陆河流域之一，扼守着河西走廊的门户。流域发源于祁连山，自东向西浪河、黄羊河、杂木河、金塔河、西营河、东大河和西大河八条山水河流成（图 2-1），河流补给多来源于山区降水和高山冰雪融水，产流面积 1.11 积 4.16 万 km2。流域行政区划包括武威市的古浪县、凉州区、民勤县全部，金昌市的永昌县及金川区全部，以及张掖市肃南裕固族自治县和山丹县白银市景泰县的少部分地区，流域共涉及 4 市 9 县，见图 2-1。

石羊河流域,产值比重,比例,用水效率

部门用水效率是指特定部门的水资源消耗（以占总用水量的比重表示）同它所产的 GDP（占总 GDP 的比重）的比率（TurtonAR 2000）。2007 年石羊河流域农业以占总用水的 87.8%水量仅生产了占 GDP 为 14.2%的产值而二、三产业却以占总用水 5.7%的水量，生产了占 GDP 达 85.8%的产值。说明石羊流域二、三产业用水效率较高，而农业用水效率十分低下。100%农业

优化工具箱,用户界面,石羊河流域

图 5-1 Matlab 优化工具箱 pattern search 的 GUI 用户界面Fig.5-1 The GUI of pattern search in optimization tool of Matlab5.2 石羊河流域水资源配置模型应用实例5.2.1 石羊河流域非农业部门需水预测（1）石羊河流域社会经济发展指标预测以 2007 年石羊河流域各地县社会经济指标为现状值（见第二章表 2-1），根据甘肃省国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要，以及石羊河流域经济发展水平及自然特点，结合《石羊河流域重点治理规划》对石羊河流域各项社会经济指标预测，2015 年、2025 年石羊河流域各地县社会经济指标预测结果见表 5-4、表 5-5。A.人口：石羊河流域 2007 年总人口 219.43 万人，其中城镇人口 50.29 万人，农村人口 169.14 万人。预测 2015 年总人口 232.58 万人，其中城镇人口 87.70 万人，城镇化率达 38%；2025 年总人口 242.04 万人，其中城镇人口 116.95 万人，城镇化率达到 48%。B.工业总产值：石羊河流域 2007 年工业总产值分别为 217.24 亿元，2007～2015 年工业年均增长率约为 10%，金川区是甘肃重要的工业区，工业年均增长率在 14%以上；

【参考文献】