基于用水负效益的农业水资源生态经济系统损耗度评价

农业用水过程中供水、用耗水、排水、纳污环节产生的负效益会对农业水资源生态经济系统产生一定程度的损耗,进而影响系统的可持续性。基于农业用水过程中各环节产出的负效益,构建农业水资源生态经济系统损耗度评价指标体系,以经济损失率、社会失稳率、生态负载率为指标,运用能值方法、AHP层次分析法分析了2012—2017年郑州市农业水资源生态经济系统损耗度及其发展趋势,结果表明：2012—2016年郑州市农业生态经济系统的经济损失率约为0.25%,2017年上升至0.29%;社会失稳率由2012年的21.46%下降到2017年的7.04%;2012—2016年生态负载率基本稳定为11.7%,2017年上升至13.7%;系统损耗度主要受社会失稳率和生态负载率影响,系统损耗度整体呈下降趋势,由轻度不可持续转变为临界不可持续,逐渐趋于良性发展。     

基于生态环境损失的农业生态系统能值分析

针对目前农业生态系统能值分析研究中没有考虑生态环境损失的问题,提出了基于生态环境损失的农业生态系统能值分析研究思路和方法。以郑州市为例,对其2005-2014年农业生态系统进行能值计算和分析。结果表明,郑州市近10年农业生产造成的平均生态环境损失为2.21×10~(21)sej,占能值产出的9.08%;扣除农业生态环境损失后,平均净能值产出率从3.75下降到3.41,平均可持续发展指数从1.45下降到1.32,说明农业生态环境损失对系统生产效率和可持续影响比较显著。     

河道生态基流保障引起的农业损失量计算

为了科学协调水资源短缺地区农业用水与生态基流的矛盾问题,推动生态基流保障工作开展,从优先保障生态基流后农业受到影响的角度出发,确定了不同保障水平下的农业损失量。以渭河干流宝鸡段为例,定量计算了生态基流调控值在5～10 m~3/s之间时宝鸡峡灌区的农业产值损失与产量损失,并分析了生态基流保障前后保障率变化情况。结果表明:生态基流调控值在5～10 m~3/s之间时,平水年农业产值损失在1. 04×10~8～2. 54×10~8元之间,枯水年农业产值损失在2. 99×10~8～4. 06×10~8元之间,特枯年农业产值损失在4. 78×10~8～6. 61×10~8元之间。减少农业灌溉引水后,河道生态基流保障率明显提高。     

渭河关中段生态基流保障对灌区的影响及补偿研究

针对枯水期河道生态基流保障造成的农业灌溉用水短缺问题,研究其对灌区的影响及生态补偿量,以推动基流保障工作的持续开展和日益完善。定性分析灌溉用水短缺可能产生的影响,明确不同方案引起的灌区灌溉缺水量,并应用水分生产函数模型估算造成的农作物减产损失,进而确定对灌区的生态补偿量。以渭河关中段为例,对3种基流保障方案造成的灌区灌溉用水短缺问题进行分析计算。结果表明:3种基流保障方案对宝鸡峡塬上、塬下灌区及交口抽渭灌区冬小麦的生态总补偿量分别为2800.30×10~4元、32392.58×10~4元、98817.98×10~4元。     

玛纳斯河流域水资源开发利用现状及用水水平评价

以玛纳斯河流域为研究区,以2010年为现状年,从农业用水、生活用水、工业用水和生态用水4个主要用水口径对现状年的用水量进行了计算,得出现状年的用水结构为农业用水(70％)、生活用水(1％)、工业用水(23％)和生态用水(2％).目前,流域年引用地表水达19.84×108 m3,占可利用地表水20.23×108 m3的98％,而地下水均衡差为-4.49×108 m3.计算结果表明,玛河流域地下水利用体积变化量为负值,表明流域的地下水处于超采状态说明玛纳斯河水资源开发利用已经达到极限.     

基于MIKE BASIN的水资源合理配置方案对比分析——以长吉经济圈为例

针对东北部分地区水资源不足问题,以长吉经济圈为例,为实现该地区未来20年的水资源合理分配与调度,以2015年为基准年,采用灰色关联分析与多元线性回归模型相结合的方法,对2020及2030规划水平年进行需水量预测,分别提出供水效益最大化、经济效益最大化以及用水总量和用水效率双指标约束控制下的三种不同水资源配置方案,并利用MIKE BASIN建立水资源配置模型进行模拟。结果表明:在考虑河道生态基流量的基础上严格控制用水总量和用水效率双指标的方案可以满足研究区经济社会可持续发展长期用水需求;到2020年研究区总需水量为29.461×10~8m~3,只有吉林市工业缺水2 397×10~4m~3;2030年总需水量为33.122×10~8m~3,此时长春市工业、九台工业、双阳农业和工业、公主岭工业以及吉林市的工业和农业均存在少量的缺水,缺水量分别为750×10~4m~3、320×10~4m~3、228×10~4m~3、152×10~4m~3、460×10~4m~3、4 280×10~4m~3、1 070×10~4m~3,但相较于优化配置方案前已大大减少了缺水量。研究成果对该区未来20年的水资源可持续利用具有一定的指导意义。     

灌区续建配套与节水改造项目水资源供需平衡分析

鸭河口灌区总面积约25×10~4 hm2,涉及效益南阳市方城、社旗、唐河、新野、宛城五县区共计15.88×104hm2耕地,是全国十大明星灌区之一。灌区需水量主要有农业灌溉用水、人畜生活用水、环境生态用水、工业企业用水、城市用水,其中农业灌溉用水占灌区用水量的63%～71%。灌区内供水水源主要为鸭河口水库供水、地下水、可利用的区间径流、灌区回归水。     

能值法计算农业灌溉效益分摊系数

应用能值理论及其统一的衡量标准,将决定灌溉效益分摊系数的主要指标——灌溉用水量与灌溉设施投入转化为同一的量纲,可克服传统方法计算农业灌溉效益分摊系数时,无法衡量自然环境对农作物生产影响的缺陷,定义农业灌溉总能值投入量和生产过程总能值投入量的比值为效益分摊系数,为农业灌溉效益的准确计算提出具体的方法。     

基于改进Tennant法的洋河流域生态基流估算研究

针对我国北方河流的特点,将传统Tennant法的计算时段重新划分为丰水期、平水期和枯水期(冰冻期或冰封期),并对生态基流所占比例进行调整。把洋河作为研究区域,分别用传统方法和改进之后的Tennant法计算了各情景下的生态基流量及年总需水量。结果表明,改进之后的方法更接近实际,能充分反映生态基流需求随季节的变化,符合洋河水文情势的特点。以2014年为评价年进行分析,结果显示评价年来水量为0.83×10~8m~3,仅占多年平均流量的17.7%,不能满足洋河生态用水需求。而为使洋河的河流生态系统逐步恢复,达到"好"的状态,目前生态缺水量约为0.58×10~8m~3。     

基于能值分析的生态供水效益量化方法

为了能够客观、真实地反映生态供水系统中供水效益的影响,弥补传统间接计算法不能全面考虑所有效益的缺点,利用能值分析方法,将生态生产系统的投入和产出转化为同一量纲,对生态供水效益进行量化研究,绘制生态生产系统能量图并建立能值分析表,计算生态供水效益分摊系数,从而计算生态供水总效益和单方水供水总效益。以南水北调东线应急供水受水区——京津冀地区为例,利用2015年的数据,计算得出该地区的生态供水效益分摊系数为4.08%,单方水供水效益为5.48元/m~3。     

土库曼斯坦农牧业水足迹研究

农牧业水足迹研究可揭示农牧业经济系统与水资源消耗间的联系与矛盾,为农业水资源合理利用和农业结构调整提供参考。运用水足迹理论和方法计算了土库曼斯坦农牧业水足迹,分析该农牧业水足迹总量、结构、人口密度、土地密度、农牧业水资源集约利用度、水资源负载指数特征及其年际动态和水资源生态安全指标。研究表明:土库曼斯坦农牧业水足迹总量介于1.63×1010².73×1010m3之间,年际变化总体呈上升趋势,2008年增幅最大;农产品水足迹组成中经济作物占总量的67.93%;农产品水足迹人口、土地密度的年际动态特征与总量相似,2008年出现峰值,畜产品水足迹较稳定;2007-2011年间该国农牧业水资源利用有效性提高,经济效益增加,但总体低于畜产品水资源的利用效率和经济效益;2007-2012年农业水资源负载指数显示农业水资源利用度和开发潜力持续升高,但仍有较大开发潜力;随着土国农牧业水足迹的上升,该国面临的水资源压力骤增,水资源生态安全问题突出。     

农业虚拟水消耗影响因素分解及时空差异

研究采用 LMDI( logarithmic mean divisia index) 指数分解模型, 将“十一五”“十二五”时期西北 5 省( 自治区) 农业虚拟水变化的驱动因素分解为结构效应、强度效应、经济效应和需求效应等, 并分别探究不同效应对虚拟水增长的贡献情况及其时空差异。结果显示: 农业虚拟水含量在产品结构分布上, 畜牧产品> 三大主粮> 经济作物。从 时间角度来看, 2006- 2015 年全区域农业虚拟水含量呈先上升、再下降、再上升的趋势, 经济效应和强度效应分别 是虚拟水含量变化的主要促进因素和主要抑制因素, 总体上, 经济效应> 强度效应> 结构效应> 需求效应。“十一 五”时期, 该区域虚拟水含量变化主要受地区经济增长的影响;“十二五”时期, 农业生产结构调整对虚拟水含量增长的抑制作用逐渐增强。从空间角度来看, 2006- 2015 年 5 省( 自治区) 虚拟水变化的总效应省际差异显著, 新疆正 向效应最强, 为 194.26 亿 m3 , 其次为宁夏、青海和陕西, 负向效应中甘肃最强, 下降了 94.11 亿 m3。据此, 从改进 农业生产技术、调整生产结构及水生态补偿等方面提出建议, 以提高水资源利用率, 促进区域经济生态协调发展。     

基于能值水生态足迹模型的黄河流域水资源利用评价

为辨析黄河流域突出的水资源问题,科学分析流域水资源利用状况,将能值理论和水生态足迹法相结合,构建能值水生态足迹模型,计算和分析了黄河流域2011—2018年的能值水生态足迹、能值水生态承载力和水生态盈亏状况.结果表明:2011—2018年黄河流域能值水生态足迹呈平稳上升趋势,能值水生态承载力呈先下降后上升趋势,但历年能...     

干旱缺水区民勤县水资源持续高效利用措施研究

采用调查研究和统计分析方法,对民勤县石羊河流域重点治理工程及其效益得以显现的关键技术管理措施和效果进行调查研究。结果表明,指标层层细化、"三水"联合调度、轮次定额配水、推行差别水价政策、推广节水技术、调整农业种植结构、落实责任等措施,是实现水资源严格管理和高效利用的有效措施;责任制度落实、层层监督检查是水资源精细化管理的有效行政推动措施;乡(镇)水资源管理办公室是水源配置方案有效落实的重要组织保障措施;采用计量监控、监测设施设备是水资源管理的有效管控手段;依据水权和农产品动态趋势,适时调整农业种植结构,逐步形成以水定布局、节水高效的动态种植结构模式,是巩固水资源管理成果、推动水资源持续利用效益再上台阶的有效途径;以滴灌为主的高新高效技术推广和设施农牧业的高效发展是干旱缺水区缓减水资源供需矛盾、持续高效利用有限水资源和巩固流域生态修复成果、促进生态环境趋于良性循环的战略措施。     

面向供水对象转型的引大入秦工程水资源优化配置研究

引大入秦工程（以下简称引大工程）建成初期主要以秦王川农业供水为主,但随着兰州新区的建设发展,其供水对象开始向城市生活用水和工业用水转型,如何实现有限水资源的合理配置是目前研究的重点问题。基于此,依据引大工程供水区（以下简称引大供水区）可持续发展要求,构建以实现经济、社会、生态效益最大化为目标函数,可供水量、输水能力、用户需水量、排水系统排水量与变量非负为约束条件的多目标水资源优化配置模型,使用遗传算法进行求解。结果表明：2025年引大供水区不同用水部门配水量（保证率P=50%、P=75%）分别为生活用水8 323.85×10⁴、8 322.49×10⁴ m³,农业用水15 001.95×10⁴、15 631.53×10⁴ m³,工业用水11 111.00×10⁴、11 100.00×10⁴ m³,生态用水946.88×10⁴、947.02×10⁴ m³,各部门总配水量与优化前供水量4.23×10⁸ m³相比,达到供需平衡;2030年引大供水区不同用水部门配水量（保证率P=50%、P=75%）分别为生活用水12 650.51×10⁴、12 666.53×10⁴ m³,农业用水16 397.77×10⁴、17 019.70×10⁴ m³,工业用水20 498.00×10⁴、20 508.00×10⁴ m³,生态用水948.00×10⁴、948.88×10⁴ m³,不同保证率下各部门总体缺水率分别为12.27%、13.38%。2025—2030年引大供水区的非农业用水结构将大幅提升,农业灌溉用水量降低。研究结果可为引大供水区优化水资源配置决策提供参考依据。     

Employing three ratio indices for ecological effect assessment of Manwan Dam construction in the Lancang River,China

The Lancang River, located in the upper reach of the Mekong River, has attracted worldwide attention for the large‐scale development of hydropower on its main stream, In the paper, taking Manwan dam as a case study, we adopt emergy analysis method for three ratio indices, i.e. the emergy yield ratio (EYR), environmental loading ratio (ELR) and ecosystem index for sustainability (EIS), to analyse the beneficial contribution of dam construction and operation (DCP) to regional social system, and environmental pressure as well as sustainability of river ecosystem (reservoir area and downstream channel). Different from traditional researches, the loss for ecosystem service of terrestrial ecosystem around reservoir (STER) as a significant cost is integrated into holistic analysis for ecological effect of Manwan dam construction (DC). The result show that the emergy yield of river ecosystem after Manwan DC is equal to 4.58 × 10²¹ sej/yr, of which the majority is from electricity generation (4.52 × 10²¹ sej/yr), i.e. 98.7% of the total emergy yield. The gross emergy cost of the ecosystem in the Manwan reservoir area is 6.75 × 10²⁰ sej/yr, with the primary one being derived from sediment deposition (3.72 × 10²⁰ sej/yr), which accounts for 55.11% of the total emergy cost. The loss of STER (1.71 × 10²⁰ sej/yr) follows and accounts for 25.33% of the total emergy cost. We conclude that no matter whether sediments and the loss of STER are included or not, EYR of present system after DC is higher than that of former system without DC, indicating that hydropower exploitation plays an important role in improvement of the emergy yield of regional system. However, the sediment deposition and loss of STER would result in a much higher environmental pressure (increased by 44.53 times) and a lower sustainability (the index decreased by 14.43 times) to the present system. Especially, this is an underestimated conclusion due to the limitation of data available without considering the emergy loss of ecological heritage and hydrological process as well as river continuum. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Impacts of agricultural policy on irrigation water demand: a case study of Saudi Arabia

Saudi Arabia's groundwater resources have been heavily over-exploited to achieve food self-sufficiency. The country enacted a new agricultural policy that discourages the cultivation of wheat and encourages that of vegetables and fruits. This has produced significant reductions in irrigation water demand as well as food self-sufficiency. This paper reviews the performance of the Saudi agricultural sector and presents four scenarios forecasting the new policy's long-term impacts on the use of water for agriculture. The findings show that the new policy does not support sustainable utilization of groundwater resources. Additional policy modifications are needed to optimize the combination of import and domestic production of agricultural products based on a sustainable water utilization strategy.     

基于生态安全的阿瓦提灌区生态需水量研究

阿瓦提灌区地处塔里木盆地西北边缘,气候极端干旱,降水稀少,蒸发强烈。近年来,由于大批开荒、水资源不合理利用、土壤盐渍化等导致灌区生态环境越发脆弱,阻碍其经济的可持续发展。在灌区实地考察、分析整理多年新疆统计资料的基础上,考虑灌区生态用水安全,针对不同植被生态需水特点,分别采用彭曼公式法、定额法和比值法等相适宜的生态需水研究方法,计算其生态需水量。结果表明:阿瓦提灌区生态需水总量为13. 37×10~8m~3,其中,河道外生态需水量为6. 8×10~8m~3,河道内生态需水量为6. 57×10~8m~3。通过生态需水量研究,提出适宜的用水建议,为阿瓦提灌区生态系统的健康与稳定提供一定的理论依据。     

基于三维水足迹模型的河南省水资源可持续利用水平评价

基于三维水足迹模型,以水生态赤字与盈余、水压力指数、水资源集约利用指数和水资源可持续指数4个指标构建水资源可持续利用水平指标评价体系,从时间上和空间上分析河南省的水资源可持续利用水平,并且利用对数平均迪氏指数分解法分析水足迹变化的驱动因素。结果表明：河南省水足迹由大到小为生产用水足迹、生活用水足迹和生态用水足迹,其中豫北和豫中各市的水足迹深度较大;河南省整体水资源可持续利用水平较差,其中豫北和豫中地区的水资源可持续利用水平最差;经济规模效应、人口规模效应对水足迹的变化具有正向驱动作用,而水足迹强度效率效应和水资源承载力效应具有负向驱动作用。