华北平原的水土资源平衡研究

采用精确的水土资源平衡计算模型 ,辅以田间观测资料 ,分析计算了华北平原农业水资源量与作物需水量之间的平衡问题。结果显示 :在充分供水的条件下 ,本区农田 (884.8万hm₂)需水量为744.36亿m3,相应的作物亏水量为309.37亿m3,有效灌溉面积 (653.2万hm₂)上的亏水量为228.73亿m3;而1995年水利工程提供的农业总用水量已达261.78亿m3,但仍有116.16亿m3的亏水量 ;文中同时对评价区内农田的有效降水量、灌溉水的田间利用量、毛管上升水量等进行估算。指出 ,虽然冬小麦的平均水分满足率为82 % ,但关键期的水分满足率 (64 % )仍然制约粮食产量的增长 ,设想通过提高渠系利用系数和优化灌溉等措施 ,华北平原的农业可望达到水土资源平衡利用的状态     

气候变化下西北地区农田水分平衡的模拟与分析

在全球变暖的背景下,系统分析气候变化及其对农田水分平衡的影响,对西北地区,乃至全国的生态环境和社会经济可持续发展具有重要的现实意义。论文从水分平衡的角度出发,以县域为基本单元,在10a尺度下,通过构建农田水分平衡模型,全面刻画了气候变化下近40年来西北地区天然状态下农田水分平衡的基本特征及演变态势。结果表明:水分亏缺是西北地区天然状态下农田水分平衡的主要特征,全区亏水量呈现由东南向西北、由高山向盆地递增的空间分布格局;40年来,西北地区农田水分平衡呈现西降东升的态势,新疆大部及河西走廊西部的部分县市,农田亏水量显著降低;西北中部及东部地区大部分县市,40年间农田亏水量呈"W"状波动,近10年亏水最为严重;河西走廊以及新疆大部分县域农田水分平衡年际间变幅较小,中东部地区变幅较大;西北地区降水与农田水分平衡呈显著的正相关,最高温度、最低温度与农田水分平衡的相关性不明显,蒸散量与农田水分平衡呈显著的负相关。     

甘肃省农田水分平衡及其时空分布规律

采用农田水量平衡模型,以县域为基本单元,对甘肃省1961～2001年10种作物逐月天然状态下农田水分平衡时空分布规律进行了研究。结果表明:天然状态下,甘肃省多年平均农田需水量为121.06×10⁸m3;亏水量为43.28×10⁸m3;盈水量为0.62×10⁸m3,降水不能满足作物生长需求。在25%、50%、75%三种降水保证率下,作物的亏水总量分为35.99×10⁸m3、42.93×10⁸m3、49.85×10⁸m3,盈水量分别为0.61×10⁸m3、0.11×10⁸m3、0.00×10⁸m3。农田水分亏缺是甘肃省农田水分平衡的主要特征。对大多数作物而言,亏水量集中于夏季,10种作物夏季亏水总量占全年亏水总量的60.2%。全生育期棉花水分盈亏的稳定性最强,水量盈亏变异系数为6.9%,麻类最差,变异系数高达43.6%。全省天然状态下,农田亏水量由东南向西北、高山向河谷递增,农田盈水量由东南向西北递减,农田水分满足率与农田水分盈亏波动性具有从东南向西北递减的趋势。     

河西走廊水资源供需平衡及其对农业发展的承载潜力

河西走廊是甘肃省主要经济地区之一,河西走廊未来的经济发展规模在很大程度上取决于本地区水资源的承载能力。本文在水量平衡原理的基础上,对河西走廊水资源的供需平衡和水土资源平衡状况以及水资源对农业发展的承载潜力进行了分析计算,并建立了相应的数学模型,指出了河西走廊水资源的潜力巨大,只有在发展节水型农业和水资源合理、高效利用的条件下才能提高农业用水的承载潜力。     

河西走廊水资源供需平衡及其对农业发展的承载潜力

河西走廊是甘肃省主要经济地区之一，河西走廊未来的经济发展规模在很大程度上取决于本地区水资源的承载能力。本文在水量平衡原理的基础上，对河西走廊水资源的供需平衡和水土资源平衡状况以及水资源对农业发展的承载潜力进行了分析计算，并建立了相应的数学模型，指出了河西走廊水资源的潜力巨大，只有在发展节水型农业和水资源合理、高效利用的条件下才能提高农业用水的承载潜力。     

水土资源匹配视角下中国省域农产品供需平衡分析及其政策启示

粮食安全关系到中国稳定与发展和国际贸易秩序。以省级行政区为基本单位,基于2016—2018年各省份常住人口、农产品消费量、农业数据及相关参数,采用生态足迹和水足迹评价方法,在只考虑食用和再生产消费且不考虑地区耕地质量差异的条件下,核算各省份农产品自给的水土资源需求,评价中国省域水土资源承载力状态。结果显示：（1）中国现有耕地资源总量可满足自身耕地总需求（前者是后者1.81倍）,但省际差异大,东部沿海省市耕地不足。（2）农业可用水资源总量亦可满足农业可持续生产需求,但区域严重不平衡,华北平原与宁夏水资源赤字严重,而青藏高原地区、长江以南省份农业可用水资源丰富。（3）水土资源空间不匹配制约了中国农业的粮食生产潜力,不考虑环境净化用水,水土资源匹配状态可满足全国粮食自给需求;但考虑环境净化用水,中国粮食难以实现自给,承载力赤字达33715.50万人。以资源环境可持续为导向,未来中国应从农业生产布局优化、农业结构调整、农业科技、产业与人口转移、农产品进口和农业国际合作等方面着手,解决中国农产品需求问题。     

中国水资源承载力综合评价研究

中国水资源短缺,加之水资源时空分布不均、水土资源分布不匹配,水资源已成为制约中国社会经济可持续发展的重要因素。文章从系统论的角度出发,研究中国经济、社会发展、生态环境与水资源的协调发展关系,运用水资源承载力综合评价模型,通过选取特定年份相关数据计算其水资源承载力综合评价指数,描述中国各省区水资源承载力状况,以此综合分析评价中国水资源的承载能力。结果表明:中国水资源分布不均,与人口分布和经济布局不相匹配;西南省区水资源承载潜力相对较大;长江、珠江流域及东部沿海地区,已无水资源承载力优势;华北平原、西北地区如新疆、宁夏、甘肃等地区水资源严重短缺,水资源超载严重,水资源承载力渐趋枯竭。     

新疆喀什地区农业水安全初步研究

虚拟水是指生产商品和服务过程中所使用的所有水资源水量。本文在虚拟水理论的基础上,通过查阅2003—2009年《新疆统计年鉴》中的相关数据,计算并分析了喀什地区主要农产品的虚拟水含量。结果表明：喀什地区农业生产用水远远大于区域可提供的水资源总量,农业用水和农业生产处于不安全状态。     

基于水资源转化模拟的石羊河流域水资源优化配置

流域水循环过程是水资源合理配置对象依存和演化的基础。针对内陆河流域水资源多次转化多次利用的特点,建立以水资源转化过程为基础的流域水资源优化配置模型。按水力联系将内陆河流域系统分为独立的子系统。按水资源转化特点和用水格局将各独立水系统分渠灌区、井灌区和渠井混灌区三个一级计算单元,每个一级计算单元由若干灌区(二级计算单元)组成。运用水均衡模型和BP人工神经网络模型模拟一级计算单元间的水资源转化过程,分别模拟井灌区和渠井混灌区的来水量。建立一级计算单元和二级计算单元两层水资源优化模型,分别以灌溉用水效益最大和公平用水为配置目标。将一级计算单元的优化模型耦合到水资源转化模拟模型中。凉州区配置水量10.68×10⁸ m³,金川区为2.63×10⁸ m³,流域农业灌溉用水16.64×10⁸ m³,占总毛用水量的75％,相比现状有大幅下降。分别采用模拟寻优和遗传算法求解两层优化模型,将水量分配到灌区,进而分配到行政区,实现水资源的流域配置和行政区配置的统一,便于水资源统一管理。     

土地利用变化的水土资源平衡效应研究——以西辽河流域为例

北方农牧交错带作为我国传统农区与牧区的交汇和过渡地带,是我国东、中部地区的重要生态屏障地区。选取北方农牧交错带东缘的西辽河流域为案例区,运用遥感、地理信息系统等方法,构建水分亏缺模型,定量计算了西辽河流域不同土地利用情景下的水分亏缺态势,揭示了北方农牧交错带土地利用变化的水土资源平衡效应,研究表明:①1995-2005年,西辽河流域土地利用整体特征未发生重大改变,土地利用表现为耕地面积有所增加、草地面积相对减少的局面;②西辽河流域水土资源平衡总体呈现中度水分亏缺的特征,亏水量较大的区域相对集中在西辽河冲积平原中部地区;③1995-2005年10 a间的土地利用变化使得西辽河流域严重缺水地区面积增加1/4,水分亏缺态势进一步加剧。     

九龙江流域生态环境需水量计算

九龙江流域降雨量和径流量在流域空间和年内分配上明显不均,使枯水季节生态环境用水量在局部河段无法得到满足,导致局部河段水体出现富营养化。根据研究需要,将流域分为12个计算区域。将生态环境需水量分为湿地生态环境需水量和旱地环境生态需水量进行计算,分别为60.431×108m3和84.622×108m3,流域生态环境需水总量合计145.053×108m3。流域多年平均降水量为235.856×108m3,盈余量为90.803×108m3,总体可以满足流域经济社会发展和维护生态系统平衡的需要。但是,生态环境用水量保证程度不但与天然径流量有直接关系,也在很大程度上受人为因素的影响。     

西北地区水资源数量、质量及其分布规律

运用40年降雨、蒸发、径流的同步资料,计算了西北地区的降水总量为7981.9×10⁸m³,地表水资源总量为2164.8×10⁸m³;地下水资源量为1034.6×10⁸m³,扣除重复量后的水资源总量为2304.4×10⁸m³。分析了水资源的地区分布及年内、年际变化规律,评价了西北地区水资源质量,并总结了西北内陆河区径流主要形成于山区,散失于山前平原盆地等水资源六大特点。     

粮食安全:西北地区退耕对粮食生产的可能影响

据西北五省区制定的规划或计划,到2010年将累计退耕400×104hm₂,约占现有耕地面积的1/4。按照目前的单产水平和粮食作物比例,西北地区将减少粮食产量近400×104t,相当于1996年西北地区粮食总产量的1/8。同时,退耕对当地的粮食生产存在正面影响,主要表现在:①退耕节省下来的生产要素的转移可以带来未退耕耕地粮食产量提高;②西北地区生态环境以及局地小生境的改善可以促进粮食生产、降低灾害风险。此外,农业科技进步和工程设施建设的加强,会对保留耕地上的粮食生产起到极大的推动作用。通过对西北五省区粮食单产的预测并结合人口预测可知,2010年西北地区粮食总产量可达4516.9×104t,在人均400kg、425kg和450kg水平下粮食需求分别为3936.1×104t、4182.1×104t和4428.1×104t。因此,从长远的角度来看,就西北地区整体而言将不会出现粮食短缺,但粮食盈余水平较低;而就具体省区而言,陕西、甘肃和青海三省区必须通过粮食调入才能满足本省区需求,而新疆和宁夏粮食则有一定盈余。     

中国灌区粮食生产水足迹及用水评价

以1998、2005 及2009 年459 个灌区资料为基础,从区域尺度计算粮食生产水足迹,建立粮食生产用水水平综合评价指标I对灌区粮食生产与水资源利用之间的关系进行评价。结果显示:粮食生产水足迹及其组成的区域间差异均较大,大值省区主要分布于东北、华南,小值省区以黄淮海平原为核心集中分布;全国粮食生产水足迹多年均值为1.336 m³/kg,蓝、绿水比例分别为63.7%和35.8%,有35.1%的水足迹损失于粮食生产过程。空间自相关分析表明,粮食生产用水水平综合评价指标I相似的省区在空间上显著地聚集,局部自相关属性为HH和LL的省区超过了20 个,不同年份总体和局部的空间分异特征随时间变化均不明显;省区间粮食生产综合用水水平差异大,I值介于0.079~0.889 之间,变异系数为0.59,黄河中下游省区用水水平较高而东北及西北大部分省区则相反。结合人均粮食占有量与I值在全国的地位,对各省区粮食生产与农业用水发展方向进行了讨论。     

水资源短缺对北京农业的不利影响分析与对策

北京市农业水资源短缺状况十分严峻。针对水资源短缺对北京农业经济、农村生态环境和社会稳定产生的影响,进行了全面、深入的分析,认为北京市目前的用水政策会进一步加剧农业用水的紧张趋势。进而提出了诸如发展利用和推广节水农业技术、大力建设节水灌溉工程设施、调整种植结构、发展特色农业、适度发展污水灌溉、建设地下水应急备用水源、加速推广雨洪利用技术、实施人工增雨工程、加强农村水资源的宏观和微观管理等相应的对策和建议。     

1970—2013年西北干旱区空中水汽含量时空变化与降水量的关系

论文基于1970—2013年西北干旱区高空和地面气象资料,采用多种统计学方法,分析了西北干旱区空中水汽含量的时空变化特征及其与降水量的关系。结果表明：1）1970—2002年,西北干旱区空中水汽含量呈显著的增加趋势,速率为0.835 mm/10 a（P<0.01）,其中以夏季增速最高（1.709 mm/10 a,P<0.01）;而降水效率基本稳定,仅春、冬季节略增。在空间上,1970—2002年水汽含量变化速率大小依次为北疆>南疆>河西走廊,其中冬、春季节以北疆水汽增速最大,夏、秋季节以南疆水汽增速最高。2）2003—2013年,西北干旱区水汽含量呈不显著下降趋势（-2.061 mm/10 a）;而降水效率明显增加,速率为0.136%/10 a,这说明近年来空中水汽转化为降水的效率明显提升。同时,北疆降水效率增加幅度明显高于其他地区。3）西北干旱区各季节的降水效率与降水量均呈显著正相关性,而水汽含量与降水量的相关性则表现出明显的季节性差异：春季>夏季>秋季>冬季。另外,新疆降水变化与水汽含量和降水效率均呈显著正相关性,而河西走廊降水量与降水效率的关系更为密切。