水资源-经济集成模型及在黑河流域的应用

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日益加剧的水资源危机使得人们开始对现行的水资源管理和利用方式进行重新思考,尤其是在干旱和半干旱地区,高效、科学的水资源管理和利用方式对国民经济的增长和生态环境的可持续发展更为重要。黑河流域是河西走廊三大内陆河流域之一,是甘肃省重要的商品粮基地之一。由于黑河中游地区人口增长和绿洲农业的快速发展,用水量持续增加,导致黑河下游可用水量减少,生态环境急剧恶化。为了遏制黑河下游的生态恶化,2000年起实施黑河分水,增加了向下游的调水量。黑河分水给张掖市的绿洲农业带来了一个严峻的考验,这也对黑河流域中游地区水资源的管理提出了更高的要求。本文致力于构建一个水资源--经济集成模型,并通过计算机手段实现模型的设置和求解,为黑河流域及其他内陆河流域的水资源管理提供一个科学的研究平台。   在回顾前人研究的基础上,本文以黑河分水之后张掖市的节水型社会建设为切入点,对节水型社会建设以来张掖市水资源供求格局的变化及其驱动因素进行了分析。发现:黑河流域水资源利用方式变化的最主要驱动因素是农户的生产决策,各种水资源管理的政策和措施都是通过影响农户行为决策而改变流域水资源利用方式;水权制度的实行、渠道衬砌等工程手段的实施,以及农业结构的调整都对节水型社会的建设和黑河分水的成功实施发挥了积极作用;目前的农业规模和相应的用水规模是依靠丰水年的超额来水支撑的,“定额管理”并没有真正实现;目前的水资源配置尚存在一定空间不均衡性,而且水权交易机制没能真正实施,也使水资源水权分配之后,通过市场机制对水量分配的调节作用无法实现。   由于农户的生产决策是驱动黑河流域水资源利用方式变化的最重要因素,因此选择刻画农民生产决策的Bio-economic模型作为水资源-经济集成模型的核心模型。针对未来可能的水资源供需变化,分别构建了需水模块和供水模块。需水模块主要以计算作物潜在蒸散发的布兰妮和科瑞德公式为主,计算不同气候情境下作物需水量变化;供水模块则是将不同保证率下的可用水量加入水资源数据库,并且为实现SWAT等水文模型外部链接留出了接口。为今后对黑河流域农业部门水资源利用和配置的研究搭建了一个高效的研究平台。   在水资源--经济模型平台上,针对用水量水资源分配空间不均衡问题,选择中游地区比较有代表性的高台黑河灌区进行了典型模拟。模拟结果显示:现行的基于水权面积的水资源分配方式,在效率上存在一定的提升空间,综合考虑人口、土地、效益以及对水利工程的贡献度等因素,可以改善整体的水资源利用效率。因此,应该对水资源分配方案进行适当调整,并且针对方案实施的效果的反馈式调整纳入到流域的经常性管理制度中,以实现水资源的高效利用。  
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