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京津冀农业水足迹协调度与调控研究

李新生  
【摘要】:水是人类活动和社会生产不可或缺的资源,人类活动所需水量与水资源储量之间的供需矛盾问题逐渐成为社会经济可持续发展的瓶颈。虚拟水和水足迹相继提出,丰富了解决水问题的途径。对农业水足迹的结构、变化、影响因素、协调度和调控等多方面进行深度分析并提出行之有效的对策对于区域农业水资源管理具有重要意义。本文以京津冀为研究对象,基于水足迹评价手册计算方法,结合ArcGIS软件和主成分分析研究了京津冀2000-2015年主要粮食作物生产水足迹的时空分布特征及其及其影响因素。在此基础上进一步改进农业水足迹的核算方法,核算了京津冀农业水足迹(虚拟水)实际生产、消费和流动状况,构建农业水足迹协调度评价模型和系统动力学模型,研究了区域水足迹协调度时序变化和农业水足迹调控措施。主要研究内容和结论如下:(1)基于水足迹评价手册计算方法核算了京津冀县域尺度主要作物水足迹时序变化,空间差异并对其影响因素进行分析。蓝水、绿水、灰水所占比例分别呈现下降、上升及先上升后下降的趋势;水足迹空间分布表现为西北部和北部较少、南部、东南部和中部较多;影响水足迹总量的因子中,第一、第五主成分为氮肥施用量和作物种植面积,第二主成分为热力学和动力学因子,第三、四主成分为水分因子。(2)改进了基于区域用水的作物生产水足迹的量化方法,并以此核算京津冀2000-2015居民虚拟水消费状况,并对比分析不同区域虚拟水消费差异性和影响因素。结果表明:北京、天津和河北居民虚拟水消费量呈现上升趋势。京津冀人均居民虚拟水消费区域差异明显,整体表现为城镇高于农村,经济发达地区高于其它地区。(3)核算并分析了京津冀地区在生产-消费模式下农业虚拟水流动特征及对区域水资源压力的影响。结果表明:在生产结构、消费结构和人口变化等原因的共同影响下,区域虚拟水流动发生了明显的变化。河北省虚拟水输出量呈明显的下降趋势,北京市和天津市虚拟水输入量呈增加趋势。2000-2015年年均水资源压力指数河北天津北京,水资源匮乏度为天津北京河北,水资源自给率河北天津北京,北京和天津对外部虚拟水输入的依赖程度逐渐增加,水资源系统超载问题严重。(4)建立了作物水足迹生产-消费匹配指标,构建基于水足迹生产适宜性和水足迹消费适宜性两个系统之间的协调发展度评价模型,对农业产品生产-消费程度和农业水足迹协调度进行分析评价。结果表明:由于生产结构和消费程度不同,同一地区不同产品匹配程度差异显著,区域间产品匹配程度同样表现出明显差异。水足迹生产适宜性评价指数和水足迹消费适宜性评价指数在年际间有所波动,但整体呈现上升趋势。水足迹消费适宜性指数呈现先增加后降低的发展趋势。农业水足迹协调性综合评价指数在早期有较为明显的提升,而后趋于稳定。区域农业水足迹管理应提高农业水足迹生产适宜性和农业水足迹消费适宜性两者的适宜水平。(5)利用Vensim软件构建京津冀农业生产系统动力学模型,针对目前农业水资源调控研究中较少考虑绿水的不足,模型引入了绿水概念,丰富了区域水资源管理的内涵;探讨京津冀农业水资源管理中可以调控的关键因子,对降水有效利用系数、灌溉水利用系数2个关键可控因子分别进行调控模拟,此方法可以有针对性地提出具体的调控措施。


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