本文關(guān)鍵詞：近50年來(lái)河套灌區(qū)作物虛擬水流動(dòng)演變過程與可持續(xù)性研究

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【摘要】：河套灌區(qū)位于內(nèi)蒙古西部黃河沖積平原,是我國(guó)3個(gè)特大型灌區(qū)之一,也是北方重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品輸出基地。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,灌區(qū)水資源需求持續(xù)增加,自1999年國(guó)家對(duì)黃河實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度管理后,灌區(qū)年引黃水量從50億m3下降到40億m3,灌區(qū)水資源短缺現(xiàn)象日益嚴(yán)峻。河套灌區(qū)作物生產(chǎn)用水占總用水量的90%以上,伴隨農(nóng)作物貿(mào)易,大量水資源以虛擬形式輸送到灌區(qū)外部。分析區(qū)域虛擬水流動(dòng)演變過程,并將虛擬水理論與方法應(yīng)用于河套灌區(qū)水資源利用可持續(xù)性評(píng)價(jià),可為灌區(qū)水資源科學(xué)管理以及水資源相關(guān)發(fā)展規(guī)劃制定提供新的思路與理論基礎(chǔ)。本研究以虛擬水理論為基礎(chǔ),結(jié)合灌區(qū)生產(chǎn)用水及農(nóng)作物貿(mào)易特點(diǎn),建立了灌區(qū)尺度作物虛擬水流動(dòng)計(jì)算方法;在此基礎(chǔ)之上,分析了1960-2010年河套灌區(qū)整體及2001-2010年灌區(qū)內(nèi)部縣域間作物虛擬水流動(dòng)及其構(gòu)成(藍(lán)水和綠水)的時(shí)間演變過程及特征;探討了作物虛擬水流動(dòng)的主要影響因素;建立了基于虛擬水理論的灌區(qū)可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo),評(píng)價(jià)了現(xiàn)有虛擬水流動(dòng)模式下灌區(qū)水資源利用的可持續(xù)性,取得如下初步研究進(jìn)展:(1)構(gòu)建了灌區(qū)尺度作物虛擬水流動(dòng)計(jì)算方法。立足虛擬水理論,分析了現(xiàn)有大尺度(全球、國(guó)家尺度)虛擬水流動(dòng)計(jì)算方法應(yīng)用于灌區(qū)尺度的局限性和不足之處,結(jié)合灌區(qū)水文氣象、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的可獲得性,依據(jù)灌區(qū)水文循環(huán)過程、水量平衡原理以及作物生產(chǎn)-消費(fèi)-貿(mào)易體系,明晰了作物生產(chǎn)耗水及貿(mào)易情況,從作物虛擬水含量及作物調(diào)運(yùn)量?jī)蓚�(gè)角度出發(fā),建立了考慮灌溉水損失與基于盈虧理論的灌區(qū)尺度作物虛擬水流動(dòng)計(jì)算方法。該方法真實(shí)反映了貿(mào)易作物中所嵌入的水資源數(shù)量,同時(shí)有效克服了現(xiàn)有灌區(qū)尺度貿(mào)易數(shù)據(jù)缺失,為灌區(qū)虛擬水量化提供了理論參考。(2)揭示了1960-2010年河套灌區(qū)整體及2001-2010年灌區(qū)縣域間作物虛擬水流動(dòng)演變過程及特征。利用所建立的灌區(qū)尺度作物虛擬水流動(dòng)計(jì)算方法,量化了河套灌區(qū)10種(類)主要作物1960-2010年的虛擬水流動(dòng)及其構(gòu)成,以及2001-2010年灌區(qū)內(nèi)部縣域間作物調(diào)運(yùn)引起的虛擬水流動(dòng),分別從流量、流向以及構(gòu)成角度對(duì)流動(dòng)趨勢(shì)及其特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明:1960-2010年灌區(qū)作物虛擬水流出量呈波動(dòng)上升趨勢(shì),2010年增加至32.75億m3,為1960年數(shù)值的1.56倍。作物虛擬水流入量呈先增后減趨勢(shì),1979年達(dá)到其最大值(15.79億m3),2010年減小為3.16億m3;研究時(shí)段內(nèi),10種(類)作物虛擬水流動(dòng)時(shí)間演變趨勢(shì)差異顯著,大致可分為先增后減、波動(dòng)上升、波動(dòng)下降和基本穩(wěn)定四種類型。除水稻虛擬水流動(dòng)以流入為主,大部分作物虛擬水流動(dòng)以流出為主。虛擬水流動(dòng)構(gòu)成以藍(lán)水為主,虛擬綠水流動(dòng)的波動(dòng)幅度大于虛擬藍(lán)水流動(dòng)。研究時(shí)段早期作物虛擬水流出總體上以糧食作物為主,后期以經(jīng)濟(jì)作物為主,而作物虛擬水流入在整個(gè)研究時(shí)段內(nèi)均以糧食作物為主;灌區(qū)內(nèi)部虛擬水流動(dòng)主要由于小麥、雜糧、甜菜和蔬菜貿(mào)易引起,主要的虛擬水流出區(qū)與流入?yún)^(qū)為磴口縣和烏拉特前旗,虛擬水構(gòu)成以藍(lán)水為主。(3)探索了河套灌區(qū)虛擬水流動(dòng)的主要影響因素。利用Pearson相關(guān)分析,定性確定河套灌區(qū)虛擬水流動(dòng)的主要影響因素(氣象因素、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素)。通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法與回歸分析,定量分析各因素對(duì)區(qū)域虛擬水流出量及流入量的影響。結(jié)果表明:虛擬水流出量的主要影響因素為作物單產(chǎn)、灌溉水利用系數(shù)、作物播種面積和年平均氣溫,各因素對(duì)虛擬水流出量變化的貢獻(xiàn)率分別為84.22%,-14.68%,9.21%和4.35%;1960-1979年,虛擬水流入量的主要影響因素為人口數(shù)量和城鎮(zhèn)化比例,其貢獻(xiàn)率分別為84.39%和9.18%,1980-2010年,虛擬水流入量的主要影響因素為作物零售價(jià)格指數(shù)和人口數(shù)量,其貢獻(xiàn)率分別為89.52%和-2.01%。(4)對(duì)現(xiàn)有虛擬水流動(dòng)模式下河套灌區(qū)水資源利用的可持續(xù)性進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)�；谔摂M水流動(dòng)相關(guān)理論,建立了灌區(qū)水資源利用可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo):虛擬水流動(dòng)對(duì)區(qū)域水資源壓力貢獻(xiàn)率、虛擬水流動(dòng)節(jié)水效率等,并以此為基礎(chǔ)對(duì)灌區(qū)水資源利用可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:虛擬水流出對(duì)區(qū)域水資源壓力貢獻(xiàn)率在1960-2010年間呈波動(dòng)上升趨勢(shì),2010年高達(dá)73.26%,說明灌區(qū)約3/4的水資源都用于生產(chǎn)輸出的水密集型作物,加劇了區(qū)域水資源壓力,灌區(qū)水資源利用相對(duì)不可持續(xù);作物虛擬水流入有助于緩解灌區(qū)現(xiàn)有水資源壓力,但其對(duì)水資源壓力的貢獻(xiàn)率自八十年代開始呈波動(dòng)下降趨勢(shì),2010年僅為7.10%,不足虛擬水流出對(duì)區(qū)域水資源壓力貢獻(xiàn)率的1/10;作物凈虛擬藍(lán)水流出占引黃水量比例自八十年代開始以每年0.67%的速率波動(dòng)上升,至2010年高達(dá)53.90%,如此高比例的藍(lán)水資源輸出,擠占了灌區(qū)其他行業(yè)的藍(lán)水使用,反映了灌區(qū)用水結(jié)構(gòu)單一,現(xiàn)有水資源利用模式相對(duì)不可持續(xù);灌區(qū)整體由于縣域間作物貿(mào)易而產(chǎn)生了一定數(shù)量的水資源損失,其多年平均值為195.54萬(wàn)m3,水資源損失量占虛擬水流動(dòng)量的比例在一些年份接近40%,表明現(xiàn)有水資源區(qū)域內(nèi)部配置有待改善,水資源利用可持續(xù)性有待提高。本研究嘗試建立了灌區(qū)尺度虛擬水流動(dòng)計(jì)算方法,在此基礎(chǔ)之上,以河套灌區(qū)為研究區(qū)域,分析了長(zhǎng)時(shí)間序列虛擬水流動(dòng)演變過程及特征,采用定性與定量分析方法探究了虛擬水流動(dòng)的主要影響因素,建立了基于虛擬水理論的灌區(qū)可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo),評(píng)價(jià)了現(xiàn)有虛擬水流動(dòng)模式下,灌區(qū)水資源利用的可持續(xù)性。該研究可為改善灌區(qū)水資源管理,減緩區(qū)域水資源壓力提供支持,并為其他灌區(qū)水資源政策制定提供參考。
【關(guān)鍵詞】：虛擬水流動(dòng) 演變過程 影響因素 可持續(xù)性評(píng)價(jià) 河套灌區(qū)
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S274
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-15
• 第一章 緒論15-28
• 1.1 研究背景、目的和意義15-16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展16-27
• 1.2.1 水資源管理16-20
• 1.2.2 虛擬水的提出與發(fā)展20-24
• 1.2.3 虛擬水的應(yīng)用24-27
• 1.3 存在的問題與不足27-28
• 第二章 研究區(qū)概況與研究思路28-36
• 2.1 研究區(qū)概況28-33
• 2.1.1 自然地理概況28-30
• 2.1.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況30-31
• 2.1.3 水資源概況31-33
• 2.1.4 灌溉排水系統(tǒng)概況33
• 2.2 研究目標(biāo)33
• 2.3 研究?jī)?nèi)容33-34
• 2.4 研究方法34-35
• 2.5 研究技術(shù)路線35-36
• 第三章 虛擬水理論基礎(chǔ)與灌區(qū)尺度作物虛擬水流動(dòng)計(jì)算方法36-45
• 3.1 虛擬水理論基礎(chǔ)36-39
• 3.2 灌區(qū)尺度作物虛擬水流動(dòng)計(jì)算方法39-43
• 3.3 數(shù)據(jù)來(lái)源及使用模型43-44
• 3.4 小結(jié)44-45
• 第四章 河套灌區(qū)作物虛擬水流動(dòng)演變過程與特征分析45-79
• 4.1 灌區(qū)各作物虛擬水流動(dòng)演變過程45-54
• 4.1.1 各作物虛擬水流動(dòng)演變過程45-48
• 4.1.2 各作物虛擬藍(lán)水流動(dòng)演變過程48-51
• 4.1.3 各作物虛擬綠水流動(dòng)演變過程51-54
• 4.2 灌區(qū)糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物虛擬水流動(dòng)演變過程54-58
• 4.2.1 糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物虛擬水流動(dòng)演變過程54-55
• 4.2.2 糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物虛擬藍(lán)水流動(dòng)演變過程55-57
• 4.2.3 糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物虛擬綠水流動(dòng)演變過程57-58
• 4.3 灌區(qū)作物總體虛擬水流動(dòng)演變過程58-61
• 4.3.1 作物總體虛擬水流動(dòng)演變過程58-59
• 4.3.2 作物總體虛擬藍(lán)水流動(dòng)演變過程59-60
• 4.3.3 作物總體虛擬綠水流動(dòng)演變過程60-61
• 4.4 灌區(qū)內(nèi)部虛擬水流動(dòng)61-73
• 4.4.1 各作物虛擬水流動(dòng)61-67
• 4.4.2 糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物虛擬水流動(dòng)67-71
• 4.4.3 作物總體虛擬水流動(dòng)71-73
• 4.5 灌區(qū)虛擬水流動(dòng)演變特征73-77
• 4.6 小結(jié)77-79
• 第五章 河套灌區(qū)作物虛擬水流動(dòng)影響因素分析79-87
• 5.1 虛擬水流動(dòng)影響因素定性分析79-83
• 5.2 虛擬水流動(dòng)影響因素定量分析83-85
• 5.2.1 分析方法83
• 5.2.2 分析結(jié)果83-85
• 5.3 虛擬水流動(dòng)的主要調(diào)控措施探討85-86
• 5.4 小結(jié)86-87
• 第六章 灌區(qū)水資源利用可持續(xù)性評(píng)價(jià)87-117
• 6.1 分析方法87-88
• 6.2 虛擬水流動(dòng)對(duì)區(qū)域水資源壓力貢獻(xiàn)率88-95
• 6.2.1 各作物虛擬水流動(dòng)對(duì)區(qū)域水資源壓力貢獻(xiàn)率88-92
• 6.2.2 糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物虛擬水流動(dòng)對(duì)區(qū)域水資源壓力貢獻(xiàn)率92-94
• 6.2.3 作物虛擬水流動(dòng)對(duì)區(qū)域水資源壓力貢獻(xiàn)率94-95
• 6.3 凈虛擬藍(lán)水流出占黃河引水量的比例95-99
• 6.3.1 各作物凈虛擬藍(lán)水流出占黃河引水量的比例95-98
• 6.3.2 糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物凈虛擬藍(lán)水流出占黃河引水量的比例98
• 6.3.3 作物凈虛擬藍(lán)水流出占黃河引水量的比例98-99
• 6.4 水資源節(jié)約量99-107
• 6.4.1 各作物虛擬水流動(dòng)產(chǎn)生的水資源節(jié)約量99-103
• 6.4.2 糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物虛擬水流動(dòng)產(chǎn)生的水資源節(jié)約量103-105
• 6.4.3 作物總體虛擬水流動(dòng)產(chǎn)生的水資源節(jié)約量105-107
• 6.5 虛擬水流動(dòng)節(jié)水效率107-114
• 6.5.1 各作物虛擬水流動(dòng)節(jié)水效率107-110
• 6.5.2 糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物虛擬水流動(dòng)節(jié)水效率110-112
• 6.5.3 作物虛擬水流動(dòng)節(jié)水效率112-114
• 6.6 河套灌區(qū)水資源利用可持續(xù)性分析114-115
• 6.7 小結(jié)115-117
• 第七章 結(jié)論與展望117-121
• 7.1 主要結(jié)論117-119
• 7.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)119
• 7.3 討論與展望119-121
• 參考文獻(xiàn)121-130
• 致謝130-132
• 作者簡(jiǎn)介132-133

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