基于农业可持续发展的锦西灌区灌溉水资源配置研究
发布时间：2021-04-16 19:59
为探索不确定环境下通过灌溉水资源优化配置方法促进灌区农业的可持续发展,选取黑龙江省锦西灌区为研究区域,以随机规划、多目标规划等方法为基础展开研究。结果表明:优化后不同供水情景下,灌区灌溉总耗水量节约1.3～3.9亿m3,灌溉水资源生产力提高0.85～1.01 kg/m3,可促进农业经济效益增长0.18～6.90亿元,且优化后各配水方案中生态配水量控制在0.4亿m3以上,降低农业污染物排放量1.28～3.13万t,灌区农业生产环境显著改善。优化后,不同情景、不同模糊隶属度函数所对应的各灌溉水资源配置方案的经济效益、生态效益、社会效益均存在明显差异,不确定性要素对灌区农业可持续发展影响显著。以农业经济效益、水资源利用均衡性指数、农业水分生产力、农业污染物排放强度、GWP排放量以及农业水资源利用比率为主要指标,对优化后各配水方案的综合可持续性进行分析,确定各供水情景下的最优配水方案,最优方案的可持续性指数均高于0.4。最优配水方案可在稳定灌区粮食产量的基础上,有效提高水资源利用效率,改善灌区生态环境,保障灌区农业的可持续发展。
【文章来源】：农业机械学报. 2020,51(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
水资源配置经济效益Fig．2Economicbenefitsofwaterallocation
优化获得的不同情景下的锦西灌区水资源优化配置方案的均衡性指数如图4所示，整体而言，不同情景下的锦西灌区水资源优化配置方案的均衡性指数的最终结果整体位于0.2～0.4之间，说明灌区水资源优化配置的均衡性良好，这将成为灌区可持续发展的重要保障。图4Gini系数及农业水资源利用比率Fig．4ValuesofGiniandAWUＲ3.2.3生态环境效益分析灌区的生态环境效益主要从区域农业水资源利用比率、农业排水中污染物排放强度以及农业生产过程温室气体排放量3方面进行综合分析。(1)区域农业水资源利用比率区域农业水资源利用比率(Agriculturalwaterutilizationratio，AWUＲ)是指区域农业水资源使用量和可利用量之比，可以反映区域农业水资源综合使用状况、开发程度和可持续程度，其计算公式为f4=∑4i=1∑3j=1Qsurij+∑4i=1∑3j=1Qgroij+∑4i=1∑2k=1QEWikQsurT+QgroT(12)优化前后，各方案所对应的区域农业水资源利用比率如图4所示，现状期比率为0.75，优化后，区域农业水资源利用比率为0.56～0.69，且随供水水平的增加而下降，表明水资源可持续利用程度显著提升。由图4可知，在低、中流量水平时，基于曲线隶属度函数的水资源配置方案更优，而在高流量水平时，基于非线性隶属度函数的优化方案更优。(2)农业排水中污染物排放强度农业排水中污染物排放强度(f5)是衡量生态灌区健康程度的重要衡量指标，可通过式(3)计算(f5=fp)，其结果如图5所示。对灌区农业排水中的主要污染物氮、磷、氨氮和CODcr的排放强度进行统计。由图可知，?
图5污染物及GWP排放量Fig．5PollutantsandGWP灌溉方案较优，但在中流量、高流量水平下，基于曲线隶属度函数对应的灌溉方案温室气体排放量控制较好。3.2.4灌区水资源配置方案可持续性分析灌区水资源配置方案的可持续性是一个耦合经济、社会、环境等要素的综合性指标［23－24］。采用可图6可持续性指数变化曲线Fig．6Changingcurveofsustainabilityindexes持续指数法，从经济、社会、环境3方面对各配水方案所对应的灌区农业可持续发展程度进行综合性分析，并选取不同流量情景下的最优方案。灌区综合可持续性指数fS计算式为fS=6∏6m=1f"槡m(14)其中f"m=fm－fminmfmaxm－fminm(极大最优指标)1－fm－fminmfmaxm－fminm(极小最优指标)(15)式中f"m———fm的无量纲值fmaxm———指标上限值fminm———指标下限值fS＞0.6表示灌区综合可持续性良好;0.4＜fS≤0.6表示灌区综合可持续性较好;0.3＜fS≤0.4表示灌区综合可持续性中等;0.1＜fS≤0.3表示灌区综合可持续性较低;fS≤0.1表示灌区综合可持续性较差［25］。计算可得不同流量情景下各个配水方案所对应的锦西灌区农业可持续性指数，如图6所示。由图可知，同一流量情景下基于不同隶属度关系的灌区水资源优化配置方案的综合可持续性存在显著差异，图中绿色标记点表示某一具体流量情景下灌区水资源优化配置方案综合可持续性指数的最优值，即为该情景下的灌区水资源优化配置最优方案。由此，可得不同供水情景下，锦西灌区农业水?
【参考文献】：
期刊论文
[1]加快推进灌区现代化改造 补齐国家粮食安全短板[J]. 康绍忠. 中国水利. 2020(09)
[2]基于多目标规划模型的黑河中游绿洲用水结构优化配置[J]. 王友芝,郭萍. 农业机械学报. 2020(02)
[3]贯彻落实国家节水行动方案 推动农业适水发展与绿色高效节水[J]. 康绍忠. 中国水利. 2019(13)
[4]考虑生态的灌区水资源区间两阶段随机规划模型建立与应用[J]. 李晨洋,于伟铭,陈正锐,曹梦珂,郭婷婷. 农业工程学报. 2017(21)
[5]黑龙江省灌溉水利用效率影响因素分析[J]. 付强,刘巍,董淑华,刘东,李天霄. 应用基础与工程科学学报. 2017(02)
[6]黑龙江省灌溉水利用率分形特征与影响因素分析[J]. 付强,刘巍,刘东,李天霄,崔嵩. 农业机械学报. 2016(09)
[7]贵州省水资源-经济-生态环境-社会系统耦合协调演化特征研究[J]. 张凤太,苏维词. 灌溉排水学报. 2015(06)
[8]灌溉水利用效率的空间分布特征及等值线图研究[J]. 熊佳,崔远来,谢先红. 灌溉排水学报. 2008(06)
本文编号：3142076
【文章来源】：农业机械学报. 2020,51(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
水资源配置经济效益Fig．2Economicbenefitsofwaterallocation
优化获得的不同情景下的锦西灌区水资源优化配置方案的均衡性指数如图4所示，整体而言，不同情景下的锦西灌区水资源优化配置方案的均衡性指数的最终结果整体位于0.2～0.4之间，说明灌区水资源优化配置的均衡性良好，这将成为灌区可持续发展的重要保障。图4Gini系数及农业水资源利用比率Fig．4ValuesofGiniandAWUＲ3.2.3生态环境效益分析灌区的生态环境效益主要从区域农业水资源利用比率、农业排水中污染物排放强度以及农业生产过程温室气体排放量3方面进行综合分析。(1)区域农业水资源利用比率区域农业水资源利用比率(Agriculturalwaterutilizationratio，AWUＲ)是指区域农业水资源使用量和可利用量之比，可以反映区域农业水资源综合使用状况、开发程度和可持续程度，其计算公式为f4=∑4i=1∑3j=1Qsurij+∑4i=1∑3j=1Qgroij+∑4i=1∑2k=1QEWikQsurT+QgroT(12)优化前后，各方案所对应的区域农业水资源利用比率如图4所示，现状期比率为0.75，优化后，区域农业水资源利用比率为0.56～0.69，且随供水水平的增加而下降，表明水资源可持续利用程度显著提升。由图4可知，在低、中流量水平时，基于曲线隶属度函数的水资源配置方案更优，而在高流量水平时，基于非线性隶属度函数的优化方案更优。(2)农业排水中污染物排放强度农业排水中污染物排放强度(f5)是衡量生态灌区健康程度的重要衡量指标，可通过式(3)计算(f5=fp)，其结果如图5所示。对灌区农业排水中的主要污染物氮、磷、氨氮和CODcr的排放强度进行统计。由图可知，?
图5污染物及GWP排放量Fig．5PollutantsandGWP灌溉方案较优，但在中流量、高流量水平下，基于曲线隶属度函数对应的灌溉方案温室气体排放量控制较好。3.2.4灌区水资源配置方案可持续性分析灌区水资源配置方案的可持续性是一个耦合经济、社会、环境等要素的综合性指标［23－24］。采用可图6可持续性指数变化曲线Fig．6Changingcurveofsustainabilityindexes持续指数法，从经济、社会、环境3方面对各配水方案所对应的灌区农业可持续发展程度进行综合性分析，并选取不同流量情景下的最优方案。灌区综合可持续性指数fS计算式为fS=6∏6m=1f"槡m(14)其中f"m=fm－fminmfmaxm－fminm(极大最优指标)1－fm－fminmfmaxm－fminm(极小最优指标)(15)式中f"m———fm的无量纲值fmaxm———指标上限值fminm———指标下限值fS＞0.6表示灌区综合可持续性良好;0.4＜fS≤0.6表示灌区综合可持续性较好;0.3＜fS≤0.4表示灌区综合可持续性中等;0.1＜fS≤0.3表示灌区综合可持续性较低;fS≤0.1表示灌区综合可持续性较差［25］。计算可得不同流量情景下各个配水方案所对应的锦西灌区农业可持续性指数，如图6所示。由图可知，同一流量情景下基于不同隶属度关系的灌区水资源优化配置方案的综合可持续性存在显著差异，图中绿色标记点表示某一具体流量情景下灌区水资源优化配置方案综合可持续性指数的最优值，即为该情景下的灌区水资源优化配置最优方案。由此，可得不同供水情景下，锦西灌区农业水?
【参考文献】：
期刊论文
[1]加快推进灌区现代化改造 补齐国家粮食安全短板[J]. 康绍忠. 中国水利. 2020(09)
[2]基于多目标规划模型的黑河中游绿洲用水结构优化配置[J]. 王友芝,郭萍. 农业机械学报. 2020(02)
[3]贯彻落实国家节水行动方案 推动农业适水发展与绿色高效节水[J]. 康绍忠. 中国水利. 2019(13)
[4]考虑生态的灌区水资源区间两阶段随机规划模型建立与应用[J]. 李晨洋,于伟铭,陈正锐,曹梦珂,郭婷婷. 农业工程学报. 2017(21)
[5]黑龙江省灌溉水利用效率影响因素分析[J]. 付强,刘巍,董淑华,刘东,李天霄. 应用基础与工程科学学报. 2017(02)
[6]黑龙江省灌溉水利用率分形特征与影响因素分析[J]. 付强,刘巍,刘东,李天霄,崔嵩. 农业机械学报. 2016(09)
[7]贵州省水资源-经济-生态环境-社会系统耦合协调演化特征研究[J]. 张凤太,苏维词. 灌溉排水学报. 2015(06)
[8]灌溉水利用效率的空间分布特征及等值线图研究[J]. 熊佳,崔远来,谢先红. 灌溉排水学报. 2008(06)
本文编号：3142076
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