基于数据包络分析的河套灌区农业生产效率评价

为了科学评判农业生产水平,实现资源优化配置,该文运用数据包络分析(data envelopment analysis,DEA),同时考虑蓝水、绿水等多种要素,分析了河套灌区5个区域2000-2008年的农业生产相对效率,并对非DEA有效决策单元(decision making unit,DMU)提出建议。结果表明:各区域农业生产综合效率差异不显著。杭后和五原效率的提高主要取决于能否有效利用生产技术,而生产规模是影响前旗效率的主要因素。为实现DEA有效,21个非DEA有效DMU的各投入平均调整幅度分别为16.66%(蓝水),22.23%(绿水),19.46%(盐渍化灌溉面积),20.66%(非盐渍化灌溉面积)和23.82%(农业人口)。灌区应该调整产业结构,改善灌溉设施,加强土地管理,同时在现有绿水资源利用情况下,建立节水高效型种植结构。该研究为探寻河套灌区农业高效生产模式,指导其他灌区农业系统改善提供参考。     

灌区分布式多水源时空优化配置

为充分考虑灌区多水源供需水时空分布不均问题,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为例,通过遥感技术反演土壤含水率并计算不同生育期的土壤水分修正系数,进而计算各子单元的作物需水量;分别以水库配水缺水量最小、灌区效益最大作为配置目标建立灌区分布式多水源优化配置模型,计算并分析9种水文情景下（蓄水高值-降水丰值、蓄水高值-降水平值、蓄水高值-降水枯值、蓄水中值-降水丰值、蓄水中值-降水平值、蓄水中值-降水枯值、蓄水低值-降水丰值、蓄水低值-降水平值、蓄水低值-降水枯值）配水量的时空分布规律。结果表明：通过遥感反演并模拟得出的灌区土壤含水率空间分布符合灌区实际土壤情况;漳滏河灌区4～8月的累计需水量最大,占全年总需水量的76.8%;不同情景下,民有分区的配水量均高于滏阳河分区,且空间分布变化规律明显;为保证灌区的经济效益,应优先选择水价较低、单位面积配水量较高的引黄水作为主要外调水源。研究结果可为灌区水资源时空配置及水资源高效管理提供新思路。     

基于复杂种植结构多情景分析的灌区多目标多水源优化配置

为改善多水源灌区农业用水供需矛盾,通过合理调整种植结构,优化灌区水资源配置,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为研究对象,将农业灌溉缺水量最小和农作物经济效益最大作为目标函数,兼顾灌区生态安全约束,构建了基于种植结构优化的多目标多水源优化配置模型,针对作物熟制、作物种类、种植制度以及灌溉方式设置了8种不同的种植结构优化情景,通过自主改进的基于精英策略并协遗传算法（NSGAⅡ-S）对模型求解,获得不同情景下的水资源优化配置方案。结果表明：应用模型进行水资源配置后,各情景配水总量均有所减少,其中水库配水量高于其他水源的配水量,水库水、引黄水和引江水均达到用水总量控制目标,民有分区的各计算单元间的配水量变化明显,总配水量高于滏阳河分区;适当压减主要依靠抽取地下水灌溉的冬小麦的播种面积,变灌溉农业为旱作雨养农业,可以极大地减少地下水用量,增加灌区经济效益;最佳的种植结构优化方案为CS₄（削减冬小麦的种植面积,种植苜蓿,灌溉方式采取管灌或喷灌）,该方案冬小麦播种面积压减17.10%,地下水开采量减少了16.42%,灌区的经济效益增加了26.41%,在保证配水总量最小的同时,具有更高的经济效益。该研究所构建的多目标多水源优化配置模型和作物配水结果可为类似地区的水资源配置提供参考。     

我国粮食主产区农业水资源利用效率评价

[目的]研究我国粮食主产区13个省份2001—2011年农业水资源利用效率,旨在明确各省份农业水资源利用效率提升的潜力。[方法]采用DEA(数据包络分析)交叉评价模型。[结果](1)2001—2011年我国粮食主产区农业水资源利用效率普遍偏低,且各省份之间的差异较为显著;(2)吉林、内蒙古、湖北、湖南、山东、辽宁和黑龙江省(区)属于"低投入低产出"类型,四川、河南、安徽、江西、河北和江苏省属于"高投入高产出"类型;(3)我国粮食主产区农业水资源利用效率整体处于"低投入低产出"阶段,农业水资源利用效率具有很大的提升空间。[结论]DEA交叉效率评价模型实现了对所有决策单元效率的完全排序和效率评价;虚拟决策单元的引入明确了研究区域内各单元农业水资源利用的提升潜力和改进方向。     

河套灌区农业水土资源时空匹配格局研究

为了客观地评价内蒙古河套灌区农业水土资源时空匹配情况,在分析灌区水土资源利用现状和空间分布格局的基础上,以灌溉用水量作为水资源量的表征参数,构建了农业水土资源匹配测算模型,评价了河套灌区及5个县域的农业水土资源匹配程度,并对其匹配程度进行了划分。结果表明:河套灌区农业水土资源匹配一般,耕地资源优势明显,水资源问题突出;10a来农业水土资源匹配程度逐渐降低,匹配程度空间差异性较为显著,总体呈现出"自西向东依次变差"的特点。针对河套灌区农业水土资源匹配程度差、区域差异明显的情况,应加强该区水利工程建设和加快水务管理体制改革,同时兼顾农业水土资源优化配置,提高河套灌区农业水土资源匹配程度。     

新疆塔西河灌区水资源利用存在的问题及优化配置技术

为最大限度的利用水资源,使其效率最优化,以塔西河灌区现代化改造项目为例,根据灌区水资源分配特性,在梳理灌区水资源系统中存在问题及采取的措施基础上,综合考虑灌区农业、工业、生活、生态用水户之间用水权益,确定了灌区水资源配置优化方案。     

石河子绿洲农业生态系统演替规律初探

研究分析玛纳斯河流域石河子绿洲农业生态系统演替规律结果表明,随着技术投入和市场的开放,绿洲农业生产力呈正向演替,而与之相应的生态环境部分呈逆向演替。人类活动是绿洲演替(正向或逆向)的根本动因,而绿洲所处的环境条件是加速其演替进程的关键,其中水资源时空分布及利用格局是主导因素。玛纳斯河流域农业生态系统良性演替需建立在绿洲资源要素时空优化配置及其协调开发利用上。     

不同水文频率下关中灌区农业节水潜力研究

农业节水潜力研究对节水农业发展具有重要影响。本文将农业节水潜力分为资源型和效率型两类,分别代表了田间或灌区尺度和流域大尺度的节水潜力。以渭河流域关中段九大灌区为例,进行了灌区农业节水潜力分析;并针对典型灌区主要作物的不同节水方案,分析计算了在不同水文频率年下的农业节水潜力。结果表明:在25%、50%、75%和90%水文频率下,渭河流域关中段九大灌区年农业节水潜力分别达3 069万m3、11 167万m3、11 750万m3和12 521万m3,其中效率型节水潜力所占比例较大,除25%频率下仅有42%外,其他频率下均超过50%。最后,基于现状节水技术水平,根据九大灌区的种植结构特点,提出了提高农业节水潜力的措施和建议。该研究结果可为发展关中地区各灌区农业节水技术和提高水资源利用效率提供参考。     

基于DEA和Malmquist指数的汉江干流水资源利用效率变动研究

水资源利用效率的提升对于缓解水资源供需矛盾具有极为重要的意义。选取汉江干流10个地市,运用数据包络法(DEA)计算了2008—2015年水资源利用效率,并利用Malmquist全要素生产率指数模型分析了水资源绿色效率全要素生产率和分解指数的动态变化。结果表明：汉江干流不同地市的水资源利用效率具有较大的时空分异特征,中下游地市的水资源经济效率普遍高于中上游地市;水资源绿色效率较高的城市经济发展较为缓慢且集中分布在下游地区。2008—2015年水资源经济效率逐渐下降,而水资源绿色效率先增加后减小;除武汉市和安康市的全要素生产率一直保持积极有利发展趋势外,其他城市的全要素生产率主要受技术约束和规模效应的影响而未能达到期望值。研究成果可为水资源优化配置提供参考。     

天山北坡经济带主要城市用水效率的时空差异

[目的]分析天山北坡经济带主要城市用水效率对于促进水生态文明城市建设,推动天山北坡经济带发展。[方法]基于2004—2015年天山北坡经济带7个主要城市面板数据,利用超效率DEA模型和Malmquist指数研究各城市用水效率及其时空差异。[结果](1)2004—2015年,天山北坡经济带7个主要城市的水资源利用效率总体呈波动上升趋势,且2004—2008年期间的用水效率低于2009—2015年;空间上,乌鲁木齐市、克拉玛依市、石河子市、昌吉市和阜康市水资源利用效率高于乌苏市和奎屯市;(2)2004—2015年天山北坡经济带7个主要城市水资源全要素生产力指数呈"W"型波动,增长不稳定;技术变化(techch)是制约天山北坡经济带7个主要城市水资源利用效率提升的主要因素;(3)SAR模型表明用水效率具有空间依赖性;在时空尺度上,在0.05显著水平下,总用水量、生活用水、人口和生态用水与用水效率显著相关,但城市间距离、工业用水和农业用水与用水效率的相关性不显著。[结论]政府应大力改进生产技术,普及节水工艺;优化产业结构,平衡各城市间的水资源投入比例,提高技术进步贡献率,是提高天山北坡经济带主要城市水资源利用效率的途径。     

石羊河流域绿洲农业发展对地表水与地下水转化关系的影响

基于绿洲农业发展对水资源的依赖性，分析了天然河道渠网化、灌溉面积扩大、渠道引水量增加、渠系高标准衬砌及地下水大量开采对流域平原区地表水与地下水转化关系的影响。结果表明：绿洲农业对水资源的开发利用，在造就了高效和集约化绿洲农业生态系统的同时，也使地表水与地下水之间的转化条件、转化数量及水体质量发生了明显变化，其负面效应已引发了严重的生态环境问题，并直接威胁着绿洲的稳定和发展。     

灌区干支渠渗漏估算方法及其在水资源优化配置中的应用

为解决大尺度农业水资源规划中遇到的渠道渗漏估算精度低且估算方法不符合渠道渗漏机理问题,该研究在对前人的研究成果与渠道渗漏关键要素进行分析基础上提出了渠道渗漏估算方法.根据提出的渠道渗漏估算方法,渠道渗漏系数通常是随渠道引水量变化的单调函数,传统方法中使用固定的渠系渗漏系数方法在渠道引水量变化时会对渠道渗漏量有一定程度的...     

基于随机森林的黑河中游地下水埋深变化及成因

研究黑河中游地下水埋深变化规律及其成因,可为该流域地下水合理开发利用提供参考。根据黑河中游33个观测井1985—2010年的地下水埋深资料,利用地统计学方法分析了地下水埋深变化规律;采用随机森林法研究了埋深变化的成因。结果表明:黑河中游地下水埋深自南向北减少;甘州区和临泽县的地下水埋深变化趋势分别在2001年和2004年前呈增大趋势,之后又逐年减小,高台县北部地区埋深呈持续减小趋势,而东部地区呈增大趋势;地统计学分析表明地下水埋深具有中等的空间相关性,且空间各向异性有增强的趋势;影响黑河中游地下水埋深变化的主要因素是渠系水利用系数、地下水开采量、地表水引用量及蒸发能力。     

基于水盐平衡的绿洲灌区次生盐碱化防治研究

土壤次生盐碱化是威胁新疆绿洲灌区持续发展的关键因子。以位于塔里木河流域的渭干河灌区为例,在简要分析灌区水盐运移的控制因素基础上,以水盐均衡原理为指导,深入剖析了灌区-田块-作物根系3个尺度的土地盐分均衡特点及其相互关系,重点估算了淋洗需水量,简要讨论了次生盐碱化的驱动因子,最后从政策、技术与经济方面给出了控制次生盐碱化的对策。     

人民胜利渠灌区净灌溉需水量时空变异及影响因子分析

为了揭示人民胜利渠灌区农业净灌溉需水量的变化规律,明确作物种植面积、降水以及潜在蒸散量对农业净灌溉需水量的影响程度,利用面向对象的变化检测方法提取人民胜利渠灌区作物种植面积信息,基于土壤水分动态随机模型构建农业净灌溉需水量计算模型,并对主要环境因素进行敏感性分析。结果表明:2005-2015年人民胜利渠灌区农业净灌溉需水量介于5.76×10~8~6.97×10~8 m~3之间,呈波动变化,西南、东北地区农业净灌溉需水量较高;潜在蒸散量是该灌区净灌溉需水量变化的决定性因素,敏感性变化幅度为22.5%,降水参数影响其次,日降水频率贡献率更大,敏感性变化幅度为-16.4%,作物种植面积对其影响较小,敏感性变化幅度在5%以下。研究结果对人民胜利渠灌区农作物种植结构调整和农业用水量合理配置具有参考意义。     

甘肃河西走廊节水农业生态补偿机制探索

甘肃河西走廊荒漠与绿洲共存,水资源总量缺乏,低降水高蒸发,属典型的灌溉农业区和资源型缺水区域。由于水的供需矛盾突出,导致地下水位以0.57 m.a-1速率下降、防风固沙林衰败枯死、绿洲萎缩、沙尘暴增多。依据＂限用地下水、适用地表水、用足天上水＂、＂开源节流、严防蒸发、提高水效益＂的发展节水农业思路,采用＂工程节水、农艺...     

关键控制因子识别法筛查引黄济青干渠水质安全风险

[目的]了解引黄济青干渠水质安全风险,为干渠安全管理提供依据,保障青岛居民饮水安全。[方法]基于干渠沿线监测数据,识别出决定黄济青干渠水质的关键控制因子,并通过进一步的分析筛查风险因子,确定水质安全风险清单。[结果]干渠水质先好转后恶化,营养物质是影响干渠水质的主要指标,但南水北调水明显缓解了干渠的富营养化。宋庄分水闸至棘洪滩水库进水处之间的供水干渠存在较大的铁和磷污染源。[结论]关键控制因子识别法应用于长距离调水工程是可行的;干渠现有安全风险包括黄河水中氮磷营养物质及南水北调水中有机物和硫酸盐,以及干渠后半段铁、磷和有机物污染;潜在安全风险为南水北调水汇入量的变化或湿地系统失效可能造成富营养化和金属离子释出。     

新疆皮山县绿洲需水量变化与绿洲稳定性

[目的]探讨和评价新疆地区皮山县在水资源供需平衡状况和水资源约束条件下的绿洲稳定性,为该区域生态环境保护提供决策支持与科学依据。[方法]基于1998—2012年Landsat TM/ETM+遥感影像数据和基础地理数据,在RS技术的支持下对皮山县绿洲进行了土地利用信息提取,结合水文和气象数据(气温、降水数据)估算皮山县绿洲15a来的社会经济和自然生态系统综合需水量,并在此基础上进行分析。[结果]皮山县绿洲渠系利用系数低,耕地灌溉定额高,耕地耗水比例大,且社会经济耗水量不断增加。15a间皮山县绿洲需水量增加了2.73×108 m3,现状供给量存在很大的缺口。2010年缺水总量到达2.74×108m3,虽然2012年缺水有所缓解,但自然生态环境缺水量增加,占到水资源总缺水量的59.75%,供需表现出很大的不平衡性。[结论]从现有的绿洲面积看,水资源供给量存在较大的缺口,绿洲已处于极不稳定状态。     

绿洲灌区小麦水分生产率在不同尺度上的变化

水分生产率是衡量农业生产水平和农业用水科学性与合理性的综合指标。文章根据民乐县洪水河灌区1995-2006年的气象、灌溉用水量、灌溉面积、作物产量资料,从田间、斗渠、干渠、灌区4个不同尺度分析了小麦灌溉水分生产率年份间的变化情况。结果表明：不同尺度上平均灌溉水分生产率不同,田间尺度为1.414 kg/m3,斗渠尺度为1.013 kg/m3,干渠尺度为1.089 kg/m3,灌区尺度为0.894 kg/m3,并且不同尺度上的灌溉水分生产率在年份间的差异也比较大。2001年洪水河灌区实施了节水灌溉工程,不同尺度上的平均灌溉水分生产率在2001-2006年较1995-2000年有所提高,田间、斗渠、干渠、灌区分别提高了7.9%、19.4%、16.5%、7.4%,说明目前斗渠、干渠尺度上节水力度大,节水效益明显,而灌区尺度还有较大的节水潜力,应成为未来农业节水研究的重点。     

南疆丰收灌区水资源多目标优化配置方案优选

针对灌区水资源多目标优化配置模型求解算法的不确定性和最优方案选择问题,以新疆阿克苏地区阿瓦提县丰收灌区为研究对象,以灌区可持续发展为目标,建立基于优选算法的灌区水资源多目标优化配置及方案优选模型。对比改进的NSGA-II算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II,带精英策略的非支配排序遗传算法)、NSGA-III算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-III,基于参考点的非支配排序遗传算法)、MOEA/D算法(AMulti-Objective Evolutionary Algorithm based on Decomposition,基于分解的多目标进化算法),最终选取性能最好的CNSGA-III算法作为优化算法对水资源配置模型进行求解;建立水资源配置方案评价体系,利用熵权-TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution,优劣解距离法)综合评价模型对符合决策制定者期望的配置方案进行对比筛选,选出灌区水资源最佳配置方案。结果表明:优化后的方案相较于传统配置方案,在"三条红线"用水限额下,经济净效益增加1.0%,灌区总缺水量减少8.4%,碳吸收总量增加4.5%。建立的灌区水资源多目标优化配置及方案优选模型可为管理者制定灌区水资源配置方案提供参考,也可适用于其他干旱灌区,有一定的理论意义。