基于水资源高效利用的塔里木河流域农业种植结构优化研究

论文摘要

塔里木河流域地处我国西北内陆干旱地区,当前日趋紧张的水资源与持续恶化的生态环境已经成为制约流域社会经济可持续发展的瓶颈。流域农业用水比重约占总用水量的95%,严重挤占生态用水,且农业用水效率较低。因此,在保证流域粮食安全、生态安全和战略水安全的前提下,提高农业用水效率,减少农业用水量,成为解决流域农业用水与生态环境用水矛盾,缓解流域水资源紧缺与生态环境恶化局面的关键所在。本研究针对该流域农业用水效率偏低,种植结构不尽合理,耗用水量过大等问题,在对流域水资源、农业用水和种植业结构分析的基础上,建立基于水资源高效利用的农业种植结构多目标优化模型及其优化评价指标体系,并探讨流域农业种植结构优化宏观调控机制,以期为今后流域乃至干旱荒漠绿洲区农业种植结构规划和政策分析提供理论依据。1、通过对塔里木河流域相关水行政管理部门、基层技术人员及农户半结构访谈、问卷调查和现场勘察等方式,获得了流域种植结构、农业用水及生态环境等方面的基础数据、流域发展规划及其统计资料。调查结果表明:塔里木河流域粮、经、饲种植面积比例不够协调,饲料作物种植面积过小;高耗水作物种植面积偏大,水分生产效益较低;以往种植结构调整时对种植业的社会效益及其生态效益考虑不够,更未针对流域极度干旱的气候特点,从提高水分生产效益出发,建立基于水资源高效利用的农业种植结构。2、借鉴可持续发展理论、系统工程理论等种植业结构优化理论,以水资源高效利用为核心,以总净产值最大、粮食产量最大、生态效益最大及水分生产效益最大为目标,以耕地面积、可利用农业水资源量、社会需求、种植业净产值等5个方面的8个条件为约束,建立了基于水资源高效利用的塔里木河流域种植结构多目标优化模型。并选取流域重要的农牧业县—温宿县为例,采用能快速、直接求得全局非劣解集的粒子群算法对模型进行了求解。结果表明:通过作物种植结构的合理优化,在保证种植业总净产值、粮食总产量、生态效益及水分生产效益均得到一定程度提高的情况下,仍能获得比较显著的节水效益;2005年流域种植业灌溉用水总量为245.43亿m3,利用温宿县的优化计算成果,若不进行种植结构优化,预计流域2010年和2015年种植业灌溉水量分别需要241.25亿m3和225.49亿m3,而通过种植结构优化,种植业灌溉用水量可大幅消减,2005年实际只需要208.29亿m3,而2010年和2015年分别下降为192.60亿m3和181.29亿m3。节约的水资源量在满足快速增长的工业用水和生活用水需求的同时,也可为持续恶化的流域生态环境提供一定的生态环境用水量。3、作物种植结构优化调整的后效性评价是种植结构优化调整的重要组成部分,论文建立了由目标层、准则层、指标层3个层次所组成的评价指标体系。评价指标体系以流域种植结构优化合理度为目标层,设置了水资源利用高效性、社会公平性、经济合理性及生态安全性4个准则层,共计24项基础性指标。利用改进的层次分析法,采用MATLAB编程对建立的评价模型进行了求解。评价结果表明,通过作物种植结构优化,2005年、2010年和2015年优化后的种植结构合理程度分别较优化前提高了24.8%、23.2%和26.3%。因此,所采用的种植结构优化方案使种植业获得了一定的经济、社会和生态环境效益,并大大提高了水资源利用率和利用效率,证明种植结构优化结果是合理的、可行的。4、在分析塔里木河流域种植结构优化调整的阻碍因素,如农村土地生产经营分散、流域各行政区域存在用水利益冲突、农业用水水价低与用水户科技文化水平低下等基础上,提出只有探索并逐步建立健全市场与计划相结合机制、农业有机补偿与激励机制、农业科技投入机制、社会参与机制、土地流转机制以及以销定产等优化机制,才能保证农业种植结构优化调整方案的有效实施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状及发展动态分析
• 1.2.1 国内外研究现状及发展动态
• 1.2.2 国内外研究现状及发展动态分析
• 1.3 研究目标及研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 研究方案及技术路线
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 研究方案
• 1.4.3 技术路线
• 第二章 塔里木河流域农业水资源及种植结构现状评估
• 2.1 塔里木河流域自然条件
• 2.1.1 地貌特征
• 2.1.2 气候特征
• 2.1.3 河流水系
• 2.2 流域社会经济状况
• 2.3 流域水资源状况
• 2.3.1 水资源量及其特征
• 2.3.2 水质及其特征
• 2.4 流域水资源开发利用状况
• 2.5 流域生态环境状况
• 2.6 基于参与式方法的塔里木河流域种植结构及农业用水现状调查与分析
• 2.6.1 参与式方法
• 2.6.2 参与式调查结果与问题分析
• 2.6.3 流域农业用水发展对策
• 2.7 小结
• 第三章 基于水资源高效利用的流域农业种植结构优化原理
• 3.1 基于水资源高效利用的流域农业种植结构特征
• 3.1.1 系统特征
• 3.1.2 效益特征
• 3.1.3 技术综合特征
• 3.1.4 全属性特征
• 3.2 种植结构优化理论
• 3.2.1 可持续发展理论（Sustainable Development Theory）
• 3.2.2 系统工程理论（System Engineering Theory）
• 3.2.3 区位理论（Location Theory）
• 3.2.4 比较优势理论（Comparative Advantage Theory）
• 3.2.5 生态适应性理论（Ecological Adaptation Theory）
• 3.2.6 市场机制理论（Market Mechanism Theory）
• 3.2.7 耕作制度理论（Farming System Theory）
• 3.3 种植结构优化理论协同作用体系
• 3.4 小结
• 第四章 基于水资源高效利用的流域农业种植结构多目标优化模型
• 4.1 多目标优化概述
• 4.1.1 多目标优化传统方法
• 4.1.2 多目标进化算法
• 4.1.3 多目标群智能优化方法
• 4.2 多目标种植结构优化模型
• 4.2.1 优化调整基本原则
• 4.2.2 决策变量
• 4.2.3 目标函数
• 4.2.4 约束条件
• 4.3 小结
• 第五章 塔里木河流域农业种植结构优化模型应用——以温宿县为例
• 5.1 自然地理概况
• 5.1.1 地理位置
• 5.1.2 地形地貌
• 5.1.3 气候特征
• 5.1.4 土地与土壤
• 5.1.5 草场与林地
• 5.2 水资源概况
• 5.2.1 地表水
• 5.2.2 地下水
• 5.2.3 水资源可利用量
• 5.3 国民经济发展现状及指标预测
• 5.3.1 人口发展指标
• 5.3.2 国民经济发展指标
• 5.3.3 农业发展指标
• 5.4 需水预测
• 5.4.1 各业需水定额预测
• 5.4.2 国民经济各业需水量预测
• 5.4.3 生态环境需水量预测
• 5.5 模型主要参数取值
• 5.5.1 耕地资源参数取值
• 5.5.2 种植业可利用水资源参数取值
• 5.5.3 灌溉定额参数取值
• 5.5.4 粮食与蔬菜需求参数取值
• 5.5.5 粮食与蔬菜单产参数取值
• 5.5.6 各作物单位面积净产值参数取值
• 5.5.7 各作物单位面积生态效益参数取值
• 5.5.8 种植业总净产值参数取值
• 5.5.9 单位面积单位耗水量的净收益参数取值
• 5.6 基于粒子群算法的多目标应用模型求解
• 5.6.1 目标函数
• 5.6.2 算法步骤
• 5.6.3 优化结果与分析
• 5.7 小结
• 第六章 塔里木河流域种植结构优化效果评价体系
• 6.1 评价原则
• 6.1.1 经济合理性准则
• 6.1.2 社会公平性准则
• 6.1.3 生态安全性准则
• 6.1.4 水资源高效利用准则
• 6.2 种植结构优化评价指标体系
• 6.2.1 指标体系构建原则
• 6.2.2 指标体系
• 6.3 种植结构优化评价方法
• 6.3.1 层次分析法的研究进展
• 6.3.2 层次分析法的基本原理
• 6.3.3 层次分析法的步骤
• 6.3.4 层次分析法的改进
• 6.4 种植结构优化效果评价模型
• 6.4.1 评价数学模型
• 6.4.2 评价指标体系的量纲一处理
• 6.4.3 判断矩阵构造
• 6.4.4 指标权重的确定及修正
• 6.4.5 一致性检验
• 6.4.6 种植结构优化效果评价
• 6.5 小结
• 第七章 基于水资源高效利用的塔里木河流域农业种植结构优化宏观调控机制
• 7.1 阻碍塔里木河流域种植结构优化调整的原因分析
• 7.2 基于水资源高效利用的塔里木河流域种植结构优化调整宏观调控机制
• 7.2.1 市场机制与计划机制相结合
• 7.2.2 农业有机补偿与激励机制
• 7.2.3 农业科技投入机制
• 7.2.4 社会参与机制
• 7.2.5 土地流转机制
• 7.2.6 以销定产机制
• 7.3 小结
• 第八章 结论与讨论
• 8.1 结论
• 8.2 讨论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历