经济的发展和社会的进步离不开水资源。在气候变化和人类活动的双重影响下,我国水资源问题日益突出,农业是受气候变化直接影响的部门,一方面非农业用水部门对农业水资源的挤占和农业用水浪费严重;另一方面气候变化的影响进一步加剧了农业需水的不确定性,农业水资源供需平衡发生变化,农业健康可持续发展受到严重威胁。石羊河流域是西北内陆河流域灌溉农业发展最早,水资源对经济社会发展制约性最强的地区。研究农业需水的影响因子和农业水资源供需平衡对变化环境的响应,为合理调控农业发展规模,促进区域协调发展,合理应对气候变化提供参考与决策依据。本文以石羊河流域为研究区,在对已有资料整理计算和趋势分析的基础上,采用Penman-Montieth公式结合单作物系数法计算了石羊河流域主要作物的净灌溉需水量;基于泰勒展开式推导了灌溉定额对各气象要素的全局敏感性公式,分析了该流域典型作物灌溉定额对6个关键气象要素的敏感性;选取种植规模、种植结构、灌溉水利用系数和气候变化为影响灌溉需水的因素,基于扩展的Kaya恒等式构建了灌溉需水量因素分解模型,利用对数平均迪氏指数分解法(logarithmic mean divisia index,LMDI)对武威市1995—2012年及不同时段灌溉需水量的驱动因子进行因素分解,计算了灌溉需水量影响因素的效应值;根据水资源系统内部之间的关系,综合考虑经济社会发展、人口增长、气候变化等因素,建立了农业水资源供需平衡系统动力学(SD)模型,预测了石羊河流域各行政区变化环境下的农业缺水量,获得的主要结论如下:(1)灌溉定额的全局敏感性分析结果表明,小麦、玉米灌溉定额对有效降雨量最敏感,其次为水汽压、太阳辐射、风速,对最高气温、最低气温敏感性最小;受作物生育期和气候、地形条件的影响,小麦、玉米灌溉定额对有效降雨和潜在蒸散发的敏感度在空间分布上呈现不同规律,从上游到下游,小麦生育期有效降水逐渐减小,对有效降雨的敏感度逐渐减弱,直到下游对潜在蒸散发的敏感度大于有效降雨,而玉米灌溉定额对有效降雨的敏感度和潜在蒸散发的敏感度逐渐递减,且对有效降雨的敏感度总是大于潜在蒸散发敏感度。(2)灌溉需水量因素分解结果表明,LMDI两种分解模式下对灌溉需水量因素分解的结果一致,在1995—2012年,武威市以节水高效为目的对种植结构大幅调整,减少了高耗水作物小麦的种植面积,增加了耐旱的玉米、棉花等作物的种植面积,武威市灌溉需水量减少了5.023×108m3,种植规模效应、种植结构效应、气候变化效应、节水工程效应分别为2.435×108m3、-3.994×108m3、-1.286×108m3、-2.178×108m3;不同作物对灌溉需水量增长的效应不同,其中小麦抑制灌溉需水量增长,是灌溉需水量减少的最主要因素;4个分解效应在不同时段对武威市各区县灌溉需水量作用不同,但除在2000—2005年对凉州区灌溉需水量增加有微弱的促进作用外,种植结构效应均表现为抑制灌溉需水量增长的作用。(3)不同社会经济发展模式下农业水资源供需平衡的SD模型模拟预测结果表明,相同气候情景不同社会经济发展模式下,农业水资源的变化趋势不同,但农业需水量和农业供水量均呈不显著下降趋势。金昌市经济社会发展较快,非农业部门用水对该市农业用水的影响较大;武威市以农业发展为主,非农产业需水不断增加,但对农业供水量的影响相对金昌较小,同一气候情境下,社会经济低速发展模式下缺水率最大,其次为中速发展,高速发展缺水率最小。(4)不同气候情境下农业水资源供需平衡的SD模型模拟预测结果表明,石羊河流域各行政区农业水资源系统对气候变化A2、B2情景的响应不同。金昌市在A2气候情境下整体缺水率大于B2情景,两种气候情境下均出现了短暂的连续缺水年;武威市A2气候情境下整体缺水率小于B2情景,A2气候情景下仅有2038年为中度缺水年,缺水率为24.9%,B2情境下,中度缺水年份多,在2023年达到33.2%。
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