陕西省泾惠渠灌区发展中的生态环境问题分析及调控研究

摘要

农业一直是我国国民经济的命脉，农业的发展直接关系着社会的稳定与发展。近年来，受气候变化及人类活动的影响，我国农业资源短缺、开发过度、污染加重，农业的发展正面临着重要的挑战。灌区是农业生产活动最集中的地方，是一个集生产、生活、资源、环境、经济、社会、生态于一体的复合系统。本文以陕西省泾惠渠灌区为研究对象，捕捉灌区发展过程中出现的资源及生态环境问题，辩证分析灌区发展与灌区生态环境的相互影响及作用，以灌区的可持续发展为目标，对灌区存在的生态环境问题进行调控，为灌区资源的可持续利用、生态环境的可持续发展、经济社会的稳固发展提供支持。
　　论文主要的研究成果及结论如下：
　　（1）陕西省泾惠渠灌区经历了从萌芽、前身期-规划、初建期-兴建、配套期-改善、提高期-科学发展期的历程；灌区设施建设不断配套完善，农业种植普遍科技化，农业产值不断上升；然而，在此发展过程中，灌区的资源、生态环境问题频发，且愈演愈烈。如：水资源的不合理利用、土地及土壤资源的退化、农业面源污染的加重、以及生物多样性的改变等，这一系列生态环境问题主要受人类活动影响所致。
　　（2）利用趋势分析及小波分析方法对泾惠渠灌区水文要素的时空变化特征进行分析，发现降雨、径流及含沙量均呈下降趋势；均未发生明显的突变现象；周期变化特征基本相同，降雨、渠首来水量及含沙量均具有一个43a左右的主周期。随时间变化，泾惠渠灌区地下水埋深呈下降趋势，由1978年的3-11m普遍下降到2012年的10-20m左右，部分地区达到28m，鲁桥镇、西张、张卜等地区出现严重的地下水漏斗。
　　（3）建立了泾惠渠灌区“人类活动-资源-生态环境-社会经济”复合生态系统内要素间的作用及反馈关系，分析了生态环境的变化对灌区水土资源、产业发展、粮食安全及社会环境造成的影响。采用市场价值法计算灌区物质生产功能价值，采用替代法计算服务功能价值。结果表明：灌区物质生产功能价值不断上升，水分、气候调节功能价值，化净环境功能价值以及生物栖息地功能价值均明显下降。
　　（4）泾惠渠灌区农业种植结构总体演化趋势为：精神作物种植面积不断下降，适应泾惠渠灌区城镇化快速发展趋势及周边城镇需求的蔬菜、瓜果等经济作物种植面积快速扩张。导致泾惠渠灌区各农作物需水量及净灌溉需水量与种植面积呈相同的变化趋势，作物总需水量及净灌溉总需水量分别从1988年的7.13×108m3、3.17×108m3下降至2014年的4.95×108m3、2.48×108m3。同时，年内需水过程发生变化，以往4-5月，7-9月的需水高峰随时间呈减少趋势，6月份需水总量呈缓慢增加的趋势。
　　（5）通过多源信息融合计算泾惠渠灌区生态环境评价指标的可信度，明确了评价指标的优选顺序。构建了主题化评价模式，对水资源利用、土地资源利用、灌区污染及灌区干旱情况进行评价，发现泾惠渠灌区水资源开发利用情况随时间有变差的趋势，主要受地下水过度开采的影响；灌区土地资源利用情况有变差的趋势，主要受城镇化高速发展、农业种植面积减少的影响；灌区污染随时间逐渐严重，主要受农药、化肥等面源污染加剧的影响；干旱是泾惠渠灌区面临的最主要的自然灾害，90年代以来发生频率较高。
　　（6）对泾惠渠灌区地表与地下水供给失衡这一关键问题进行重点调控。建立了以生态、社会、经济效益最优为目标，种植面积为变量，水资源可利用量为约束的调控模型，利用优化、模拟、调度相结合的方法进行求解，得到了分别以生态效益及社会效益最优的两种调控方案。两种方案下的经济效益相差不大，对于地下水资源的保护及修复均能起到积极的作用。因此，将这两种方案之间的农业种植区间定义为合理的发展区间。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究进展及存在问题

1.3 研究内容及技术路线

2 泾惠渠灌区及其发展对生态环境的影响

2.1 灌区发展历程及生态环境特征

2.2 陕西省泾惠渠灌区基本概况

2.3 泾惠渠灌区发展对生态环境的影响

2.4 泾惠渠灌区可持续发展理论支持

2.5 本章小结

3 泾惠渠灌区发展中的水文生态要素时空变化

3.1 方法及材料

3.2 气温变化特征分析

3.3降雨时空特征分析

3.4 径流变化特征分析

3.5 泥沙变化特征分析

3.6 地下水位时空变化

3.7 本章小结

4 生态环境变化对泾惠渠灌区发展的影响

4.1 生态环境与灌区发展的耦合分析

4.2 生态环境变化对灌区发展的影响分析

4.3 生态环境对灌区服务功能影响评估

4.4 本章小结

5 种植结构变化对泾惠渠灌区用水的影响

5.1 泾惠渠灌区种植结构及演化的时空分布

5.2 环境及种植结构变化对作物需水的影响

5.3环境及种植结构变化对灌溉需水的影响

5.4 环境及种植结构变化下的灌溉用水过程

5.5 本章小结

6 泾惠渠灌区生态环境健康评价

6.1 灌区生态环境评价的总体思路

6.2 灌区生态环境评价指标的优选

6.3 灌区生态环境评价模型及方法

6.4 评价等级划分及数据信息采集

6.5 灌区生态环境健康的主题化评价

6.6 本章小结

7泾惠渠灌区生态环境问题调控研究

7.1关键问题及调控路径

7.2 调控模型建立

7.3 模型求解方法及步骤

7.4 灌区水资源计算与评价

7.5 调控情景及参数设置

7.6 调控结果与分析

7.7 泾惠渠灌区生态环境综合调控

7.8 本章小结

8.1 主要结论

8.2 研究展望

附图

附表

致谢

参考文献

附录