区域农业耗用水变化机理与用水红线动态调控技术研究

Regional water consumption, influenced by agriculture water, is fluctuated with hydrology series. The red line of regional water use control which is the annual average amount is difficult for operation actually. This project has investigated the mechanism of agriculture water consumption based on the experimental observation data. Meanwhile, the dynamic regulation method corresponding to the red line of the regional water utilization is studied. First, agriculture water use is studied on the basis of the analysis of the main factors in the change of water use. Secondly, wavelet analysis and Archimedean Copula function is adopted to determine the quantitative function between agriculture water use and hydrological characteristics to reflect the mechanism quantitatively. Dynamic regulation curve of the total water use indicator is then determined with the consideration of domestic water use and industrial water use. The rationality and operability is tested through the simulation and feedback by dual circulation model, the limit of total water consumption amount for typical region is formulated and the water control indicator for different industry (agricultural, domestic and industrial water use) is developed in the end. This study will enrich water resources regulation theory, and the findings will provide technical support for the implementation of the strictest water resources management.

区域用水总量受农业影响呈现出随水文系列变化出较大的波动性，作为多年平均控制量的区域用水总量控制红线难以进行实际操作。本项目在实验原型观测资料基础上开展农业耗用水变化机理研究，研究区域开发利用控制红线下对应的用水总量动态调控方法；具体为在解析农业用水变化的主导因子基础上分析其变化规律和机理，采用小波分析和阿基米德多维Copula函数确定农业用水和水文特征值之间的定量函数关系，定量反映其变化机理，并考虑生活工业用水量，进而确定区域目标年（用水总量指标-来水过程）的动态调控曲线，通过二元水循环分布式模型仿真模拟反馈，检验成果的合理性和可操作性，从而制定典型区域目标年用水总量控制阈值并制定不同行业的用水控制指标。本研究将丰富水资源科学调控理论方法，研究结果将为实施最严格水资源管理提供技术支持。

本项目主要针对作为多年平均控制量的区域用水总量控制红线难以进行实际操作难题，根据区域用水总量受农业影响呈现出随水文系列变化出较大的波动性这一科学核心，项目采用野外实验的方法进行水稻耗水实验，表明了灌溉水量与蒸发量呈正比规律，与降水量呈反比规律，对比灌溉水各期蒸发率可以看出，4月上、下旬及6月上旬灌溉耗水率分别为61%、71%、79%，其他各时期可实现完全耗水，整个生育期内平均灌溉耗水率为89%；将广西北部湾降水通过小波分析表明区域降水第一主周期为27年，第二主周期是14年，第三主周期的4年，反映了降水的波动特征与不同时间尺度上降水丰枯以及农业用水动态变化，并根据1985-2010年区域用水按照频段建立年内12个月时间尺度上的线性自回归模型和不同频率段内逐月自回归动态关系曲线及拟合公式，研究分析了区域用水波动的变化关系；研究通过改进的分布式循环模型SWAT-S模型和水资源配置模型AWOM构建耦合模拟调配模型（SWAT-AW模型），项目针对我国农业用水过程和不同过程中水源多变的特点，研发了基于农业动态波动关系农业灌溉模块，改进生成SWAT-S模型，AWOM模型为本研究组自主开发的水资源配置模型，以广西北部湾经济区为例划分出22个水资源配置基本单元，244个子流域，通过4个控制点的实测流量校验纳什效率系数平均值达到0.9，相关系数达到0.97；根据广西北部湾区情水情，采用上述技术方法与模型进行细化分配模拟，区域多年平均条件下2015年、2020年、2030年全区用水红线控制指标分别为75.32亿m3、77.58亿m3、79.72亿m3，进而提出不同频率波动下广西北部湾主要行业开发利用控制指标阈值，研究成果可为区域水资源动态管理提供支撑。