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第30卷第21期农业工程学报Vol.30No.21
2014年11月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringNov.201491

基于虚拟水流动均衡性的农业用水综合调控

严冬，周建中，孙怀卫，王学敏
（华中科技大学水电与数字化工程学院，武汉430074）

摘要：为了解决密不可分的干旱区水资源和农业问题，使虚拟水流动与水资源量和经济规模相适应，该文借鉴
基尼系数概念评价虚拟水流动的区域均衡性，并以尽量提高区域均衡性为目标，建立融合了粮食流通模型的农业
用水综合调控模型，从而在控制灌溉水使用总量的前提下，通过调整粮食生产耗水和产量来改变粮食流通格局，
进而优化虚拟水流动状态。在甘肃的应用研究证明该方法可在满足用水总量限制要求前提下，使虚拟水流动均衡
性较调控前有明显改善，实现了干旱区实体水和虚拟水的统一管理。这对促进干旱区不同地区间的协作、缓解水
资源利用与粮食生产间的矛盾，具有重要的理论指导意义。
关键词：农业；水资源；模型；虚拟水；区域均衡；综合调控
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.21.012
中图分类号：TV213.4文献标志码：A文章编号：1002-6819(2014)-21-0091-08

严冬，周建中，孙怀卫，等.基于虚拟水流动均衡性的农业用水综合调控[J].农业工程学报，2014，30(21)：
91－98.
YanDong,ZhouJianzhong,SunHuaiwei,etal.Comprehensiveregulationofagriculturalwaterbasedonequilibriumof
virtualwaterflow[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2014,
30(21):91－98.(inChinesewithEnglishabstract)

系对水资源间接分配的途径是地区间各类商品贸
0引言
易中蕴含的虚拟水流动[16-18]。一个地区以虚拟水形
干旱地区水资源缺乏，生态环境脆弱，当地不式将自身消耗的一部分水资源输送到了其他地区，
合理的经济行为，不但降低了用水效率，还加剧了同时也通过这种形式从其他地区获得了输入。这使
水资源供需矛盾。而地区间的紧密经济和地理联该地区与周边或更远地区产生了密切或松散的联
系，使各地水资源问题产生的影响还扩展到了其他系，在一定程度上可缓解水资源空间分布不均和供
地区。这使开展地区间协作，合理利用区内外水资需矛盾[19]。目前，水量直接配置与间接配置两方面
源，统筹水量直接配置和经济联系对水资源的间接研究间的联系并不紧密，实践中也尚未开展实体水
分配[1]，对实现干旱区可持续发展具有重要意义。和虚拟水的综合调控。
水量直接配置涉及社会发展、经济结构、生态干旱区粮食生产耗水量巨大，粮食贸易蕴含的
环境等诸多方面，需要考虑互相冲突的众多目标，虚拟水量占地区间虚拟水流量的绝大部分。粮食流
以及具有紧密联系的自然和社会因素，最终实现各通格局由粮食供需状况决定。相较由人口和经济状
方利益的协调。实践中运用水资源在不同用途间的况确定的粮食需求，粮食供给更易调控[20]。粮食供
机会成本比较[2]、水量在经济系统中的循环和消耗给变化会改变各地粮食供需差额，进而影响粮食流
过程模拟[3-4]、水量配置方案可持续性评价[5]等方法通路径和数量[21]。而受粮食生产水平和用水效率影
来描述水量配置涉及的各个方面，以此为基础建立响，不同地区单位质量粮食虚拟水含量存在显著差
了多层次分配[6]、大系统优化[7-8]等多目标水资源配异。可见，通过粮食产量和虚拟水含量，可调控粮
置模型，并运用混沌优化算法[9]、协同学[10]等数学食流通和虚拟水流动格局。
工具来求解模型，以给出不同空间尺度（地区[11-12]、考虑到不同地区的水资源条件和经济发展情
流域[13-14]和跨流域[15]）上的水量分配方案。经济联况各异，虚拟水流动格局也应与各地水资源供给、
经济需求相协调，本文从区域整体角度出发，在控

收稿日期：2014-04-27修订日期：2014-10-27制粮食种植水消耗量的前提下，利用粮食流通格局
基金项目：国家自然科学基金（41001379，51239004）；长江科学院开主动调整来改变虚拟水流向流量。为此，以地区虚
放研究基金（CKWV2012316/KY）拟水输出量应与当地水资源量相匹配、虚拟水进口
作者简介：严冬，男，湖北武汉人，副教授，博士。主要从事水资源
量应与当地经济发展水平相协调为目标，以粮食种
综合管理研究。武