虚拟水贸易视角下区域农业水土资源耦合模型研究

The theory of virtual water trade brought regional resources-scale space development. The implementation of the strategy is not only means that the optimal allocation of water resources but also invisible transfer of the land resources in the region with virtual water flows in the inter-regional. Facing the shortage of land and water resources and the urgent requirements of the regional economic development, fundamental way to alleviate the agricultural resources and the allocate water resources conflicts is to substantially increase the joint optimization and the effective coupling of regional water and soil resources. It also the only way to promote the adjustment of agricultural structure, to develop the rural economy so that to achieve sustainable development of agriculture.Current research of the coupling of regional water and soil resources hasn't made systematic research about them as a "coupling key", and it also hasn't studied the effective coupling of them from the respect of "The Big Region".This topic is intended based on the perspective of the virtual water trade. We use the method of CAS to study the coupling problem of regional water and land. Multi-objective accelerating genetic algorithm based on real-code is also used to give Specific solution ideas and methods. Finally, we take the coupling of land and water resources of the Yellow River Basin as an example to conduct Empirical research.

虚拟水贸易理论拓展了区域资源利用空间，虚拟水战略实施并非仅仅意味着实现水资源的优化配置，其间区域虚拟水流动的同时也伴随着区域间土地资源的潜在转移。面对我国水土资源紧缺的严峻形势以及区域经济发展的迫切要求，通过大幅度提高区域水土资源的联合优化实现水土资源的有效耦合，是缓解农业生产中土地资源和水资源配置矛盾的根本途径，也是促进农业结构调整、发展农村经济、实现农业可持续发展的必由之路。当前关于区域水土资源耦合的研究中，尚未将水土资源作为一个"耦合键"进行系统研究，也没有从"大区域"的角度系统研究水土资源的有效耦合。本课题拟基于虚拟水贸易的视角，描述该视角下区域水土资源的耦合冲突，进而引入复杂适应系统（CAS）的理论方法，从"大区域"的角度水土资源耦合问题展开研究并建立数学模型，利用基于实数编码的多目标嵌套加速遗传算法，给出模型具体的求解思路，最后以黄河流域的水土资源耦合问题为例进行实证研究。

水资源和土地资源是农业经济发展不可或缺的自然资源，水土资源的合理匹配能够促进区域农业经济发展。我国存在水资源与土地资源短缺的问题，伴随着水土资源的大系统、多目标、非线性等复杂系统特点的凸显，本项目结合我国农业水土资源的自然禀赋和实际利用情况，首先引入了虚拟水贸易的思想，对传统意义上的水土资源耦合进行了理论的拓展和诠释，研究了复杂系统中宏观经济系统、水资源系统、土地资源系统和环境生态系统的相互依存和相互制约，同时，也研究了区域内资源用户之间、用户与环境之间的复杂关系，包括与环境的物质、能量和信息的交换和反馈关系，以及它们之间在水土资源配置中具有复杂目标和利益关系等，给出了水土资源耦合过程中冲突的解决方案；其次构建了基于CAS理论的区域水土资源优化配置模型框架，根据模型的特点，对于多目标优化问题采用多目标遗传算法求解，对于单目标非线性优化问题采用嵌套遗传算法求解，同时结合基于实数编码的加速遗传算法，形成了针对虚拟水贸易视角下区域水土资源复杂适应系统优化配置模型的求解方法。结果显示，水土资源的耦合程度对区域农业经济发展的区域内和区域间有正的溢出效应，即水土匹配度对本地区农业经济发展增长具有促进作用；同时。由于相邻区域的水土资源自然禀赋条件类似，而且农业生产中存在“示范效应”和“模仿效应”，水土匹配度对相邻地区农业经济增长也具有一定的促进作用。因此，采用相关措施优化水土资源耦合，对促进我国区域农业经济增长，保障我国粮食安全具有重要作用。最后，以黄河流域为例，利用黄河流域数据进行模拟和控制，构建黄河流域水土资源耦合模型进行实证研究。