基于贝叶斯网络的绿洲水资源优化配置与综合管理研究

Under the condition of the extreme shortage of water resources in arid areas, in face of double pressure between the agricultural economic development and the eco-environment protection, the optimal allocation and integrated management of water resources in oasis areas are crucial for rational utilization of agricultural water under meeting the ecological water requirement of oasis. In this project, the Cele oasis is selected as the typical research area. First, based on coupled “water resource-ecological environment-social economy” system, Bayesian network model is developed by the participation of stakeholders; second, the different scenarios of water supply, irrigation regime, crop structure, and water use efficiency in the water resource management is carried out to find the optimal measures; Finally, the suggestion and scheme on optimal allocation and relational utilization is built for the sustainable development of water resources in the Cele oasis . The results will effectively relieve the conflicts of water utilization between ecological water requirement and agricultural water, and it is of great significance for achieving the agricultural economic development and ecological environment protection in the Cele oasis area. Moreover, the results of the study can provide theoretical guide and reference for optimal allocation and scientific management in the other oases of arid areas.

水资源优化配置与决策管理是综合水文、生态环境等自然因素与经济、政策等社会因素为一体的多目标优化决策手段。如何在绿洲水资源补给、分配等过程中，以实现绿洲生态系统服务功能健康和农业经济可持续发展为目标的水资源优化配置与综合管理，是绿洲水资源优化决策研究的难点。项目选取策勒绿洲为典型研究区，根据绿洲特征与功能，量化支持绿洲生态系统服务功能的生态需水量区间；在农业用水已挤占生态需水的背景下，利用农业用水短缺与产量损失模型构建离散和混合贝叶斯网络，在节水方式、政策等管理情景下决策对应的最佳生态需水量；为了协调不同部门之间用水冲突，通过各利益相关者与专家会议协商的方式构建参与式贝叶斯网络，在不同管理组合模式下进行情景模拟，制定出绿洲生态系统服务功能效益与农业经济效益最佳的水资源优化与管理方案。本项目研究为其它干旱区绿洲水资源优化决策研究提供借鉴与参考。

绿洲作为干旱区人类生产、生活的重要载体，水资源短缺一直是制约其存在、稳定、发展的首要因素。绿洲水资源的合理利用成为衡量干旱区绿洲社会稳定、经济发展和生态平衡的重要尺度。在干旱区绿洲，如何实现绿洲水资源-生态环境-社会经济耦合系统的水资源优化与综合管理，成为目前绿洲可持续发展面临的首要问题。. 本项目选取塔南策勒绿洲为研究区，分析了近30来策勒绿洲土地利用类型时空变化特征；拓展了绿洲生态需水量的概念并量化其生态需水量区间；构建了离散和混合贝叶斯网络，分别决策了和模拟了策勒绿洲最佳生态需水量与作物经济补偿标准；综合考虑了自然因素和社会因素，通过各用水利益相关者参与发展了参与式贝叶斯网络模型；通过耦合AHP方法，建立了绿洲生态系统服务功能效益与农业经济效益最大化的水资源优化决策与综合管理策略。. 经过三年的研究，其重要结果为：（1）策勒绿洲农田扩张最显著，2013年耕地面积比1970年增长了78.5%。在空间变化中，绿洲农田扩张在2000年到2013年间沿西北和东北方向扩展；（2）策勒绿洲所需的年生态需水量在高、中、低三等级中分别确定为0.752×108，0.619×108 和 0.516×108 m3；（3）构建离散型贝叶斯网络模拟了绿洲最适生态需水量，其分别在丰水年，平水年和干旱年应为策勒河径流量的50.24%，49.71% 和48.73%；（4）构建了混合贝叶斯网络模型模拟了经济补偿标准，提高节水工程与滴灌技术能分别节省冬小麦（247 元/公顷），夏玉米（271元/公顷），棉花（246元/公顷）与大枣（237元/公顷）的经济标准；（5）构建了参与式贝叶斯网络，并耦合AHP方法有效地模拟了水资源管理情景下的结果与效应，模拟结果表明，建立水权机制，控制农田扩张，提高农业灌溉节水效率，是保持绿洲可持续发展的关键因素。其结论为其它干旱区绿洲尤其塔南绿洲水资源优化配置理论、技术、模式提供可供参考的范式。 . 本项目共发表论文12篇，其中SCI检索11篇（2篇SCI为高被引论文），CSCD检索论文1篇，授权专利1项。