土地整理對(duì)區(qū)域藍(lán)綠水資源配置的影響*

趙 微

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)土地管理學(xué)院，湖北武漢430070)

土地整理對(duì)區(qū)域藍(lán)綠水資源配置的影響*

趙 微

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)土地管理學(xué)院，湖北武漢430070)

綠水是流域內(nèi)對(duì)植物和生態(tài)有積極作用的水量，是通過(guò)蒸散發(fā)流向大氣圈的水汽流。綠水概念的提出有助于強(qiáng)化人類對(duì)自然界生態(tài)需水的重視。論文分析了大尺度水文循環(huán)中綠水流的影響因素，闡述了綠水資源對(duì)維持全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的積極意義。論文以土地整理過(guò)程為研究對(duì)象，按照水資源配置的公平性要求，構(gòu)建符合土地整理特點(diǎn)的藍(lán)綠水資源配置模型。模型綜合考慮了藍(lán)綠水生成機(jī)理、區(qū)域水權(quán)配置原則、上下游水量傳輸規(guī)律及區(qū)域水量配置方法等關(guān)鍵技術(shù)。最后以湖北省武漢市新洲區(qū)汪集街孔埠新農(nóng)村試點(diǎn)土地整理工程為實(shí)例，對(duì)該區(qū)域藍(lán)綠水配置情況進(jìn)行深入研究。結(jié)果表明，土地整理中的土地利用/覆被變化影響區(qū)域耕地結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，從而改變區(qū)域藍(lán)水和綠水配置權(quán)值，實(shí)施區(qū)域內(nèi)的人勝村、姚堤村、程山村的藍(lán)綠水配置水量分別增加了 4 799 m3/a、779 m3/a、21 539 m3/a，而堤圍村、吳河村則分別減少了 14 372 m3/a、12 745 m3/a。

土地整理;綠水;藍(lán)水;配置;生態(tài)服務(wù)價(jià)值

“綠水”的概念首先由Falkenmark［1］提出，用以與存在于河流、湖泊、濕地、海洋中的傳統(tǒng)“藍(lán)水”相區(qū)別。相關(guān)觀點(diǎn)認(rèn)為，區(qū)域或流域內(nèi)降雨轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)主要部分——藍(lán)水和綠水，其中“藍(lán)水”是指區(qū)域或流域內(nèi)的液態(tài)水，主要用于農(nóng)業(yè)灌溉及生活用水等方面，而“綠水”是指流域內(nèi)存留于非飽和土壤的土壤水，其主要表現(xiàn)為包括植物蒸騰、水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)和其它形式的蒸散發(fā)。從廣義上來(lái)看，綠水可以解釋為區(qū)域或流域內(nèi)的蒸散發(fā)總量;從狹義上來(lái)看，綠水是指區(qū)域或流域內(nèi)對(duì)植物和生態(tài)有益的蒸發(fā)量，不包括土壤蒸發(fā)和水面蒸發(fā)等形式消耗的其他水量。根據(jù)上述定義，全球范圍內(nèi)的灌溉農(nóng)業(yè)不僅需要通過(guò)灌溉方式獲得的藍(lán)水，同時(shí)也需要通過(guò)降雨直接獲得的綠水;而雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)則主要依賴于綠水［2］。

目前國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者開(kāi)始將“綠水”引入資源、生態(tài)、環(huán)境等領(lǐng)域的科學(xué)研究中。Jansson 等［3］、Hope 等［4］提出要摒棄片面強(qiáng)調(diào)藍(lán)水作用的傳統(tǒng)觀念，強(qiáng)調(diào)綠水對(duì)維系生態(tài)系統(tǒng)功能、發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要性。Rokstrom［5］認(rèn)為綠水是地球水資源返回大氣的一種特殊形式的徑流。從水文循環(huán)角度分析，全球尺度內(nèi)65%的降水通過(guò)深林、濕地、草地、農(nóng)田的蒸發(fā)和散發(fā)返回到大氣，成為綠水，其余35%的降水存儲(chǔ)于河流、湖泊及土壤含水層中，成為傳統(tǒng)意義上的藍(lán)水［6］。相關(guān)定量研究結(jié)果表明，全球用于生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行和人類生活的食物需求的綠水資源約為6.0－6.9 ×105km3/a［7－8］，地表水資源匱乏的非洲地區(qū)更為依賴綠水資源:尼羅河流域的糧食生產(chǎn)所需水源有83%來(lái)自綠水，預(yù)計(jì)到2050年該地區(qū)對(duì)綠水的需求量會(huì)增長(zhǎng)103%，對(duì)藍(lán)水的需求量只增長(zhǎng)29%［9］。

本文從分析綠水資源的內(nèi)涵入手，探討大氣－地球水文循環(huán)中綠水流的影響因素，同時(shí)剖析綠水資源對(duì)維持全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力的重要意義。在此基礎(chǔ)之上，以土地整理為研究對(duì)象，從水資源公平配置的原則出發(fā)，重點(diǎn)研究土地整理中土地利用/覆被變化對(duì)區(qū)域藍(lán)水、綠水配置的影響，為維護(hù)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和土地整理規(guī)劃提供科學(xué)的支持信息。

1 綠水的功能

綠水的本質(zhì)是通過(guò)蒸散發(fā)的途徑流向大氣圈的水汽流，因此影響蒸散發(fā)的因素都將會(huì)影響綠水。宏觀尺度上，綠水主要受氣候因素影響;在微觀尺度上，綠水還受作物的生物和生理特征以及土壤水分有效性影響。因此綠水流決定于生物物理?xiàng)l件、田間管理水平和土地利用方式。其中，不論是在全球尺度還是流域尺度，人類活動(dòng)一直在改變土地利用與覆被狀況，并以此深刻影響著綠水流的變化。對(duì)土地利用改變所導(dǎo)致綠水流變化的估算結(jié)果表明［6］，從原始社會(huì)狀態(tài)開(kāi)始到1950年左右，綠水流逐年減少，累計(jì)減少總量約為3 700 km3/a;1950年之后，隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，綠水流又開(kāi)始增加，到1980年累計(jì)增加約為2 900 km3/a。人類對(duì)土地利用/覆被的改變(主要表現(xiàn)為砍伐森林、開(kāi)荒種田)導(dǎo)致全球蒸散發(fā)量比原始狀態(tài)減少了7.4%，相應(yīng)的全球藍(lán)水流也增加了2.2%［10］?？紤]到農(nóng)田蒸散發(fā)量遠(yuǎn)低于森林蒸散發(fā)量，因此全球綠水流持續(xù)減少與全球耕地面積增加的趨勢(shì)保持一致。

與傳統(tǒng)觀念中“藍(lán)水”相比，“綠水”是一種視覺(jué)上不可見(jiàn)但具有相當(dāng)重要意義的水資源。就全球范圍而言，當(dāng)前雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)是生產(chǎn)人類生存所需糧食的重要途徑之一，而60%的糧食生產(chǎn)以及全部的畜牧業(yè)肉產(chǎn)品、林產(chǎn)品生產(chǎn)都依賴于綠水［8］。源自農(nóng)田、水域、濕地、林地等不同土地類型的綠水流，源源不斷地流向大氣圈，從而為全球農(nóng)業(yè)(尤其是雨養(yǎng)農(nóng)業(yè))的可持續(xù)發(fā)展和世界糧食生產(chǎn)提供了重要的支持力量。有學(xué)者引入生態(tài)學(xué)范疇中的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和生態(tài)服務(wù)價(jià)值等相關(guān)概念進(jìn)行測(cè)算，則全球生物群系為了生產(chǎn)各種生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品，每年需要6.2×105km3綠水資源支撐［11］。從上述結(jié)果可以得出，一方面生態(tài)系統(tǒng)可以為人類提供諸多的環(huán)境服務(wù)功能和福利貢獻(xiàn);另一方面綠水在維護(hù)地球生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)功能和服務(wù)功能方面具有不可替代的作用。

2 區(qū)域藍(lán)綠水配置模型

大尺度水文循環(huán)過(guò)程中，藍(lán)水與綠水是密切聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)換的。地表徑流下滲形成的綠水，經(jīng)過(guò)一系列的物理、生化過(guò)程，轉(zhuǎn)化成水汽流進(jìn)入大氣，通過(guò)遷移、凝結(jié)、下降等環(huán)節(jié)再次形成綠水和藍(lán)水。對(duì)于地表液態(tài)水而言，如果被提取用于灌溉，則按其用途被分類為藍(lán)水;若直接發(fā)生水面蒸發(fā)、調(diào)節(jié)局部氣候，則被劃分為綠水。由此可見(jiàn)，藍(lán)綠水的定義只針對(duì)某一次循環(huán)過(guò)程內(nèi)部的相對(duì)作用。當(dāng)前的水資源集成化管理往往只關(guān)注藍(lán)水資源和基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化管理，忽略了綠水資源在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境維護(hù)中的作用?！熬G水”是極具價(jià)值的資源，研究一定條件下綠水資源的配置規(guī)律存在其理論和實(shí)踐意義，不考慮綠水只考慮藍(lán)水的配置模式無(wú)法對(duì)水資源系統(tǒng)配置機(jī)理作出公平而真實(shí)的解釋。故本文提出兼顧藍(lán)綠水的配置模式，強(qiáng)調(diào)在水資源分配中尊重各方利益主體平等享有水權(quán)的權(quán)利。

在藍(lán)綠水配置模式的研究中，假定流域內(nèi)劃分為N個(gè)子區(qū)域，各子區(qū)域具有確定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(上下游關(guān)系)。具體計(jì)算步驟及公式如下:

(1)區(qū)域藍(lán)綠水量

用徑流系數(shù)法［12］估計(jì)區(qū)域產(chǎn)生的藍(lán)水量和綠水量:

其中:Qb，i為第 i個(gè)子區(qū)域產(chǎn)生的藍(lán)水量(m3/a);Qg，i為第i個(gè)子區(qū)域產(chǎn)生的藍(lán)水量(m3/a);Ai為第i個(gè)子區(qū)域的面積(hm2);αi為第i個(gè)子區(qū)域的徑流系數(shù);Pi為第i個(gè)子區(qū)域的年設(shè)計(jì)降雨量(mm/a)。上式表明，降雨除形成藍(lán)水(地表徑流)外全部生成綠水，包括植物蒸騰、水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)等部分?？梢?jiàn)，根據(jù)徑流系數(shù)法劃分藍(lán)綠水，屬于本文闡述的廣義綠水概念。

(2)區(qū)域配置水權(quán)

從最上游區(qū)開(kāi)始，依次計(jì)算每個(gè)子區(qū)應(yīng)享有的水權(quán):

其中:Qr，i為第 i 個(gè)子區(qū)域應(yīng)享 有水權(quán)(m3/a);Qi，j為上游傳送到第i個(gè)子區(qū)域的藍(lán)水量(m3/a);Ri為第i個(gè)子區(qū)域內(nèi)坑塘水域存留藍(lán)水(地表徑流)的比例系數(shù)，即假定區(qū)域生成藍(lán)水中有RiQb，i僅滿足本區(qū)基本需要，不參與全流域水權(quán)公平配置;Di表示第i個(gè)子區(qū)域的耕地面積;n表示第i個(gè)子區(qū)域下游最末端的子區(qū)域，即參與水權(quán)分配的區(qū)域共有(n－i+1)個(gè);Wg為綠水當(dāng)量系數(shù)，即綠水相對(duì)于藍(lán)水的權(quán)重，通過(guò)該系數(shù)將綠水折算成藍(lán)水，使綠水能參與系統(tǒng)水量配置;Si為表征綠水配置公平性的變量，本文建議采用區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值代替，即:

其中:Si為第i個(gè)子區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值(元/a);Bm為子區(qū)域內(nèi)第m種土地利用類型面積(hm2);Vm為該種土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(元/hm2/a)。

(3)區(qū)域傳輸水量

本區(qū)內(nèi)可利用水資源(非存留藍(lán)水量、上游區(qū)域轉(zhuǎn)移水量)與配置水權(quán)比較，過(guò)剩的藍(lán)水傳送到下游區(qū):其中:Qt，j為第i個(gè)子區(qū)域向其下游(第j個(gè)子區(qū)域)傳輸?shù)乃{(lán)水量(m3/a)。

式(5)表明，以 WgQg，i－ Qr，i為判斷閾值，當(dāng) WgQg，iQr，i時(shí)，區(qū)域內(nèi)多余的水資源量 Qt，i+(1 － Ri)Qb，i被傳輸至下游，多余部分綠水仍然存留在區(qū)域內(nèi);反之，當(dāng)量綠水小于分配的區(qū)域水權(quán)時(shí)，綠水及部分藍(lán)水被利用，盈余水量Qt，i+WgQg，i+(1 － Ri)Qb，i－ Qr，i被傳輸。式(5) 保證了流域水資源管理過(guò)程中綠水的不可傳輸性——全部消耗于本區(qū)域內(nèi)綠色植物或作物的生態(tài)功能中。

此外，式(6)體現(xiàn)了分配過(guò)程中傳送水量Qt，j的非負(fù)性。若Qr，j為較大的值，即應(yīng)享有的水權(quán)較大，本區(qū)產(chǎn)生的藍(lán)、綠水以及上游傳送所得水資源仍不能滿足水權(quán)需要，(5)式得到 Q't，j為負(fù)值，表明本區(qū)本身“缺水”，無(wú)能力向下游傳送水量，需要通過(guò)調(diào)水工程從區(qū)域外獲得一定水資源來(lái)補(bǔ)充本區(qū)用水。如果采用流域內(nèi)調(diào)水保證整個(gè)流域自身的水量平衡，此時(shí)流域的總水權(quán)等于流域內(nèi)可用于分配的總水量。如果采用流域外調(diào)水方式，此時(shí)流域的總水權(quán)大于流域內(nèi)可用于分配的總水量。

若流域形狀為分叉型，當(dāng)?shù)趇個(gè)子區(qū)域需要同時(shí)向多個(gè)下游區(qū)域傳輸水資源，則采用公平性原則，按耕地面積比例分配傳送的藍(lán)水量。

若當(dāng)前區(qū)域不存在下游子區(qū)，即不需要再向其他區(qū)域輸送藍(lán)水，則(6)式可簡(jiǎn)化為:

Qt，j=0 (7)

(4)區(qū)域?qū)嶋H配置水量

本區(qū)產(chǎn)生的藍(lán)水量與上游傳輸水量之和扣除傳送給下游的水量，即為本區(qū)實(shí)際配置水量。且計(jì)算方法為:

Qi=Qt，i+WgQg，j+Qb，j－ Qt，ji=1，2，…，N (8)

(5)按照上述計(jì)算步驟，依次計(jì)算下一個(gè)子區(qū)配置水量。

同時(shí)從上述數(shù)學(xué)模型可以看出，令Wg=0，即綠水的效率當(dāng)量為0或者是忽略綠水存在，則模型反映的是僅考慮藍(lán)水存在于水資源系統(tǒng)的特殊情況。

3 實(shí)例分析

3.1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)水系示意圖Fig.1 Water resources system of study area

以武漢市新洲區(qū)汪集街孔埠新農(nóng)村試點(diǎn)土地整理工程為研究對(duì)象，研究區(qū)域位于武漢市新洲區(qū)汪集西北部，涉及人勝村、堤圍村、姚堤村、吳河村、程山村等5個(gè)行政村，地跨東經(jīng) 114°39'06″－ 114°41'12″，北緯 30°48'33″－30°50'35″，所在圖幅號(hào)為 H －50－38－(27)、H －50 －38－(35)。研究區(qū)屬?zèng)_積平原，地勢(shì)西北高、東南低，農(nóng)業(yè)用水水源主要為當(dāng)?shù)亟涤旰脱芯繀^(qū)南面的萬(wàn)米長(zhǎng)渠(連接倒水河)，內(nèi)部主要水系較完善(見(jiàn)圖1)。研究區(qū)多年平均降雨量1 191.2 mm，多年平均徑流深600 mm，總面積766.22 hm2，建設(shè)規(guī)模 666.14 hm2(扣除不動(dòng)工面積)。

土地整理的實(shí)施會(huì)改變區(qū)域內(nèi)土地利用和覆被情況，而土地利用是人與自然交融最為密切的環(huán)節(jié)，其變化必然影響農(nóng)業(yè)需水結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能。研究區(qū)土地利用變化情況如下表所示:

表1 研究區(qū)土地利用變化(hm2)Tab.1 Land use change of study area

3.2 模型參數(shù)

根據(jù)《武漢市新洲區(qū)汪集街孔埠新農(nóng)村試點(diǎn)土地整理規(guī)劃》(2009.10)，研究區(qū)區(qū)域徑流系數(shù) α =0.44，坑塘水域存留藍(lán)水比例取Ri=0.2，研究區(qū)內(nèi)水系從萬(wàn)米長(zhǎng)渠中平均引水量為Q0=2.183×105m3/a。經(jīng)過(guò)水資源平衡分析，研究區(qū)可供水量完全滿足農(nóng)業(yè)用水和居民生活用水、生態(tài)環(huán)境用水需求。此外，本文采用Zaag等人［10］的研究成果，假設(shè)綠水相對(duì)與藍(lán)水的比重Wg=0.5，即一單位綠水與半單位的藍(lán)水效用相當(dāng)。在生態(tài)服務(wù)價(jià)值計(jì)算中，主要參考生態(tài)資產(chǎn)價(jià)值評(píng)估理論體系［13］中不同類型用地的單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值(見(jiàn)下表)。

謝高地等人［13］以全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的部分成果為參考，綜合了對(duì)國(guó)內(nèi)200位生態(tài)學(xué)者進(jìn)行的問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果，建立了中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值表。將研究區(qū)劃分為森林、草地、農(nóng)田、濕地、水面、荒漠等六個(gè)一級(jí)地類，每個(gè)地類的承擔(dān)氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)、廢物處理、生物多樣性維持、食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、休閑娛樂(lè)等九類生態(tài)服務(wù)功能，假定生態(tài)服務(wù)功能強(qiáng)度與該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的生物量成線性關(guān)系，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量做修訂，得到生態(tài)服務(wù)價(jià)值單價(jià)。由于研究對(duì)象存在較大差異性，本文研究中的耕地、林地、水域等地類的單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值直接對(duì)應(yīng)于上述文獻(xiàn)中的農(nóng)田、森林、水體的單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值;園地的單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值采用森林和草地的均值;荒草地的單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值采用草地和荒漠的均值;交通用地和居民點(diǎn)等地類的單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值則參考張正峰［14］的推薦值。通過(guò)以上途徑構(gòu)建的地類單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表更加科學(xué)，符合土地整理事業(yè)本身發(fā)展的特色和要求。

表2 研究區(qū)不同地類生態(tài)服務(wù)價(jià)值(元/hm2·a)Tab.2 Ecological service value of different land use types in study area

3.3 主要結(jié)論與分析

結(jié)合研究目的，模型參數(shù)選擇、整理后，采用前文提出的區(qū)域藍(lán)綠水配置模型對(duì)研究區(qū)內(nèi)水資源配置情況進(jìn)行模擬，并對(duì)土地整理實(shí)施前后的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。研究區(qū)內(nèi)各個(gè)行政區(qū)域生成的藍(lán)綠水資源及生態(tài)服務(wù)價(jià)值結(jié)果如圖2、表3所示:

圖2 區(qū)域藍(lán)綠水水量統(tǒng)計(jì)Fig.2 Blue water and green water generation of study area

表3 區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值統(tǒng)計(jì)(元/a)Tab.3 Ecological service value of study area

按照徑流系數(shù)法的計(jì)算原則，研究區(qū)內(nèi)各個(gè)行政區(qū)域(人勝村、堤圍村、姚堤村、吳河村、程山村)產(chǎn)生的藍(lán)綠水?dāng)?shù)量和區(qū)域土地總面積呈線性正比例關(guān)系。各行政村年均生成藍(lán)水量最大的是人勝村1.191×106m3，其次是程山村1.013 ×106m3，堤圍村0.902 ×106m3，吳河村 0.684×106m3，面積最小的姚堤村產(chǎn)生的藍(lán)水量?jī)H為0.226×106m3。相應(yīng)各區(qū)域的綠水量為 1.515 ×106m3、1.289 ×106m3、1.149 ×106m3、0.870 ×106m3、0.288 ×106m3。由于研究區(qū)的水文參數(shù)特性(徑流系數(shù)α=0.44)，綠水生成量均大于同區(qū)域內(nèi)藍(lán)水生成量。

區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估結(jié)果的排序與藍(lán)綠水生成量基本一致。以土地整理實(shí)施前為例，研究區(qū)全年生態(tài)服務(wù)價(jià)值總額為6 623 177元，其中程山村提供生態(tài)服務(wù)價(jià)值2 028 576元，占 30.6%，人勝村提供生態(tài)服務(wù)價(jià)值1 755 363元，占26.5%，堤圍村、姚堤村、吳河村合計(jì)提供生態(tài)服務(wù)價(jià)值2 839 238元，貢獻(xiàn)率為42.9%。由于不同土地利用類型的單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值上的差異，使得總面積不占優(yōu)的程山村高于人勝村的生態(tài)服務(wù)價(jià)值:其水域面積可提供1 141 380元的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人勝村水域面積的560 521元?？梢?jiàn)，在土地利用管理中，要充分重視水體對(duì)維護(hù)生態(tài)環(huán)境的積極意義;在土地整理進(jìn)程中，不僅從工程技術(shù)角度保證水資源的安全性，還要進(jìn)一步地發(fā)揮水資源在水源涵養(yǎng)、廢物處理、生物多樣性保護(hù)等方面的生態(tài)作用，促進(jìn)研究區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

通過(guò)一系列綜合措施對(duì)研究區(qū)的土地進(jìn)行整治，在完善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、提高生產(chǎn)能力的同時(shí)，土地整理也改變了整治對(duì)象的生態(tài)結(jié)構(gòu)，提高了研究區(qū)的生態(tài)服務(wù)能力。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，研究區(qū)全年生態(tài)服務(wù)價(jià)值總額由6 623 177元增加到6 684 450元，單位面積值也由8 644元/hm2增加到8 724元/hm2，平均增幅為0.93%。研究區(qū)生態(tài)服務(wù)功能的有效增加，與土地利用/覆被變化情況直接相關(guān)。本研究實(shí)例中，土地利用變化主要表現(xiàn)為開(kāi)發(fā)荒草地、合理布置田間道路工程，以增加農(nóng)業(yè)耕地面積;其他用地類型面積數(shù)維持不變。土地整理后，研究區(qū)增加有效耕地15.32/hm2，提高年均生態(tài)服務(wù)價(jià)值93 671元，扣除荒草地減少帶來(lái)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值消減影響，研究區(qū)共增加年均生態(tài)服務(wù)價(jià)值61 273元，折合79.97元/hm2。上述分析說(shuō)明，科學(xué)的土地整理規(guī)劃不僅能增加耕地的面積，還能提高生態(tài)服務(wù)價(jià)值，土地整理可以實(shí)現(xiàn)與生態(tài)環(huán)境的維護(hù)妥善結(jié)合。

基于區(qū)域藍(lán)綠水量和生態(tài)服務(wù)價(jià)值結(jié)果，對(duì)區(qū)域水資源的合理配置做進(jìn)一步探討。模擬結(jié)果如下表所示:

表4 區(qū)域藍(lán)綠水資源配置結(jié)果(m3/a)Tab.4 Green-blue water resources allocation of study area

表中數(shù)據(jù)分別為各個(gè)行政村承接上游來(lái)水、向下游輸水及區(qū)域?qū)嶋H配置水量變化情況，各系列水量滿足水資源系統(tǒng)水量動(dòng)態(tài)平衡基本原理。由于吳河村、堤圍村的下游區(qū)域通過(guò)土地整理提高了耕地面積和生態(tài)服務(wù)價(jià)值的相對(duì)份額，依據(jù)配置規(guī)則增加了區(qū)域藍(lán)水和綠水配置水權(quán)，直接導(dǎo)致該村向下游輸送水量的增加(分別增加21 539 m3、14 372 m3);該部分水量轉(zhuǎn)換為各自下游區(qū)的新增來(lái)水量:程山村增加上游來(lái)水21 539 m3，人勝村、姚堤村、吳河村共增加上游來(lái)水14 372 m3。需要注意的是，人勝村、姚堤村、程山村位于水系末端，不存在下游區(qū)域，因此不需要向下游輸送水資源;堤圍村位于研究區(qū)最上游，其上游來(lái)水量恒等于來(lái)自萬(wàn)米長(zhǎng)渠的年總引水量。各行政區(qū)域的來(lái)水量增減值與向下游輸水增減值的代數(shù)和，即為本區(qū)域的實(shí)際配置水量的變化值，其中人勝村、姚堤村、程山村由于增加承接上游來(lái)水而提高了實(shí)際配置水量(分別增加4 799 m3、779 m3、21 539 m3)，堤圍村由于增加下游輸水量而降低本區(qū)域?qū)嶋H配置水量(降低14 372 m3)，吳河村因下游輸水增加幅度大于上游來(lái)水增加幅度，實(shí)際上也降低了本區(qū)域?qū)嶋H配置水量(降低12 745 m3)。

土地整理前后區(qū)域水資源配置變化的直接原因?yàn)橥恋乩?覆被變化，或者說(shuō)是區(qū)域耕地面積和生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化。前者反映的是區(qū)域灌溉需水量(藍(lán)水)，后者代表的是維護(hù)生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展的綠水總量。為了深入刻畫該種機(jī)理，本文構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型中定義了“區(qū)域水權(quán)”，并以此界定區(qū)域?qū)嶋H享有水資源的權(quán)利。區(qū)域水權(quán)可理解為區(qū)域藍(lán)水和綠水?dāng)?shù)量的一種線性空間組合，其中藍(lán)水水權(quán)配置權(quán)重為，綠水水權(quán)配置系數(shù)S。以吳河村為例，土地整理前區(qū)域藍(lán)水水權(quán)配置系數(shù)為0.436，綠水水權(quán)配置系數(shù)0.323，整理后藍(lán)水水權(quán)配置系數(shù)為0.427，綠水水權(quán)配置系數(shù)為0.321。綜合考慮區(qū)域承接上游來(lái)水變化、水權(quán)配置系數(shù)變化、綠水當(dāng)量權(quán)重、藍(lán)水存蓄能力等因素，土地整理后吳河村藍(lán)水水權(quán)減少9 867 m3，綠水水權(quán)減少2 878 m3，該村享有水權(quán)共減少12 745 m3(其中藍(lán)水占77.4%，綠水占22.9%)。經(jīng)過(guò)一系列的平衡計(jì)算，吳河村實(shí)際獲得的水資源配置量同樣也減小12 745 m3，模型這一設(shè)計(jì)體現(xiàn)了“水權(quán)”概念在區(qū)域水資源公平分配過(guò)程中的重要效用。

4 小結(jié)

論文以土地整理區(qū)域水資源配置變化為研究對(duì)象，將傳統(tǒng)意義上的水資源分解為綠水、藍(lán)水兩類概念，分別對(duì)應(yīng)于綠色植物需水和其他需水，為土地整理規(guī)劃設(shè)計(jì)和區(qū)域水資源管理提供了一種新的思維和視角。

論文主要通過(guò)數(shù)學(xué)模型深入模擬土地整理實(shí)施前后藍(lán)綠水配置差異。模型構(gòu)建過(guò)程中，采用一些重要參數(shù)概化、闡釋配置關(guān)系和內(nèi)部機(jī)理，如存留藍(lán)水系數(shù)表明區(qū)域內(nèi)坑塘攔蓄地表徑流、滿足當(dāng)?shù)刈魑镄杷哪芰?綠水當(dāng)量權(quán)重將綠水和藍(lán)水這兩種不同類型、不同用途的水資源納入同一個(gè)統(tǒng)計(jì)口徑中，便于水資源系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)與管理;藍(lán)水水權(quán)配置權(quán)重采用相對(duì)耕地面積比例，綜合反映了區(qū)域的農(nóng)業(yè)灌溉需水程度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)承載能力;綠水水權(quán)配置權(quán)重采用生態(tài)服務(wù)價(jià)值相對(duì)比例，放映了綠水資源在滿足生態(tài)耗水、提供生態(tài)服務(wù)貢獻(xiàn)等方面的重要作用。

論文以武漢市新洲區(qū)汪集街孔埠新農(nóng)村試點(diǎn)土地整理工程為例，對(duì)構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行實(shí)例研究。研究結(jié)果表明，土地整理實(shí)現(xiàn)了土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值的提高，影響了上下游區(qū)域的配置水權(quán)、承接上游來(lái)水和向下游的傳輸水量，從而最終改變了研究區(qū)域的藍(lán)綠水配置。研究實(shí)例未涉及生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低的現(xiàn)象(土地整理對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響)，是本文不足之處。

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Impact of Land Consolidation on Regional Green-blue Water Resources Allocation

ZHAO Wei
(College of Land Management，Huazhong Agricultural University，Wuhan Hubei 430070，China)

Green water，a kind of vapor flow returning to atmosphere via evaporation or emission，is positive to the plant and ecology in the basin.The raising of the concept of the“green water”will improve human’s understanding of the nature’s demand on water.This paper analyzes the influence factors for green water in a large-scale hydrological cycle.Further more，for general land consolidation，a green-blue water resources allocation model is established according to the requirement of equity in the water resource allocation.In this model，key technologies including the generation mechanism of green-blue water，regional water right allocation principle，water transfer law between upstream water resource and downstream water resource，and regional water resource allocation methods have been comprehensively considered in the model.Finally，a case study of Kongbu，Xinzhou District，Wuhan City，is carried out to verify the validity of the proposed model.The results showed that land use and cover change(LUCC)in land consolidation have influenced the farmland use structure and eco-system service value，and consequently altered the weight assignment of the regional blue-green water.That is:the blue-green water resource allocation in Rensheng Village，Yaodi Village，and Chengshan Village has increased by 4 799 m3/a，779 m3/a，and 21 539 m3/a respectively while the values in Weidi Village and Wuhe Village has decreased by 14 372 m3/a and 12 745 m3/a respectively.

land consolidation;green water;blue green;allocation;eco-system service value

D035

A

1002－2104(2011)05－0044－06

10.3969/j.issn.1002－2104.2011.05.008

2010－12－02

趙微，博士，講師，主要研究方向?yàn)橥恋卣?、土地利用管理?/p>

* 湖北省社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目“十一五”規(guī)劃資助(編號(hào):2010(107));中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助。

(編輯:王愛(ài)萍)