黃河流域作物生產(chǎn)與消費實體水-虛擬水耦合流動時空演變與驅(qū)動力分析

卓 拉，栗 萌，吳普特，黃紅榮，劉藝琳

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所，陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西 楊凌 712100；4.國家節(jié)水灌溉楊凌工程技術(shù)研究中心，陜西 楊凌 712100；5.中國科學(xué)院 水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100）

1 研究背景

面向黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展國家戰(zhàn)略[1]，“水少”仍是黃河流域新時期可持續(xù)水資源管理最主要的矛盾和瓶頸[2-4]。黃河流域以僅占全國2%的水資源量承擔(dān)著全國13%的糧食生產(chǎn)[5]。農(nóng)業(yè)一直是黃河流域第一大用水戶，灌溉取水量占總?cè)∷康?3%（2018年）[6]。社會經(jīng)濟高度發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平加快，各部門用水競爭加劇，流域農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)管理面臨巨大挑戰(zhàn)和不確定性。開放經(jīng)濟社會中，內(nèi)嵌在貿(mào)易和商品流通中的虛擬水流動現(xiàn)象日趨頻繁[7]。從全產(chǎn)業(yè)鏈視角，由作物產(chǎn)前種植結(jié)構(gòu)與水資源配置、產(chǎn)中實體水消耗，及產(chǎn)后消費貿(mào)易牽引形成的虛擬水流動，都決定著區(qū)域的農(nóng)業(yè)水資源利用效率[8]。自然-經(jīng)濟-社會（三元）因素驅(qū)動下，農(nóng)業(yè)水資源消耗形成實體水-虛擬水（二維）嵌入轉(zhuǎn)化、互為反饋、相互影響的實體水-虛擬水耦合流動客觀現(xiàn)象[9]。顯然，重視實體水供水工程節(jié)水及產(chǎn)中節(jié)水的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)水資源管理制度已經(jīng)無法完全解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水問題。水資源管理，特別是農(nóng)業(yè)水資源的科學(xué)管理應(yīng)實體水-虛擬水統(tǒng)籌考慮。

具體而言，實體水-虛擬水耦合流動過程包括三個層次[9]（圖1）：第一層次，水作為自然物質(zhì)，服從牛頓流體運動規(guī)律，在自然-人工作用下形成以“降水-廣義水資源（藍(lán)-綠水）-取水-耗用水-退排水”為基本路徑的實體水循環(huán)，形成“物理流”；……