在大规模农业扩张情景下，农业地区水资源安全格局演变的特点

《Journal of Hydrology》：Characteristics of the evolution of water security patterns in agricultural areas under the scenario of large-scale agricultural expansion

本文基于生态系统服务流量理论，利用空间叠加方法和地理探测器，分析了1985-2020年三江平原水资源安全模式时空演变特征。通过构建"水源-耗水"动态耦合模型，识别出89个生态节点和40个预警节点，揭示水源地重心以年均7.13km速度顺时针迁移，耗水区在松花江-穆棱河交汇处频繁震荡。研究发现农业扩张导致水资源供需矛盾加剧，提出建立三级河长制、实施水稻改旱工程、强化湿地生态补偿等综合治理建议。摘要共103字。

　　### 水安全格局演化与区域水资源管理策略分析

在21世纪，社会经济的快速发展与气候变化的加剧，使得水资源供需矛盾成为影响各国可持续发展的核心挑战之一。在这一背景下，研究区域的水安全格局及其演变趋势显得尤为重要。本文以三江平原为研究对象，通过空间叠加方法分析了该地区1985年至2020年间的水安全格局演化特征，并构建了一个区域性的综合水安全格局。研究不仅揭示了水资源供需关系的动态变化，还提出了应对水资源危机的具体措施和建议，旨在为区域水资源管理和政策制定提供科学依据。

#### 水资源供需变化

研究发现，三江平原的水资源供给量从1985年的161.73×10?立方米/年增加至2020年的220.52×10?立方米/年，2019年达到历史峰值223.17×10?立方米/年。与此同时，水资源需求呈现出多阶段增长的特征，平均年需求量约为130×10?立方米/年。这种供需变化不仅反映了区域生态环境的变化，也揭示了人类活动对水资源的影响。在农业扩张和城市化过程中，水需求压力不断上升，加剧了水资源供需矛盾，形成“气候驱动与人为诱发”的恶性循环。

#### 水资源盈亏区的空间分布

研究还发现，三江平原的水资源盈亏区呈现出“封装—整合—再封装”的动态演变模式。盈余区的中心重力迁移平均速度为每年7.13公里，而亏损区的中心重力迁移更为活跃，平均速度为每年3.37公里，主要集中在松花江流域和牡丹江—兴凯湖平原。这种空间分布的动态变化，为识别和监测水资源风险区提供了重要的依据。

#### 水资源风险区与生态节点识别

三江平原的水资源供需矛盾主要集中在两个大范围的冲突区域，三个潜在风险区，以及89个生态节点和40个预警节点。其中，倭肯河中游的8个节点、松花江佳木斯段的5个节点和牡丹江镜泊段的3个节点被认为是高风险节点群。研究指出，这些节点的生态服务流动路径和生态节点的地理分布具有较高的脆弱性，因此需要重点关注和保护。

#### 重要河流的作用

黑龙江河在缓解三江平原水资源供需矛盾中发挥了关键作用，而风险较高的齐齐哈尔河需要优先保护。研究结果表明，识别和监测水资源风险区是实现区域水资源高效利用和可持续农业发展的关键。这些发现为政府和相关利益方在制定干预措施和战略规划方面提供了重要的指导。

#### 方法与数据

研究采用了多种方法和数据来源，包括土地利用数据、自然环境数据、DEM数据、人口密度数据、GDP数据、交通网络数据和乡镇位置数据。这些数据通过ArcGIS等工具进行处理和分析，构建了区域水安全格局的综合评估模型。此外，研究还引入了Mann-Kendall和Pettitt趋势突变测试，以评估水资源供需矛盾的强度和变化点。

#### 水资源安全格局分析

通过构建综合阻力面，研究进一步分析了水安全格局的空间特征。低阻力区主要分布在松花江、黑龙江和乌苏里江及其支流（如汤旺河和乌肯河）沿岸，这些区域由于密集的水系、稳定的径流和完善的湿地生态系统，具有较强的生态连通性和物质循环能力。高阻力区则集中在三江平原周边的山地和城市建成区，这些区域由于地形陡峭、地表径流迅速，以及农业扩张导致湿地向农田的转化，使得自然水系统受到干扰，生态连通性下降。

#### 生态廊道与节点分析

研究通过整合水流物理特性和生态系统服务流动特性，构建了“源-汇”廊道系统。这些廊道连接了水资源盈余区和需求区，为区域水资源管理提供了重要的路径信息。通过最小累积阻力模型，研究还识别了关键的生态节点和预警节点。这些节点由于其较高的水流量和生态服务的重要性，需要特别关注和保护。

#### 管理建议与政策支持

研究建议通过工程措施、政策管理和监测治理三个方面来应对三江平原的水资源问题。工程措施包括加强大型和中型灌溉区的改造，如实施“三水联调”模式，以减少对地下水的依赖。政策管理方面，需要建立严格的水资源管理体系，设定明确的总用水控制指标，并在达到或超过这些指标的地区限制新的取水项目。同时，调整农业种植结构，如减少水稻种植面积，增加豆类等旱地作物的种植比例，以降低整体用水需求。

监测治理方面，需要加强地下水监测，建立全面的水资源使用和保护评估体系，以确保项目的长期效益。此外，应实施“河长制”以提高水资源调配能力，确保地表水和地下水的合理分布。同时，通过加强生态节点的保护，如防止城市扩张对河岸湿地的侵占，实施生态屏障与缓冲区相结合的防控体系，以及优化水系统网络拓扑结构，以增强系统的韧性。

#### 创新与展望

本研究在方法上进行了创新，特别是在水资源供需格局的动态分析和生态节点的识别方面。通过整合MK趋势突变测试和PET突变点测试，研究不仅揭示了水资源供需矛盾的时间变化，还分析了其空间演变。然而，未来的研究仍需进一步优化识别算法，以提高风险区识别的效率。此外，需要加强模型参数的确定方法，提升水产量模块的准确性，并与物理模型相结合，以增强模拟结果的可解释性和精度。

总之，三江平原的水资源安全格局研究不仅揭示了区域水资源供需矛盾的动态变化，还为水资源管理和政策制定提供了科学依据。通过识别和保护水资源风险区，可以有效缓解水资源供需矛盾，促进区域可持续发展。