考虑生态边际效益的半干旱寒区水资源协同配置研究——以洮儿河流域向海湿地为例

针对半干旱寒区洮儿河流域生态补水与农业灌溉的水资源竞争问题，本研究构建耦合自然-社会系统的WEP-L模型，提出基于生态边际效益(如鸟类保护价值13,800元/只)的动态分配方案：平水年生态补水1.04×108 m3、农业供水5.16×108 m3，枯水年调整为0.94×108 m3与3.60×108 m3，为寒旱区湿地保护与农业协调提供科学范式。

　　

在气候变化与人类活动双重压力下，半干旱寒区的水资源矛盾日益尖锐。以中国东北洮儿河流域为例，这座横跨内蒙古与吉林的典型寒旱区流域，正面临湿地生态补水、农业灌溉与社会用水的"三重博弈"。尤其向海湿地——作为东亚-澳大利西亚候鸟迁徙路线上的关键节点，其核心区水面面积从历史峰值持续萎缩，导致白鹤等珍稀鸟类栖息地丧失。更棘手的是，现有研究多将生态需水视为静态基准，既未考虑水文年际波动对湿地生态效益的非线性影响，也未能解决察尔森水库在枯水年"保生态还是保农业"的决策困境。

针对这一科学难题，中国某研究团队在《Ecological Indicators》发表最新成果。研究团队创新性地将微观经济学边际效用理论引入生态水文模型，构建"鸟类-水面面积-补水效益"的量化链条：通过2012-2017年野外观测数据，首次建立向海湿地秋冬季水面面积与次年鸟类数量的二次函数关系（N_b = -0.0085A_aut^pre2 + 124.8A_aut^pre - 10375），进而推导出每增加1m³生态补水的边际效益达103,854,522元。

研究关键技术包括：(1)基于SRTM DEM和11个气象站数据构建WEP-L分布式水文模型，在洮南站和白音胡硕站验证中Nash效率系数>0.75；(2)耦合察尔森水库调度规则，设置生态基流(1.74×10⁸ m³)、湿地补水和农业用水三级优先级；(3)采用CMIP6 SSP2-4.5情景预测2021-2060年水资源变化。

【研究结果】
3.1 模型验证与供需平衡
WEP-L模型成功模拟洮儿河自然-社会水循环耦合过程（洮南站NSE=0.79）。察尔森水库平水年可供水量8.07×10⁸ m³，但满足生态基流后，农业与湿地补水缺口达0.84×10⁸ m³（缺水率9.43%）。

3.2 效益均衡的年尺度分配
边际效益分析显示：平水年优先满足湿地1.04×10⁸ m³补水（保障率100%），农业获5.16×10⁸ m³（保障率86%）；枯水年则需平衡调整为0.94×10⁸ m³与3.60×10⁸ m³，避免农业保障率跌破50%的作物减产阈值。

3.3 年内动态分配方案
通过改进WEP-L水库模块发现：枯水年若集中春季补水会导致6-7月农业用水危机。优化方案将20%补水调整至秋季（9-10月），使农业保障率从77%提升至86%。

3.4 气候变化影响
CMCC-ESM2模型预测2021-2060年水资源呈增加趋势，但不同模型差异显著（如BCC-CSM2-MR预测降水减少），凸显未来水资源管理的不确定性。

【结论与意义】
该研究突破传统静态生态需水框架，首创"边际效益-保障率"双约束的动态分配模式。提出的"平水年保生态、枯水年保底线"策略，既避免湿地生态系统持续退化（如鸟类数量与水面面积的滞后响应），又防止农业用水崩溃。特别构建的WEP-L-水库耦合模型，为寒旱区多目标水资源管理提供可推广的技术路径。未来需进一步整合湿地碳汇等多元生态价值，并探索人工智能优化算法在复杂气候情景下的应用。