摘要
近年来，随着人类活动范围的增大和影响程度的加强，人类活动逐渐成为影响流域社会-经济-生态环境变化的重要因素。充分认识人类活动影响，开展耦合人类决策行为的流域水资源管理研究，能够帮助制定更加合理、有效的取水、用水、分水策略，实现流域社会-经济-生态环境的协调可持续发展。 黑河流域是地处我国西北干旱地区的第二大内陆河流域，自二十世纪六十年代开始，人类因素开始主导流域水循环过程，对水资源的过度开发和利用，造成了一系列的生态环境问题，中下游供需水矛盾不断激化。为了遏制生态环境恶化，缓解中下游水事矛盾，黑河流域自2000年起，实施生态分水工程，开展流域水资源的统一管理和调度工作。 基于上述研究需求和背景，本研究以黑河流域为例，通过选取社会、经济、生态、水文等指标，系统分析生态分水工程对黑河流域的影响，明确人类活动和决策行为的转变方式;根据分析结果，以人类决策行为对水资源系统的影响为问题导向，基于多主体建模方法(Agent-Based Modeling，ABM)，构建耦合人类行为特征和决策过程的农户作物选择和用水行为模型;将农户作物选择和用水行为模型应用于黑河中游张掖绿洲，开展耦合人类决策行为的农业水资源管理研究，主要研究内容及结果如下: 1.生态分水工程背景下黑河流域的社会-经济-生态环境变化。综合社会、经济、生态、水文等数据，系统分析了黑河流域在生态分水工程背景下的社会-经济-生态环境变化，对黑河流域管理现状有了一个全面、清晰的了解，明确了当前水资源管理中可能会面临的新问题，以及人类活动和决策行为在其中扮演的重要角色，结果表明: (1)生态分水工程的实施促进了中下游核心绿洲区的发展和变化。政策是引导人类活动的重要因素，在生态分水工程及相关政策的推动下，黑河干流的区间分配方式发生了改变，从而约束人类活动，造成了中下游绿洲的用水结构、作物结构以及产业结构的变化，而这种变化又会再次造成黑河干流的时空再分配，形成了一种反馈机制，在此相互作用的过程中，人类行为和决策发挥着重要的作用: (2)生态分水工程成效卓著却带来了新的问题。生态分水工程的实施使流域的生态环境恶化问题得到了及时有效的遏制，下游生态环境得到有效恢复，也给下游的社会经济发展带来了新的生长点。但是由于未考虑人类决策行为的转变，可能会导致新的问题，如:中下游农户作物种植和用水行为的转变，会造成地下水过采，局地生态环境退化，耕地扩张，生活生产用水侵占生态用水等一系列问题。 2.农户作物选择和用水行为模型框架及构建。以人类决策行为对水资源系统的影响为问题导向，基于多主体建模，结合贝叶斯学习、风险投资理论和两阶段优化方法，定义了农户的风险预测和风险容忍两种行为特征，构建了农户作物选择和用水行为模型，结果表明: (1)多主体建模能够实现人类行为特征和决策过程的显式表达。通过贝叶斯学习理论和风险投资理论定义了农户风险预测和风险容忍两种行为特征，通过行为参数可以定义不同类型的农户，通过两阶段优化理论，实现了对农户作物选择和用水决策过程的模拟，最后通过多主体建模实现了对人类行为特征和决策过程的显式表达; (2)多主体建模能够实现对“人类-自然耦合系统”的分解。多主体建模中的主体、环境和交互规则正好对应人类、自然及其互馈关系，通过分析主体、环境和交互规则的属性、关系和方法能够实现对“人类-自然耦合系统”的分解和描述。 3.农户作物选择和用水行为模型应用与评估。选取黑河流域人类活动最为强烈的中游张掖绿洲，根据数据评估结果和研究区现状，制定了六种水资源管理情景，通过两种典型的农户和作物，详细探讨了不同类型农户的决策与行为对于作物结构、经济收益和实际用水的影响，以及水资源管理政策响应的时空特征和差异，结果表明: (1)不同类型农户的作物结构、经济收益和实际用水量存在明显差异。农户类型Ⅰ以高收益为目标，其决策行为更加激进，导致作物结构呈现单一化特点，经济收益更高但波动性更强，实际用水量更多;农户类型Ⅱ以稳定收益为目标，其决策行为相对保守，作物种植结构呈现混合结构，经济收益较低却相对稳定，实际用水量相对较少; (2)不同类型农户对于水资源管理政策的响应存在明显差异。水量控制等水资源管理政策对于农户类型Ⅰ更加有效，而对于农户类型Ⅱ，采取社会、经济有关的政策可能更加有用，表明水资源管理政策在制定时需要考虑用水者的行为特征才能更加行之有效; (3)行为特征的影响表现出显著的空间异质性。将农户决策结果自下而上的聚合时发现，农户行为特征的影响在灌区层面、县区层面和整个研究区层面表现出明显的空间和尺度差异，表明行为特征对农户决策行为的影响程度还会受到区位等条件的影响，在水资源管理政策的实际制定过程中需要对每个区域的区位特点加以考虑。 综上所述，本文采用宏观分析和微观模拟相结合的方式，从“人类与自然耦合系统”的视角研究了黑河流域人类活动及行为决策与流域水资源系统之间的相互作用机制。首先，通过对生态分水工程背景下黑河流域的社会-经济-生态环境发展和演变特征的系统分析，明确了人类决策行为在流域水资源管理中的重要性;其次，从“人类-自然耦合系统”的视角出发，基于多主体建模方法实现了人类行为特征和决策过程的显式表达;最后，将理论研究与实际应用相结合，开展了耦合人类决策行为的干旱区流域农业水资源管理研究，揭示了人类微观决策行为与流域水资源系统之间相互作用。本研究结果和结论将为黑河流域及国内外相关区域制定合理有效的水资源管理政策提供参考，为实现和保障流域社会-经济-生态环境的协调与可持续发展提供支持。
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