1.2　研究目的及意义

灌区用水安全受供水和需水综合影响，降雨、作物需水和灌溉用水是灌区进行灌溉规划和规避水资源短缺风险的重要依据。灌区的供水主要包括两部分：自然供水和人工供水。自然供水用降雨量表示，人工供水用灌溉用水量表示。降雨量与作物需水量是两个有相关关系的水文变量，能够表征灌区在天然条件下的供水和需水的变化关系。灌溉用水量受降雨、蒸发、气温、作物种类、管理水平、灌溉制度等因素的影响，具有一定的不确定性［14］。灌区进行灌溉调度时，灌溉用水量由降雨量与作物需水量决定，在一定程度上反映出天然条件下的灌区水资源短缺程度。灌区降雨一般可由当地气象部门进行预测，且具有较高的预报精度。然而作物需水受作物生长特性、气候条件、土壤质地等多种因素影响，难以准确量化和预报，由此造成农业需水预测偏差，进而影响灌溉规划［15］。参考作物腾发量是计算作物需水量的重要基础参数，一定程度上可以表征作物需水量的变化。参考作物腾发量及其影响因素均为随机变量，在时序系列变化上具有复杂性与模糊性，如何能够“拨云见日”，掌握随机变化表象下隐藏的多时间尺度波动特征和变化规律，对于提高作物需水量预报精度具有重要作用。受自然地理和气象条件等因素的影响，灌区降雨和参考作物腾发量具有天然的相关性，灌溉用水量又受降雨和作物需水的综合影响。因此将变化环境下的灌区水资源供给与需求相结合，在深入分析降雨量、作物需水量和灌溉用水量不确定关系的基础上，基于灌区降雨、作物需水量和灌溉用水量的统计变化规律和概率分布特征，构建水资源短缺风险联合概率分布模型，分析灌区在不同供需水遭遇情形下的水资源短缺风险，对灌区抗旱减灾以及水资源合理开发利用具有十分重要的理论价值和实践意义。

缺水年份，灌区可供水量的减少要求必须进一步压缩灌区需水，灌区需水结构调整与优化便是减少灌区需水、规避水资源短缺风险的一项重要措施。灌区需水结构调整集中体现在作物种植结构布局上，种植结构调整的原则是在确保粮食安全的前提下，考虑作物需水、供水和缺水规律，根据市场需求，提高耗水少、产量附加值高和销路好的经济作物比例，建立节水高效型种植结构，优化各生产要素的时空配置，充分发挥农业自然资源的生产潜力，最大限度地摆脱水危机。对于水资源短缺地区的灌区水资源利用而言，种植结构调整的方向可简述为在确保粮食安全的基础上，减少耗水大、效益低的粮食作物，增加耗水少、效益高的经济作物。由此可见，种植结构调整与优化不仅可以从根本上减少灌区作物用水需求，缓解水资源供需矛盾，规避水资源短缺风险，而且科学合理的种植结构还能充分减少水量消耗，切实提高水资源利用效率，并由此减少地下入渗水量，减弱土壤盐碱化程度，有利于提高中低产田的粮食产量，且由于种植结构调整的方向多为增加高附加值的经济作物，因此灌区经济效益增加明显。综上所述，将变化环境下的灌区水资源供给和需求相结合，研究既能保证灌区经济效益，又能够提升灌区用水安全的灌区需水结构优化布局，对灌区抗旱减灾以及水资源开发利用活动的合理调控具有十分重要的理论价值和实践意义。

我国北方灌区农业水资源更容易受到气候变化的影响。因此本书研究项目以河南省大型灌区—陆浑灌区作为研究对象，通过集对分析法、协整理论等现代数学理论与方法逐步探索气候变化条件下灌区天然来水、灌溉用水量与作物需水量的随机性，并量化三者之间的不确定性；深入分析灌区主要水文气候要素的演变规律及其对灌区供需水的影响，并对灌区作物需水与供水的不确定性进行深入剖析；运用Copula函数建立基于灌区水资源供需时序的联合概率分布模型，用以对灌区水资源短缺风险进行分析；根据灌区未来发展规划，设置种植结构调整方案，比选与调控不同种植结构调整方案下的水资源短缺风险，以期为进行灌区种植结构调整、缓解灌区水资源供需矛盾提供科学依据，为灌区水资源的高效利用及灌区抗旱提供可靠的技术支撑。因此，开展变化环境下的灌区水资源短缺风险分析不仅有助于加强认识灌区水资源与农业生产的作用关系，而且对科学评价气候变化下灌区农业的用水安全有着重要的理论意义，在保障灌区农业用水安全的同时，对促进农业结构的调整及形成高效的现代化节水农业有着重要的指导作用，同时对灌区以后应对变化环境下的水资源短缺、水资源的安全供给及抗旱规划的合理制定有着重要的实际意义。