基于地下水数值模拟的宝山农场引江灌溉模式研究

【目的】确定宝山农场合理的农业引江灌溉模式,为区域水资源优化配置提供科学依据。【方法】针对松花江流域引江灌溉产生的地表水和地下水的综合开发利用问题,利用三江平原水文地质资料和宝山农场地下水水位长系列实测资料对MODFLOW-2000模型进行了参数识别、验证及模型敏感性分析,并模拟分析了4种情景对宝山农场地下水水位的影响。【结果】构建的地下水模拟模型能够反映灌区井群地下水位的实际变化过程。敏感性分析表明,长序列地下水变化过程及地下水位分布情况受初始地下水位影响很小;说明当研究区域内利用地下水灌溉及部分地区(沿江10km)采用引江水灌溉模式时,地下水资源基本上可以维持供采平衡,在保证地下水合理开采的前提下不会发生内涝;而研究区域内均采用引江灌溉模式则会使地下水位-抬高导致内涝,内涝情况随着与河道距离的增加而愈发严重。【结论】引江水灌溉时,需加强对地下水位的观测,当地下水位过高时,应减少引江灌溉用水,适当增加地下水抽取量进行灌溉,以保障研究区地下水和地表水的高效利用。     

邯郸市地下水压采效果简析

邯郸市地处河北省最南部,属极度资源性缺水地区。各种用水量中,农业用水量在所有行业中所占比例最大,特别是邯郸东北部平原地区,由于水资源严重匮乏,不得不依靠大量超采深层地下水来维系,所以要开展地下水超采综合治理,大力推广节水灌溉技术。本文以邯郸市地下水压采项目为基础,分析在此节水灌溉水平下,所能达到的节水量与存在的问题,为今后有关部门的决策部署提供参考。     

土地利用方式对平原-丘陵-湿地交融区水资源的影响

近年来三江平原的平原-丘陵-湿地交融区土地利用方式变化显著,造成地下水水位下降、水资源紧缺等问题,然而揭示该区土地利用方式变化对水资源影响的报道较少,且难于精准描述地表、地下、湿地和绿水等水资源量时空变化。本文联合基于格子波尔兹曼法的分布式TOPMODEL和湿地水流运动模型构建平原-丘陵-湿地交融区水文模型,利用GIS和RS技术,结合地学信息图谱与空间自相关方法,分析了挠力河流域土地利用方式变化及其对水资源量影响。结果表明:根据耕地面积变化和动态度分布得1990—2013年间挠力河流域草地和林地面积变化不大,旱地面积轻微下降;挠力河流域中部与北部区域生产条件优越的未利用地和旱地转为水田;土地利用方式变化对水资源影响由强到弱的顺序为灌溉水田抽取地下水量、绿水储量、径流深、绿水流量、补给地下水量;水稻田不同生育期蒸发量不同,造成了挠力河流域5—6月期间绿水流量增加、绿水储量减少、径流深减少、补给地下水量增加和灌溉水田抽取地下水量增加等趋势,7—8月期间这一增加趋势逐渐减弱,8月后这一趋势结束;水田密集区域绿水流量大,绿水储量和径流深减少,而补给地下水量和灌溉水田抽取地下水量增加。     

农业节水措施对地下水涵养的作用及其敏感性分析

以北京市大兴区为研究区,利用经校验的水平衡模型,通过调整灌溉满足率和灌溉水利用系数,探讨了不同农业节水措施对增加地下水补给量和减少地下水开采量的作用及其敏感性。结果表明,不同水文年型下,降低灌溉满足率及提高灌溉水利用系数都能减少地下水开采量,且降低灌溉满足率对减少地下净开采量的作用更为显著,有利于区域地下水涵养。在参数取值范围内,地下水净开采量对灌溉满足率的敏感性较大,而地下水补给量对灌溉水利用系数的敏感性较高。与提高灌溉水利用系数相比,对资源性缺水区域,采用先进节水技术,适度降低区域灌溉满足率,对促进水资源持续有效利用及加大地下水涵养具有更显著的效果。     

基于供需水量平衡分析的灌区机井布局模式

针对机井布局缺乏合理科学规划,造成的北方灌区地下水采补失调问题,以宝鸡峡灌区为研究区,在灌区地下水资源综合评价的基础上,划分地下水开发利用类型区;以充分灌溉和非充分灌溉条件下的灌区供需水量平衡分析为依据,拟定不同的井灌地下水开采规模方案,并通过地下水数值模拟计算,确定合理的地下水开采规模;运用传统计算方法和基于遗传算法的优化方法计算灌区规划机井数,单井灌溉面积及井距,确定灌区机井合理布局模式.计算结果表明：开采方案Ⅱ（采补平衡）条件下,灌区地下水位埋深年内变幅最小,且呈微小上升趋势,地下水采补基本平衡,缺水率可控制在1%左右,利于涵养地下水源.针对现有机井数量,灌区需做如下调整：塬上灌区需新建机井53眼,塬下灌区需减少机井242眼,以利于灌区合理开发利用地下水资源.     

美国德克萨斯州高地平原区地下水灌溉管理方法研究

德克萨斯州高地平原区是美国灌溉和旱地作物的生产基地,其灌溉水源主要来源于奥加拉拉(Ogallala)地下水含水层。然而,自从1950年灌溉农业发展以来,由于对奥加拉拉含水层地下水的过度开采,使得区域地下水位严重下降,有些地区地下水位下降超过50 m。为了保护地下水资源和实现地下水可持续利用,2000年以来美国德克萨斯州高平原地区在节水压采方面开展了一系列工作,取得了较好的成效。采取的主要措施包括:用德克萨斯州高地平原蒸腾蒸发网络(The Texas High Plains Evapotranspiration Network, TXHPET)进行灌溉及地下水管理,改变作物品种,改进灌溉技术,改变种植结构,保护性耕作方法,加强降雨管理,将小部分灌溉农田转为旱作农田等。该区域1958年的灌溉面积为183万hm~2,1974年灌溉面积达到峰值,为242万hm~2;1989年灌溉面积降为159万hm~2,由于喷灌技术的推广应用,2000年灌溉面积恢复到187万hm~2。1958年大多数灌区为地面灌溉,仅有11%的灌溉面积为喷灌。1974年之后,灌溉总面积在减少,主要灌溉方式转为喷灌,中心支轴式喷灌面积稳步增长。自1989年之后,喷灌在该区域快速发展,2000年喷灌面积已占该区域灌溉面积的72%。早期的喷灌系统在较高压力下运行,自20世纪80年代,低压喷灌系统已全面使用。我国华北地区长期超量开采地下水与美国德克萨斯州高原区地下水超采情况及问题相似。兹系统介绍了美国德克萨斯州高地平原区在地下水超采情况下采取的综合措施拟为我国地下水超采地区的地下水管理工作提供技术与经验参考。     

皖北地区农作物生长与浅层地下水关系研究

皖北地区是我国重要的粮棉产区和食品加工地之一,由于特殊的地理位置和气候条件,浅层地下水是该区农业灌溉的主要水源.农作物生长与浅层地下水关系的实验研究,对于高效合理利用水资源,保障当地粮食生产安全至关重要.开展当地农作物生长和浅层地下水关系的实验研究,可为当地农田地下水合理调控提供基础支撑,解决当地农田水资源问题,保障粮食生产安全.     

基于面向对象的坑塘遥感监测与动态分析

以江汉平原的洪湖市为研究区,利用1990—2009年间的3期Landsat卫星TM遥感数据,基于面向对象的分类方法进行多尺度分割,利用光谱、空间、纹理等特征,并结合专家知识进行坑塘信息提取,对洪湖市坑塘变化状况进行遥感监测和时空演变分析。结果显示:利用面向对象的自动分类方法可以有效提取坑塘信息。洪湖市坑塘面积在1990—2009年间呈现增加趋势,其中1990—2000年与2000—2009年间坑塘面积分别增加了306.53 km2和379.69 km2。坑塘增加面积随着与湖泊空间距离的增加而减少,坑塘的增加主要由耕地、湖泊和河流转化而来。利用面向对象的坑塘信息自动提取可以为区域资源环境调查监测提供参考。     

土壤水资源量分析在确定作物灌溉定额中的具体应用

土壤水为土壤层内的非饱和水体,广泛分布于陆地表层,是地表水与地下水相互转化的纽带,又是植物生长的必要水源,在我国北方地区,降水量较少,水资源贫乏,土壤水资源的多少对农作物种植、生长起着关键作用,特别是在没有灌溉条件的地区尤为重要.对土壤水资源做出正确的评价,是农作物合理布局及制定适宜的灌溉制度,以科学利用水资源的前提.土壤水资源量数量的多少和时空分布特点,决定了农业结构及作物种类,也决定了种植制度和栽培措施.充分合理的利用土壤水资源,是农业生产活动中的重要一环.通过调整种植制度、采用作物品种与土壤水资源分配相吻合等措施,充分利用土壤水资源进行农业生产,尤其是对于水资源短缺的区域,通过调整农业结构,精确确定灌溉定额,可以减少地下水的抽取,提高节水效益,促进水资源的可持续利用.     

基于GMS的邯郸市受水区地下水数值模拟

南水北调工程是缓解我国北方部分地区水资源短缺的特大型水资源配置战略工程.其实施将显著改善我国北方地区的水资源条件及其配置格局,并为受水区生态环境的保护与修复创造有利条件.以邯郸市受水区为研究对象,利用GMS软件对研究区地下水进行数值模拟,并对模型参数进行识别与验证,进而开展整个研究区的水均衡分析工作.结果表明:所建模型较好地模拟了该区的含水层结构、边界条件,所模拟的地下水位与实测水位较为接近,可用于预测不同水源配置方案下未来该区的地下水位变化情况,以此为该区的地下水压采工作提供决策依据.     

河套灌区井渠结合区域分布的确定方法的改进

采用井渠结合是河套灌区缓解农业用水供需矛盾,控制土壤盐碱化的重要措施。通过合理开发利用地下水进行农业灌溉,可高效利用地下水,适当降低地下水位,减少无效蒸发,降低土壤盐碱化,达到节水抑盐的目的。河套灌区水文地质条件十分复杂,确定合理的井渠结合区分布和面积成为研究重点和难点。综合分析了河套灌区大量的水文地质和水化学资料,并结合河套灌区地下水矿化度分区图,确定了3种矿化度开采上限条件下,井渠结合可开采利用区的分布及面积。结果表明,当灌溉用水矿化度上限分别为3、2.5、2g/L时,得到相应的可开采区域控制面积分别为58、41和31万hm~2,并给出了相应条件下井渠结合区的分布范围。     

地下水超采区的优势条件及其利用

分析了山东省浅层地下水超采区在水文地质条件、水资源、经济发展、地下水管理与科研等方面的优势条件,提出了发挥优势条件,通过地下水压采、人工回灌、节水等措施,调控地下水位,改善超采区环境的思路.     

地下水超采区农业种植结构与作物耗水时空演变研究

针对河北省受农业生产活动和降水量变化影响，社会用水与水资源承载能力严重失衡的问题，基于河北省水资源变化特征，利用Penman-Monteith公式和作物系数法计算区域主要作物需水量，分析种植结构变化对灌溉需水量的影响。结果表明：进入21世纪以来，河北省水资源总量、地表水资源量和地下水资源量比1956—2017年年均值分别减少22.36%、42.15%和9.01%，地下水开采量和农田灌溉量逐年下降，但地下水超采量仍高达3.31×109m3，典型深层地下水漏斗区地下水位埋深依然处于60.34~70.46m。同一作物年际间的需水量呈现弱降低趋势，蔬菜、水稻、水果、棉花、薯类、冬小麦、油料、大豆、玉米和谷子的需水量依次降低，分别为750.56~893.09mm、698.25~832.60mm、653.93~773.28mm、506.30~634.23mm、481.42~594.37mm、401.66~504.60mm、406.26~510.68mm、335.28~429.74mm、309.72~399.54mm、269.94~345.77mm。冬小麦的水分亏缺指数最高，为0.72；蔬菜、水稻和水果的水分亏缺指数依次降低，分别为0.47、0.46和0.36。冬小麦、蔬菜和水果年均灌溉需水总量分别占作物总灌溉需水量的46.87%、12.94%和12.24%。与1980—1989年相比，2010—2017年蔬菜和水果种植面积分别增加了186.01%和59.98%，灌溉需水量相应增加了143.75%和18.91%，而其他作物灌溉需水量均有所降低，蔬菜和水果种植面积增加成为农业灌溉需水量保持高位运行的主导因素。从实现主要农产品供需平衡、水资源平衡和国家粮食安全考虑，大幅减少高耗水作物（蔬菜和水果）种植面积是未来降低作物灌溉总需水量的有效途径。在保证京津冀市场需求的基础上，河北省蔬菜和水果的种植面积分别缩减至1.72×105、1.97×105hm2,年灌溉总需水量可减少3.31×109m3。     

基于Visual MODFLOW模型的三湖灌域地下水资源评价

以内蒙古河套灌区下游的三湖灌域为研究背景,采用Visual MODFLOW模型对研究区未来15年的水资源利用及水资源变化趋势作了详细的预测研究。结果显示,到2010年研究区地下水总补给量为9940.76万m3,2015年为8184.34万m3,2020年为6808.72万m3。3个水平年地下水总补给量分别比现状年减少551.68、2308.1和3666.05万m3。3个水平年地下水位下降幅度分别为0.5～2.0 m、0.5～2.5 m之间和0.5～3.0 m之间。到2020年研究区地下水位下降最大达3 m,已接近生态要求最低水位。研究区引黄灌溉水量最少不能低于6000万m3,否则,将会出现地下水量减少、地下水位持续下降的趋势,危及生态环境的安全。     

鲁西北黄河冲积平原引黄灌区农业灌溉模式研究

研究农业灌溉模式对于灌区进行高效节水灌溉具有重要意义。以山东省德州市平原县为研究区,利用模糊综合评价法分析该区地下水水质状况,采用GIS研究该区2000-2009年井灌期3月和9月地下水埋深的时空变异规律,基于以上分析和该区现代化水网灌溉、井灌的现状,提出更加合理的灌溉模式。研究表明:1研究区大部分灌区的地下水水质良好,水温、pH值、盐度、碱度和矿化度均符合农田灌溉水的要求;2研究区10年间(2000-2009年)3月和9月的地下水埋深变化不大,平均埋深较小,分别为2.75和2.97m;2000、2005和2009年3月和9月地下水埋深的分布格局具有一定差异性,年际埋深普遍降低或维持原来的状态,适合地下水开采;3研究区井灌存在诸多问题,但现代化水网灌溉正在大面积推广,灌区可通过水泵并联的方式将井水输送到低压管道中,实现基于水网的井渠混灌。     

考虑地下水人工回灌的灌区水资源管理研究

主要探讨人工回灌情况下的灌区水资源管理问题。将研究区域的整个地下含水层视为单一单元 ,分别介绍了该单一单元的各个输入变量和输出变量 ,基于地下水的水均衡方程 ,得到了可用于对灌区的水资源进行有效管理的数学模型。文中举一示例介绍该模型的应用 ,结果表明该模型可用来确定需要抽取的地下水量以及地下含水层的蓄水量 ,为灌区的水资源规划管理提供有益的指导。     

冬小麦“春浇一水”限水灌溉模式对浅层地下水采补平衡的影响——以河北省太行山山前平原为例

【目的】在粮食生产与水资源支撑能力高度矛盾的河北省太行山山前平原,定量探讨冬小麦生育期"春浇一水"限水灌溉模式可否实现浅层地下水采补平衡。【方法】应用改进的SWAT模型对灌溉量相异的8种情景进行模拟,并对不同灌溉方案的压采与节水效应进行了定量评估,在此基础上针对浅层地下水位止降回升这一约束条件,以冬小麦减产最小为目标,结合0-1规划,在22个子流域对灌溉方案进行了优选。【结果】(1)冬小麦"春浇一水"方案能使得研究区的浅层地下水位下降速度平均减缓至0.34m/a以内,但这将以冬小麦平均减产大约25%～40%为代价。(2)在空间分布上,位于研究区北部的大清河淀西平原具有相对较好的地下水涵养效果,而南部的子牙河平原内冬小麦产量相对更高。(3)优化后"春浇一水"模式的具体区划为:在保定地区的大部分县(市)域,主要推荐实施灌溉定额为50 mm的方案;在邢台和邯郸地区,主要推荐实施灌溉定额为40 mm方案;在石家庄地区的西南部,主要推荐实施灌溉定额为30 mm的方案。【结论】在研究区内大约70%的面积上可通过实施"春浇一水"方案实现浅层地下水采补平衡,本文可为这个浅层地下水严重超采的井灌区为压采而实施冬小麦"春浇一水"限水灌溉模式提供定量化的科学支撑和差异化的推荐方案。     

浅埋区地下水--土壤水资源动态过程及其调控

分析了冬小麦生长期地下水-地下水资源量动态过程和地下水、土壤水分变化特征.结果表明,在地下水浅埋区地下水对土壤水的补给为农田蒸散的重要的水分来源,现行的灌溉制度不考虑这一作用,过多的灌溉量不仅会消弱地下术对土壤水的补给,而且多余的土壤水分还会下渗补给地下水,造成水资源的无效损失和动力能源的损耗.为了提高作物水分利用效率,提出了相应的地下水-土壤水资源调控措施.     

农业水价改革情景中农户的节水意愿——基于河北省地下水超采区的实地调研

农业水价改革是黄淮海平原地下水压采的重要措施之一。基于河北省地下水超采综合治理区的实地调研,运用交叉分析法和二元Logistic模型分析了农业水价改革情景中农户节水意愿的影响因素。调查结果显示75.32%的农户在农业水价改革情景中没有节水意愿。研究结果表明年龄越大、家中有耕地参加休养生息政策的农户,在农业水价改革情景中的节水意愿越强;农户认为冬小麦春灌节水会导致小麦减产的程度越高,节水意愿越弱。因此得出推广农作物抗旱育种技术以及促进田间灌溉技术升级、加强农业节水宣传和培训、设计并实施系统和综合的农业水价改革三点政策含义。     

利用地下蓄水层缓解水资源短缺的探讨

针对辽宁水资源紧缺状况，总结了合理开采利用地下水的益处及不合理开采的确严重后果，建议合理利用地下蓄水层进行人工回灌地下水，促进地表水和地下水的相互转化，提高水资源总体利用率。