干旱内陆河灌区灌溉条件下土壤水盐运移规律分析

利用中子水分仪和负压计对干旱内陆河灌区田间土壤水、盐及地下水动态进行监测,结果表明：在全生育期里,积盐脱盐交替频繁,交替周期与灌水周期对应;超大水量冬灌方式是导致灌区土壤盐渍化恶性循环的主要原因;对农田土壤盐分的定点实时监测,能够定量表征农田生态环境状况优劣;地下水位埋深变化,可警示农田盐渍化的演变,对调整灌溉定额采取预防措施有指导意义。     

干旱区滴灌条件下土壤水盐运移规律探析

通过对干旱内陆河灌区田间土壤水、盐及土壤肥力动态监测试验分析,结果表明：在干旱内陆河灌区,棉花全生育期里,灌水前后土壤盐分变化明显,积盐脱盐交替频繁。土壤的肥力对土壤盐分的影响很大。通过对干旱内陆河灌区土壤水盐运移规律的研究和分析,可以为合理灌溉和防止土壤次生盐渍化提供科学依据,为当地农业生产作出指导,具有一定的现实意义。     

基于DRAINMOD模型估算灌区浅层地下水利用量及盐分累积

在灌溉季节,尤其是下游灌区,农田地下水位较高,作物可就地利用部分浅层地下水,从而减少灌溉需水量,达到节水减排的双重目的。大田作物对浅层地下水利用量的估算是合理制定灌溉淋洗制度及控制土壤盐碱化的前提,但其估算存在一定困难。该文假设当农田灌溉、排水等水文气象条件一致时,某一作物对浅层地下水的利用量等于该田块有、无作物(即裸地)2种情况下造成地下水位差异的水量。据此,首先建立了浅层地下水利用量的计算模型,并以某一半干旱灌区为例,利用田间水文模型-DRAINMOD模拟出有、无作物2种条件下农田地下水位变化过程,然后,计算了棉花、小麦轮作期内对浅层地下水的利用量;在此基础上,进一步分析了浅层地下水利用条件下土壤剖面的盐分平衡。结果显示,该文提出的计算模型能够较好的反映大田实际情况;研究时段内,田间地下水埋深平均值为2.1 m,单位面积上作物利用浅层地下水量为305.8 mm,主要发生在作物生长阶段,其中棉花生长季内地下水利用量约为160 mm。盐分平衡计算结果显示,浅层地下水的利用使得水位以上土壤剖面盐分含量增加,但1 m以内根区土壤盐分在降雨和灌溉作用下得到一定的淋洗,未超出作物耐盐极限,不会对产量造成显著影响。研究成果可为相关灌区制定合理的灌溉制度及提高水资源利用效率提供科学依据。     

内蒙古河套灌区灌溉入渗对地下水的补给规律及补给系数

为准确估计内蒙河套灌区灌溉水入渗补给地下水量,采用试验研究与数值模拟相结合的方法,分别根据灌水前后地下水位变化和土壤含水率变化计算了灌溉水入渗补给地下水系数,并依据土壤水动力学原理,采用数值模拟验证,得到作物生育期灌溉补给地下水系数为0.15,秋浇灌溉补给地下水系数为0.3。河套灌区地下水位埋深相对较浅,通过灌水前后的土壤含水率变化情况和数值模拟结果显示,灌水2～4 d补给地下水量达到最大,8～10 d后即完成对地下水的入渗补给,不同灌水量灌溉水入渗规律基本一致,入渗补给量和入渗时间与灌溉水量直接相关。研究结果将为确定维持灌区生态环境良性发展的引水量阈值提供参考。     

关中平原灌区地下水电导率时间变化特征分析

不合理的灌溉方式使我国干旱半干旱地区土壤次生盐渍化问题加重,已成为该地区灌溉农业发展和生态环境质量的制约因素,研究地下水电导率的时间变化对指导灌区农业灌溉具有重要意义。基于对洛惠渠灌区51个观测井地下水电导率的长期监测结果,利用Spearman秩相关系数法和相对差分法分析了地下水电导率的时间稳定性特征。结果表明:洛惠渠灌区地下水主要是微含盐水和中含盐水,其电导率随时间呈现出一定的变化,电导率值越大,其值随时间的变化也相对越大。51个井点的地下水平均电导率在整个监测期间没有呈现增大的趋势,但地下水电导率呈中等变异,变异系数的范围为61%～72%。地下水电导率的Spearman相关系数变化范围为0.81到0.98(p0.01),这表明监测井点地下水电导率时空格局的稳定性较强。2#井点是洛惠渠灌区地下水平均电导率的代表性位置点,基于2#井点的电导率预测值与研究区地下水平均电导率的实际值差异不大。因此,基于洛惠渠灌区地下水的电导率在时间上的稳定性,通过确定地下水电导率代表性位置及该点平均电导率可以快速有效地监测该区地下水平均电导率变化,从而为确定灌溉时间提供科学指导。     

利用地下水模型模拟分析灌区适宜井渠灌水比例

为了获取泾惠渠灌区适宜井渠灌水比例,科学合理地确定农业节水方案,该文综合应用ArcGIS和PMWIN地下水模拟软件建立了灌区的地下水分布模拟模型,根据灌区历年农业用水实际情况设定了10种灌溉情景模拟灌区地下水位的变化趋势,通过地下水模型分析研究了灌区井渠灌水比例。利用VB程序语言改写EVT蒸发蒸腾子程序包,使其能模拟非线性蒸发,潜水蒸发量计算精度得到较大改进。研究表明:1)渠首有效灌溉引水量在3.7～4.1亿m3,井渠灌水比例控制在0.35～0.55,基本可以保持灌区地下水采补平衡;2)渠首有效灌溉引水量在1.5～2.0亿m3,井渠灌水比例控制在0.5～0.7,也能实现灌区地下水采补平衡;3)目前井渠灌水比例在0.9～1.2,已引起灌区地下水超采。建议井渠灌水比例控制在0.5～0.7,加大农业节水力度、增加水价财政补贴、进行地下水人工调蓄,实现灌区水资源高效持续利用。     

青铜峡银北灌区井灌井排水盐运动数值模拟

为了配合全国大型灌区的节水改造，给不同优化灌溉模式的推广提供科学依据，运用HYDRUS程序，对青铜峡银北灌区小麦套种玉米地的灌溉进行了多方案的一维水盐运动数值模拟。针对灌区土壤地下水位高、地下水矿化度高、潜水排泄以蒸发为主等原因，研究了基本灌溉模式、井渠结合灌溉模式的改变对不同程度盐碱地改良的效果，提出适合银北灌区不同盐碱地的灌溉制度。     

土壤水盐与玉米产量对地下水埋深及灌溉响应模拟

引黄水量的削减将进一步加剧宁夏银北灌区农业用水短缺问题,合理应用地下水进行灌溉对保障作物产量具有重要意义。为探究地下水灌溉条件下土壤水盐与作物生长的互馈机制,该研究修正了HYDRUS-1D的土壤蒸发模块,并嵌入可模拟作物生长与产量的EPIC模块,以此提高该模型在农田水文过程模拟中的适用性。采用2008年银北灌区不同水质灌水处理的玉米田间试验数据对模型进行了率定与验证。进一步应用该模型探寻地下水灌溉条件下,土壤水盐动态及玉米产量对地下水埋深变动及灌溉的响应规律。结果表明,玉米产量随地下水埋深增大呈现先增后减趋势,为保障玉米产量应将地下水适宜埋深控制在140~155 cm,且灌水量不宜低于现状灌水量,即玉米生育期内灌3水,每次900 m3/hm2。该研究对干旱银北灌区农业生产具有重要意义。     

盐分再分配条件下河套灌区冲洗水量的数值模拟

该文旨在探讨干旱缺水地区长期灌溉条件下,合理解决节水灌溉与冲洗灌溉间矛盾的途径,为在该地区实施节水灌溉战略提供理论依据。采用修正的对流扩散模型(SOTR)及特征有限元方法对中国内蒙古河套灌区冲洗—蒸发条件下的冲洗定额进行数值模拟研究。并用γ射线测定土柱土壤水盐运移结果标定了数值模拟结果。重点分析了基于土壤水动力学与溶质动力学原理,再灌溉冲洗与再分配条件下,均质垂直剖面上溶质运移过程;长期灌溉条件下,干旱地区土壤盐分布与冲洗定额、初始土壤盐分含量、地下水位埋深及地下水矿化度间的内在联系;在此基础上,确定节水灌溉条件下河套灌区最优的冲洗定额。该成果对于促进该地区农业可持续发展具有一定的指导意义     

洛惠渠灌区水土化学特性分析

为了深入了解洛惠渠灌区土壤盐碱化程度,分别测试了2004年实地采集的63个土壤样品和71个地下水样品,测定项目分别为土壤含盐量、碱化度、阴阳离子含量和地下水化学成分,并分析了该灌区土壤盐碱化现状以及地下水水质状况.结果表明,洛惠渠灌区土壤盐碱化较明显,盐渍化土壤分成盐土和碱土两类,主体成分为钠(钾)、钙的硫酸盐和碳酸盐;而地下水化学类型基本属于氯化钠-硫化钠型.通过计算其钠吸附比和镁系数可以推知该灌区地下水大部分对灌溉作物有不利影响,并且对土壤有进一步碱化的威胁.因此,有效控制该灌区地下水位是治理土壤盐碱化的重要措施,还要考虑不同区域土壤易溶盐含量,作物耐盐碱性等因素.应当综合工程、生物、化学等方法来改良利用盐碱土地,方能起到事半功倍的治理效果.     

季节性冻融区井渠结合灌域地下水动态预报

该文以河套灌区永济灌域为研究对象,建立考虑冻融影响的分段式水均衡模型,预报12种井渠结合节水情景的地下水动态响应。结果表明:冻融期间气温对地下水埋深的影响在时间上滞后46.5 d,两者相关关系明显;地下水开发利用越多、秋浇采用黄河水的比例越小,节水规模越大,同时地下水位下降越明显。12种节水情景中,节水规模占现状引水量的5.7%~15.5%,全灌域平均地下水埋深增加0.05~0.24 m,井渠结合区地下水埋深增加0.16~0.38 m;灌域引黄水量与地下水埋深关系用二次函数进行拟合,决定系数R~2达到0.88以上;灌溉水利用效率的提高以及地下水位下降引起潜水蒸发的减小是井渠结合节水的实质。分析结果表明,考虑冻融影响的水均衡模型简单实用,可为中国西北干旱半干旱地区开展井渠结合地下水响应预报提供参考。     

关于发展农业节水灌溉的建议

本文提出了农业节水的关键是：节水的主要潜力在河水灌　区，要按农业用水需要量控制灌溉水量，要在河水灌区积极开发利用浅层地下水和微咸水，　发展井渠结合灌溉的统一管理并改革水价．     

地下水作用下微咸水灌溉对土壤及作物的影响

随着微咸水灌溉面积逐年增加,不合理的灌溉对土壤环境造成了不同程度的污染。该文采用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水灌溉夏玉米对土壤-作物系统环境因子的影响。研究结果表明：在地下水水位低于3 m地区进行微咸水灌溉,0～100 cm的土层内不会形成严重的积盐现象。当灌水水质为4 g/L时,灌水水质对土壤盐分环境的影响大于地下水埋深对其的影响。地下水埋深越深,夏玉米叶面积指数、株高及产量越小,且随灌溉水盐分水平的增加而减小,地下水埋深对夏玉米形态指标的影响大于盐分水平对其的影响。     

Simulation of the effect of irrigation on the hydrologic cycle in the highly cultivated Yellow River Basin

To account for complex and diverse water system involving river dry-up, groundwater degradation, agricultural/urban water use, and dam/canal effects in heavily irrigated Yellow River Basin, this study coupled NIES Integrated Catchment-based Eco-hydrology (NICE) model series with more complex sub-models involving various factors (NICE-DRY). The model reproduced reasonably evapotranspiration, irrigation water use, groundwater level, and river discharge during spring/winter wheat, summer maize, and summer rice cultivations. Scenario analysis predicted the impact of irrigation on both surface water and groundwater, which had previously been difficult to evaluate. The simulated discharge with irrigation was improved in terms of mean value, standard deviation, and coefficient of variation. Another scenario analysis of conversion from dryland to irrigated fields predicted that the effect of groundwater irrigation was predominant in the middle and downstream and the resultant groundwater degradation predominantly, where surface water was seriously limited. Simulated dry biomasses of wheat and maize were linearly related to Time-Integrated Normalized Difference Vegetation Index (TINDVI) estimated from satellite images. Temporal gradient of TINDVI during 1982-1999 showed spatially heterogeneous distribution and increasing trends in the wheat and maize fields, indicating that the production increases were related to irrigation water and the resultant hydrologic changes. This integrated approach could help to estimate a close relationship between crop production, hydrologic cycle, and water availability, and predict heterogeneous vulnerability of water resources. Because this region experienced substantial river dry-up and groundwater degradation at the end of the 20th century, this approach would help to overcome substantial pressures of increasing food demand and declining water availability, and to decide on appropriate measures for whole water resources management to achieve sustainable development under sound socio-economic conditions.     

再生水灌溉区农田包气带及地下水中硝酸盐分布特征及来源研究

本文通过对华北平原典型再生水灌溉区(河北省石家庄洨河流域)的包气带土壤、地表水和地下水进行采样分析,对硝酸盐在多种环境介质中的来源与环境行为进行了研究,识别了再生水灌溉区地下水硝酸盐污染来源,明确了不同灌溉条件对包气带土壤中硝酸盐迁移的影响。在受到城市再生水严重影响的洨河流域,地下水中的硝酸盐浓度分布范围在4.0 mg·L?1到156.6 mg·L?1之间,已经形成了距离河道2 km、深度70 m的硝酸盐高值区域,经过计算硝酸盐的垂向扩散速率为每年1～2 m。硝酸盐与氯离子的相关性表明,城市再生水是再生水灌溉区包气带、地表水和地下水中硝酸盐的主要来源。利用Geoprobe获取利用不同灌溉水农田土壤剖面样品,研究再生水对厚包气带NO3?-N垂向分布影响,再生水灌溉区和地下水灌溉区中包气带土壤的NO3?-N的平均含量为137.0 mg·kg-1和107.7 mg·kg-1,最高含量523.2 mg·L?1和725.9 mg·L?1,分别出现1.20 m和0.85 m深度,分布规律有着明显的差别。包气带土壤硝酸盐与氯离子的相关性分析表明,再生水灌溉区土壤硝酸盐主要来源于城市再生水,而地下水灌溉区可能来源于农田氮肥。地下水年龄和硝酸盐之间关系表明,地下水中1975年以前补给的硝酸盐浓度低于1975年以后补给,地下水硝酸盐污染与包气带氮入渗的历史过程密切相关。在华北平原特殊的地质水文背景下,农田面源污染对地下水的影响有限,但再生水灌溉区地下水硝酸盐污染的风险较高。     

自然-社会水循环模型估算平原-丘陵-湿地区水稻种植潜力

自20世纪中叶以来在平原-丘陵-湿地区随着井灌水稻热的兴起,水稻种植面积急剧扩大甚至超过此类地区水稻种植潜力,引起了湿地面积萎缩、地下水水位下降和水质恶化等问题。为解决这些问题,该文构建自然-社会二元水循环模型揭示人类影响下的平原-丘陵-湿地区水循环机理,进而推算适宜的水稻种植面积。首先,利用数值法构建了基于栅格的分布式水文模型,然后在此模型中嵌入人类活动影响模型从而构建了二元水循环模型。根据水稻种植潜力阈值抽取河道水量极值、地下水最大埋深、地下水最大降深和最大地下水开采量等因素与旱田作物种类组合了18种情景模式。在满足控制阈值条件下,依据多年平均日降雨、蒸发和情景模式利用二元模型计算了各种情景的水田种植潜力,由潜力分析得:18种模式地下水最大埋深在5.17～7.49 m之间,地下水最大降深在1.67～3.73 m之间;水田处最大坡度范围0.028～0.053;河道引水量占河道水量的50%～70%;地下水开采比例在79%～112%间;水稻种植潜力为28.36万hm~2～54.12万hm~2,来自旱地面积为21.05万hm~2～40.32万hm~2,来自未利用地面积为5.68万hm~2～11.09万hm~2。以情景模式17为例在水田生育期内对河道生态需水量、地下水水位和旱地作物蒸发等进行了检验,验证得到:整个水稻生育期内分区流域地下水埋深均小于7.12m,开发水田的分区流域基流比最小值为33.45%,分区流域旱田平均蒸发与1990年土地类型情景下的分区流域旱田平均蒸发的比值大部分位于0.98～1.05,说明水稻生育期内情景17对河道水量和地下水水位的影响在控制范围内,对旱田蒸发影响比较小,因此情景模式17的水稻种植潜力是可行的。研究可为描述平原-丘陵-湿地区的水文循环过程和推求水田开发潜力提供依据。     

考虑季节性冻融的井渠结合灌区地下水位动态模拟及预测

该文以季节性冻融灌区内蒙古河套灌区为研究对象,建立灌区冻融期地下水补排模型,与三维地下水数值模型相结合,构建适用于季节性冻融灌区的生育期-冻融期全周年地下水动态模拟模型。采用河套灌区2006—2013年灌区实测地下水埋深对模型进行了率定和验证,并针对河套灌区不同地下水矿化度可开采区(分别为2.0、2.5及3.0g/L)、不同渠井结合比设置了18种井渠结合节水情景,对其地下水动态进行了预测。结果表明,该文构建的冻融期模型能准确反映其地下水动态过程;井渠结合后地下水埋深变化与井渠结合区地下水开采利用的矿化度上限和渠井结合比有关,井渠结合区地下水矿化度上限越大,渠井结合比越小,地下水埋深增加越多;实施井渠结合后,灌区生育期平均地下水埋深增加0.103~0.445 m,秋浇期增加0.076~0.243 m,冻融期增加0.096~0.216 m;从空间上看,全灌区年均地下水埋深增加0.096~0.316 m,井渠结合区增加0.346~0.635 m,非井渠结合区变化较少,一般不足7 cm。该文为季节性冻融灌区开展大规模井渠结合灌溉提供参考。     

近60年鄯善县地下水补排量演变与坎儿井流量衰减关系

为揭示干旱区地下水补排量演变规律及其与坎儿井流量衰减的关系,通过梳理1949年以来鄯善县水资源开发利用、地下水资源调查评价资料,分析了地下水补排量的变化,划分地下水补排量演化的阶段。利用双变量相关分析法,分析了地下水主要补排量演化与坎儿井流量衰减之间的关系,并分析了其原因。结果表明：1）鄯善县地下水补排量的变化主要受人类活动影响,气候变化的影响微弱,且主要补排量变化的突变点与国家实施改革开放、西部大开发等政策的起始点相一致,政策是人为因素中的关键因素;2）坎儿井出流量与河道渗漏补给量、渠道渗漏补给量、田间入渗补给量、机井地下水开采量之间的相关系数依次为0.312、?0.327、?0.574、?0.959,说明坎儿井流量的衰减主要受机井开采地下水影响,其次为田间入渗补给量,河道和渠道（干支渠）渗漏补给影响较小;3）坎儿井出流量与地下水补排量的响应关系主要由其空间分布位置决定。该研究对坎儿井保护和超采区治理提供参考。     

石羊河流域绿洲农业发展对地表水与地下水转化关系的影响

基于绿洲农业发展对水资源的依赖性，分析了天然河道渠网化、灌溉面积扩大、渠道引水量增加、渠系高标准衬砌及地下水大量开采对流域平原区地表水与地下水转化关系的影响。结果表明：绿洲农业对水资源的开发利用，在造就了高效和集约化绿洲农业生态系统的同时，也使地表水与地下水之间的转化条件、转化数量及水体质量发生了明显变化，其负面效应已引发了严重的生态环境问题，并直接威胁着绿洲的稳定和发展。     

A Case of Hydrochemical Characterization of an Alluvial Aquifer Influenced by Human Activities

21 physico-chemical parameters have been determined in 47 groundwater samples collected in October 1994 from the alluvial aquifer of the Pisuerga river, located at the north-east of Valladolid (north-western Spain). Conventional hydrochemical methods and multivariate statistical analysis have been used to discriminate natural phenomena and pollution processes in the area. It has been demonstrated the existence of a heterogeneity in groundwater mineral contents related to anthropic actions such as irrigation, source of irrigation water and location of polluting sources. This study demonstrates the existence of two sub-units in the alluvial aquifer (left and right river banks) with different hydrochemical characteristics, and identifies three different singular areas in the left bank. Groundwater from this bank showed higher levels of dissolved ions caused by concentration processes derived from the predominant use of groundwater for crop irrigation, whilst in the right bank of the aquifer less saline water from canals is used. Degradation of groundwater quality has been observed in some areas of the left aquifer sub-unit (north, Santovenia and south-central sites) where anomalous high concentrations of sulphate, sodium, chloride and nitrate were measured, and can be related to the presence of potentially polluting sources such as leachates from industrial waste disposals, sewage effluents and use of organic and inorganic fertilizers.