河套灌区土壤盐分时空变化特征及影响因素

为了研究河套灌区土壤含盐量演变特征及主要影响因素,以解放闸灌域为研究区,以0~100 cm深不同土层土壤含盐量及引排水量、地下水埋深、地下水矿化度、降雨量、蒸发量等数据为基础,结合研究区耕地及盐荒地面积变化情况,定量估算了2006—2016年耕地及盐荒地1 m深土层平均土壤盐分总量变化,定性分析了土壤含盐量变化动态,建立了1 m深土层土壤含盐量预测模型.结果表明:近10 a来,灌域年均积盐量为57.12万t/a,其中46.12%积累在1 m土层内,其余则迁移至1 m土层以下和地下水中积聚.1 m土层中,耕地盐分整体上减小6.34%,而盐荒地则增加86.8%;主成分分析结果表明灌区地下水埋深、排水量及年蒸发量对土壤含盐量影响最大,其次为地下水矿化度、引水量及降雨量;逐步回归分析表明采用地下水埋深单因子即可预测耕地1 m深土层土壤含盐量,相关系数可达0.732.     

引黄灌区地下水动态变化影响因素及种植结构优化分析——人民胜利渠灌区为例

为了探究人民胜利渠灌区近年来地下水动态变化并通过调整灌区种植结构充分利用灌区水资源,利用ArcGIS和Matlab软件分别对灌区地下水埋深及其影响因素进行分析且构建了灌区优化模型。结果表明,近年来人民胜利渠灌区地下水平均埋深呈明显的增加趋势,中游3区和下游6区地下水埋深较大且中游3区已经形成了地下水下降漏斗;灌区地下水埋深与降雨量、引黄水量和井灌水量有显著的相关关系;根据优化模型,当中游3区和下游6区分别削减种植面积477.84和569.56万m~2,上游1区和中游3区分别削减水稻种植面积14 160.18、101.95万m~2时,可以使灌区有限引黄水量和井灌水量具有最大的效益。     

基于SahysMod模型的节水条件下河套灌区水盐动态模拟

【目的】探明不同节水条件下河套灌区水盐动态的长期演化趋势,为河套灌区适宜节水规模及灌排管理提供数据支撑。【方法】以河套灌区为研究对象,综合考虑气象、水文地质、土壤、灌溉、作物等多因素的空间变异性,结合SahysMod分布式模型与GIS软件,基于2007—2012年和2013—2016年的实测数据对模型进行率定及验证,模拟不同情景方案下的水盐动态变化。【结果】在现有灌排条件下,年排水量呈先减小后逐渐稳定的趋势,年排水量平均值为5.31亿m³;灌区中上游耕地土壤盐分轻微减小,下游明显增加;综合考虑灌区节水与下游乌梁素海生态环境需水,灌区未来引水量在现有基础上最多可减少15%,最多可节约6.46亿m³水量;若田间灌溉量维持不变,渠系水利用系数(η)最多可提高17.6%;当总引水量的削减量相同时,田间灌溉量削减方案对提升灌区排盐能力效果较佳。因此,可优先考虑减少田间灌溉量,其次提高η。【结论】在灌区规模节水的同时,需综合考虑下游生态环境需求,结合灌区实际生态补水条件确定最佳用水管理方案。     

渠道衬砌对农田水土环境的影响研究——以隆胜节水示范区为例

在引黄水量大幅减少且河套灌区大范围实施节水改造工程的背景下,为研究河套灌区渠道衬砌前后对农田水土环境的影响,通过对隆盛节水改造典型示范区的环境效应进行监测分析研究,结果显示示范区环境变化主要与灌水量有关,渠道衬砌有效提高了灌溉水利用系数,对地下水埋深及土壤盐碱化有一定影响。为控制灌区土壤盐碱化,示范区地下水埋深阈值为1.6~1.8 m,西济支渠区域适宜引水量为1 645~1 850万m~3。渠道衬砌后灌区具有535万m~3节水潜力,研究结果将为灌区节水改造提供理论基础。     

灌区渠系引水量及气象因素变化对地下水埋深的研究

为了研究渠系引水量以及气象因素与地下水埋深之间的联系,以河套灌区为研究对象,通过描述性统计分析方法,建立起引水量———地下水埋深、水面蒸发量———地下水埋深关系图。结果表明：在生育期内（4月-11月）,引水量、蒸发量与地下水埋深的区域整体变化趋势较好,相关性显著。因此,充分研究出引水量、水面蒸发量对地下水埋深的关系,将对于灌区地下水的合理开采与配置以及灌区全面实施节水改造工程具有重要的意义。     

变化地下水埋深与灌水量对土壤水与地下水交换的影响

【目的】探究不同地下水埋深和灌水量对土壤水与地下水交换的影响,提高灌溉水利用效率。【方法】在河套灌区开展了不同地下水埋深与灌水量对土壤含水率、地下水埋深及土壤水与地下水交换影响的田间试验,分析变化地下水埋深与灌水量对土壤水与地下水交换的影响。【结果】不同灌水量下,灌水前后0～60 cm土壤含水率变化明显,灌水主要补充耕作层,生育期第3次灌水入渗量约占灌水总量25%,灌水量越大,土壤水对地下水入渗补给量越大。地下水埋深随灌水量增加而显著减小(P0.05),地下水补给量与灌溉量的比值依次为L1处理L2处理L3处理L4处理L5处理L6处理L7处理L8处理L9处理。【结论】在河套灌区年均地下水埋深为1.8 m的区域,生育期单次灌水量110 mm,秋浇300 mm,可显著减少灌溉水下渗,以达到充分利用潜水蒸发,提高水资源利用效率,实现节水增产的目的。     

河套灌区井渠结合地下水数值模拟及均衡分析

建立了河套灌区三维地下水数值模型,用2006-2013年灌区实测地下水埋深资料对模型进行率定和验证,并在规划的井渠结合区内,设置3种不同井灌区灌溉定额和3种秋浇频率,组合共9种井渠结合节水情景,分别分析了9种节水情景下的地下水动态变化.结果表明:井渠结合后全灌区地下水埋深范围为1.863~2.029 m,较现状条件增加0.084~0.250 m;不同灌域结合区井渠结合后地下水埋深差别很大,解放闸结合区地下水埋深最大,为2.308~2.803 m,永济结合区地下水埋深最小,为2.079~2.455 m;井渠结合后,入渗补给量减少2.01×10⁸ ~3.63×10⁸ m³/a,潜水蒸发量减少1.69×10⁸ ~3.03×10⁸ m³/a.     

内蒙古河套灌区地下水埋深时空变化及其驱动因素

河套灌区蒸发量大,降水量稀少并且黄河水资源日益下降,导致灌区水资源短缺,灌区地下水资源量对区域生产生活及经济发展起到重要作用。为了探究河套灌区地下水埋深的时空变异规律,通过收集整理河套灌区各灌域共224眼观测井2008-2018年逐月地下水埋深数据,采用五点三次平滑方法分析各灌域年际与年内地下水埋深变异规律;利用ArcGIS10.2软件绘制各灌域地下水埋深空间变异特性;并结合灰色关联度研究影响地下水埋深变化的主要驱动因素。结果表明,河套灌区地下水埋深总体较浅,但在人为活动与自然条件影响下,灌区地下水开采量逐年增加,导致地下水埋深逐渐下降,并且蒸发量和引黄水量对地下水埋深影响较大。相关部门应尽快采取措施,合理开发地下水资源,有效提升灌区水资源的利用率,保护灌区水生态环境。     

河套灌区井渠结合数值模拟及水资源分析预报

随着黄河水资源逐年紧缺,河套灌区迫切需要提高区内的水资源利用效率。井渠结合采用抽取地下水和引黄水共同灌溉,在不减少灌溉用水的情况下减少了引黄水量,是一种切实有效的节水措施。应用Visual MODFLOW建立了河套灌区的地下水模型,通过对模型的率定与验证,较好地反映了河套灌区实际水文地质条件,可用来预测该地区地下水运动及水资源状况,分析该地区采取井渠结合节水措施后对地下水的影响。模型预测结果表明:河套灌区实施井渠结合节水措施后,可减少黄河引水约4.09亿m3,井渠结合区内生育期平均地下水埋深由2.17 m增至2.68 m,秋浇期由1.91 m增至2.82 m,冻融期由2.28 m增至2.50 m。     

河套灌区地下水适宜埋深、节水阈值、水盐平衡探讨

【目的】分析探讨河套灌区当前地下水适宜埋深、节水阈值和水盐平衡状况。【方法】采用数理统计的方法,对河套灌区1998—2018年的引黄用水量、地下水埋深、水盐平衡等资料进行统计分析。【结果】2016—2018年,灌区由黄河水带来的盐分每年平均约254万t;排入乌梁素海的盐份年均约106万t,每年约有148万t盐分滞留在灌区内,灌区土壤仍然处于连续积盐状态。由于引入和排出大量的生态水,乌梁素海排入黄河的盐分年均188万t,属于脱盐状态,乌梁素海水质持续改善。河套灌区地下水适宜开采量约为3.2亿～3.6亿m3/a,灌区近年地下水实际开采量2016年为2.1亿m3,2017年为2.4亿m3,2018年为2.15亿m3,目前灌区还有约1.5亿m3的地下水开采潜力。【结论】河套灌区目前地下水年均适宜埋深为1.8～2.5 m,认为灌区农业引黄水量下限(节水阈值)约为40亿m3,每年还应该引入3亿～4亿m3的生态用水,用于维持乌梁素海和灌区湖泊湿地的的生态环境。     

内蒙古河套灌区节水工程改造效果分析与评估

以内蒙古河套灌区1982—2012年长系列农业净引水量和年降水量资料为基础,运用均值分析、方差分析、相关分析、时间序列分析和生存分析等数理统计学方法,并结合内蒙古河套灌区农业种植发展进程,分析了河套灌区多年农业净引水量变化趋势与影响因素,得出年降水量(超过211.76 mm时,即丰水年)和节水工程改造分别独立地与农业净引水量呈明显负相关关系的结论。运用时间序列法预测了2013、2014和2015年河套灌区的农业净引水量分别为44.5、44.18和43.86亿m3;同时运用生存分析法预测了在灌区现有节水改造规模条件下,河套灌区农业净引水量区间为35~55亿m3,平均为45亿m3。     

河套灌区不同地类盐分迁移估算及与地下水埋深的关系

针对河套灌区引水量逐年减少、输入灌区的盐分无法有效排出、仅能在灌区内部重新分配的现状,以河套灌区耕地-荒地-海子为研究对象,通过野外实测和室内试验分析相结合,基于地质统计学、溶质动力学理论,研究了耕地-荒地-海子系统土壤剖面、不同土层盐分和地下水盐分的时空变化特征,定量估算了不同时期的盐分变化,揭示了系统盐分的表观平衡,分析了地下水埋深对土壤盐分的影响。结果表明:在耕地-荒地-海子系统中,灌溉期,耕地大量盐分随地下水迁移到荒地,秋浇前荒地含盐量是耕地的2倍,秋浇后荒地脱盐量是耕地的3倍。整个生育期耕地1 m土体盐分通过灌溉期淋洗,积盐率仍为56%,秋浇后盐分没有完全排出,脱盐率为44%,土壤深层有轻微积盐现象;荒地1 m土体积盐率为63%,秋浇后脱盐率为62%,荒地盐分全年基本保持平衡。地下水和海子盐分时空分布呈条带状,存在较强的空间相似性,海子是系统的储盐区。应采取有效措施将灌区目前地下水埋深降低0.2 m,研究区地下水埋深控制在1.7～2.3 m之间更佳。在生育期(5月15日—9月15日),荒地1 m土体积盐量为377 705 kg/hm~2。地下水补给荒地20～100 cm土壤盐量为17 985 kg/hm~2,占积盐量的5%; 0～20 cm土壤盐量增加202 395 kg/hm~2,占积盐量的54%;耕地地下水迁移给荒地深层土壤盐量为114 015 kg/hm~2,占积盐量的30%;耕地水平渗透给荒地的盐量为43 305 kg/hm~2,占积盐量11%。本研究可为灌区水盐运移提供理论依据。     

内蒙古河套灌区GSPAC水分通量分析

阐述了内蒙古河套灌区的水文要素特征和农业节水改造形势。综合考虑区域性水循环过程中地下水系统、地表水系统和土壤植物大气连续体的密切联系,建立了内蒙古河套灌区人工自然复合型的GSPAC系统模型。以各子系统的水均衡为控制条件,计算了现状和节水改造后灌区GSPAC水循环界面通量,并预测了地下水埋深变化的幅度。     

解放闸灌域农田耗水时空变化特征及灌溉效率评价

根据内蒙古自治区河套灌区解放闸灌域多年遥感蒸散发数据(2000-2014年),分析了农田实际蒸散发年际变化、空间分布特征以及其与地下水埋深的相关性。结合水量平衡模型对灌域灌溉用水效率进行了评价,同时对大型灌区续建配套及节水改造以来灌域水循环要素年际变化进行了统计分析。结果表明:解放闸灌域农田蒸散发量年际变化呈增加趋势,多年平均蒸散发量为8.56亿m~3(597.30mm);2000、2003、2006、2009、2012和2014年农田蒸散在空间上表现为西部和东北部区域高于其他区域,其空间差异性并未随时间发生明显变化,与地下水埋深空间分布特征相似,蒸散发高值区域发生在地下水埋深较浅区域,潜水蒸发对农田蒸散发量影响不可忽视。节水改造实施以来,灌域净灌溉引水量有所减少,灌溉水利用系数得到提高,地下水位由1.76m降到2.16m,由此表明了节水改造对该地区生态环境改变的积极影响。     

改进GA-BP模型在地下水位埋深预测中的应用

地下水位埋深预测是有效实施节水措施、合理控制地下水位的前提与保证。鉴于地下水位埋深与引水量、降水量、蒸发量、排水量、地下水开采量等因素之间存在复杂的非线性关系,提出了基于改进遗传算法的BP神经网络模型用于地下水位埋深预测,弥补了BP神经网络本身易陷入局部最优值的缺陷;同时在遗传算法中改进了自适应交叉、变异概率算法,提高了神经网络的逼近能力和预测精度,并采用了Matlab软件实现了BP神经网络编程。通过不同模型在河套灌区解放闸灌域2000-2013年地下水位埋深模拟与预测,结果表明改进遗传算法优化的BP神经网络模型具有较高的预测精度和收敛速度,在其他地区地下水位埋深预测中也具有较好的适应性。     

青铜峡灌区地下水埋深演变及驱动要素贡献率解析

【目的】定量分析青铜峡灌区地下水埋深演变规律及影响因素,科学指导灌区合理调控地下水位,维持水系统健康平衡。【方法】采用水量平衡法分析了青铜峡灌区1998—2017年地下水时空演变特征及地下水补排平衡贡献率。【结果】1998—2017年青铜峡灌区地下水埋深增大了0.69 m,增加速率为0.038 m/a,年内地下水埋深呈双峰双谷特征,空间上银川灌区地下水埋深增大明显,银川市区和银北灌区的大武口区形成大漏斗区。年际地下水变化的主要影响要素依次为渠系渗漏补给(39.71%)侧向排泄(28.24%)潜水蒸发(14.16%)田间入渗补给(7.46%);4—8月和11月渠系渗漏补给对地下水变化贡献最大(45.33%),9—10月和12月地下水侧向排泄是地下水变化第一驱动因素(45.6%);空间上,水位变化的第一驱动要素均为渠系渗漏补给,第二驱动要素各有不同,银川、银南和河东灌区为侧向排泄,银北灌区为潜水蒸发。【结论】引黄水量持续减少是青铜峡灌区地下水埋深增大的最主要原因,而合理的地下水埋深对于维持灌区的生态平衡具有重要意义。     

地下水埋深对冬麦田土壤水分及产量的影响

通过6种地下水位控制处理和对照(自然地下水位)冬小麦试验,探讨了不同地下水埋深对冬麦田土壤水分季节变化规律和垂直变化规律、地下水-土壤水界面水分转化量变化过程以及对冬麦田田间土壤水分平衡的影响。结果表明,地下水埋深对冬麦田0～60cm土壤水分动态有着明显的影响。地下水埋深越浅,麦田表层和主要根层土壤储水量季节变化越强烈,地下水对土壤水分的补给量越大,冬小麦全生育期耗水量也随着增加;土壤排水量大小与灌溉量和降雨量大小有关。地下水位埋深越深,灌溉和降水后的土壤开始排水日期越滞后;无论地下水埋深深浅,冬麦田累计地下水补给量变化规律可分为4个阶段,即稳定增长期、缓慢增长期、快速增长期和趋于稳定期;地下水埋深1.5m时冬小麦产量最高,地下水位太深或太浅产量均下降。水分利用率最高值出现在地下水埋深1.0m的处理。地下水位在1.0m以下时,水分利用效率随地下水深度加深和灌水量增加而减少。     

变化环境下新疆沙湾县灌区地下水动态趋势及驱动因素

根据沙湾县地下水系统与外部环境的关系,结合灌区1998-2017年的地下水位平均埋深资料,采用Pearson、Kendall和Spearman秩次相关检验3种方法,分析了近20 a灌区变化环境的变化趋势及对地下水动态的影响;运用主成分回归分析法确定影响灌区地下水埋深变化的主要驱动因素。结果表明:近20 a来,灌区年均气温呈不显著增加趋势,降水呈不显著减少趋势,近10 a(2008-2017年)在a=0.01水平上地表水灌溉量呈显著减少趋势,灌溉面积、节水灌溉面积及地下水开采量均呈显著增加趋势;地下水动态变化的驱动因子为地下水开采、地表水灌溉、节水灌溉、灌溉面积、气温、降水,影响程度依次降低;人为活动对地下水动态起主导作用,其中以地下水为主要水源的节水灌溉面积的增加是造成地下水位下降的主要原因。研究区在实施退耕还林、机井封填的同时还需要通过调整农业结构,提高农灌效率,节水灌溉结合地表、地下水来实现地下水资源的可持续利用。     

内蒙古河套灌区地下水位埋深分布规律及其影响因素分析

根据河套灌区220个观测井1980-2013年地下水位观测资料,运用Arc GIS10.2绘制地下水位等值线图,分析得出:河套灌区地下水位自西向东呈现递减趋势,在灌区东部乌拉特灌域局部地区形成了地下水漏斗,地下水位埋深年内变化具有明显的季节性,年际变化具有明显的周期性;利用灰色关联理论分析地下水位埋深变化的主要影响因素,得出其主要驱动因子及排序为:蒸发量引黄水量降雨量。研究结果可为该区地下水开发利用和水环境保护提供科学依据。     

河套灌区永济灌域地下水数值模拟

以内蒙古河套灌区永济灌域为研究对象,采用Visual Modflow软件建立了地下水三维非稳定流模型,运用手动调参和Pest模块调参相结合进行参数率定,选取的14口观测井的观测值和模拟值趋于一致,表明本文率定的参数合理,具有较高的精度。利用该模型模拟了不同开采方案下的地下水埋深变化,同一开采条件下,灌区南部地下水位埋深下降相对北部和中部较小,可适当加大南部的地下水开采量来减少引黄灌溉,该模拟结果存在一定的实用价值。