宁夏引黄灌区井渠双灌节水效果研究

定量研究了宁夏引黄灌区地表水与地下水联合利用的节水效果。引黄灌区的大引大排是造成渠系输水损失、农田地下水位高和潜水蒸发严重的主要原因，在整个黄河流域用水十分紧张的现状下，以引黄灌区地下水可开采量为基础，根据现有的机井条件并有计划的布设发展一批机井，考虑开采一定数量的地下水用于农业灌溉，在灌区逐步实现基于井渠双灌的水资源高效利用。研究结果表明，随地下水利用量的增大，可有效的降低灌区地下水位0.5～1.0 m、使引黄灌区的总耗水量从39.64×10⁸ m³降低到29.95×10⁸ m³、渠首引用水量从81.71×10⁸ m³降低到64.79×10⁸ m³。     

内蒙古河套灌区地下水合理利用的方案分析

内蒙古河套灌区地下水位浅,合理利用地下水可以减少灌区引黄水量,保证黄河下游用水。根据灌区实际情况,制定了灌区地下水利用原则,提出了地下水插花开采形式,并计算了开采条件下的地下水补给量,分析了引黄水量、地下水开采量及地下水位的关系,在“三亩补一亩”的开采条件下,地下水开采量以1 100～1 500 m³/hm²为宜。地下水合理开采可缓解灌区水资源紧张局面,对河套灌区水资源可持续开发利用具有重要意义。     

基于灰色关联分析的土壤水盐动态变化研究

根据洛惠渠灌区多年观测资料与实地调查,采用灰色关联法对灌区地下水矿化度、埋深与土壤含盐量的动态关系进行了分析。阐明了3者之间的年际动态变化规律和耦合关系,建立了灌区土壤水盐动态耦合关系模型。结果表明,地下水矿化度是影响土壤含盐量的主要因素,地下水埋深对盐分的转移也起着重要的作用,各因子之间相互作用,形成了复杂条件下的耦合关系;该灌区处于脱盐和相对稳定状态,受外界因素影响,土壤含盐量变化趋势与地下水矿化度和地下水位变化趋势不一致;基于地下水矿化度和地下水埋深的土壤水盐耦合关系模型具有较高的预测精度,能够很好地定量描述土壤水盐动态变化与其影响因子之间的响应关系。     

河北平原农田耗水与地下水动态及粮食生产相互关系分析

农田耗水是河北平原地下水资源消耗的主体,农田耗水与地下水动态、粮食生产互制机理研究可为农业节水提供重要依据。基于1981—2010年河北省经济统计年鉴、地下水开采量与地下水位、常规气象等数据,分析了河北平原近30年来农田耗水、粮食产量、降水量、地下水等动态变化特征,揭示了它们之间的相互响应关系。结果表明,近30年来,河北平原农田耗水总量约722.4 km3,生产粮食约5.9×108 t,开采地下水约440 km3(其中约330 km3用于农田灌溉),地下水位共下降约11.5 m;河北平原农田耗水与粮食产量总体呈逐年上升趋势,尽管2000年以来地下水开采量有所减少,但地下水位一直持续下降;农田耗水与地下水开采量、地下水埋深、粮食产量相互之间关系密切,每生产1 t粮食所消耗的水资源约1 224.4 m3(包括地下水597.1 m3),而地下水开采量每增加1 km3,河北平原地下水位实际下沉约0.03 m;农田耗水、地下水埋深均与年降雨量无明显相关性,由于降水入渗、灌溉渗漏不足以弥补开采的地下水,超采是引起河北平原地下水位持续下降的直接原因。因此,进一步发展节水农业、提高灌溉效率是促进河北平原农业可持续发展的必然选择。     

不同灌排模式下盐渍化土壤盐分及离子迁移规律及均衡分析

为探明盐渍化灌区不同灌排模式下土壤盐分及离子迁移及聚集规律,于2021年5—10月在巴彦淖尔市五原县盐碱化耕地改良示范区分别对“滴灌+明沟排水”与“黄灌+暗管排水”模式下农田进行土壤水盐监测与灌排水量监测,分析不同灌排模式下农田土壤盐分迁移分布规律,利用均衡分析探讨土壤盐分和盐分离子积盐及脱盐特征,为灌区的节水规划及盐渍化防治提供科学依据。结果表明：不同灌排模式下农田土壤均处于脱盐状态,黄灌与暗管排水模式下土壤脱盐效果相对较好,脱盐率为37.73%;滴灌与明沟排水条件下农田中出现HCO₃^-累积,积累量为0.3 t,黄灌与暗管排水模式下农田中出现Ca²⁺与Mg²⁺的累积,积累量分别为2.962 4,0.577 4 t。滴灌与明沟排水模式下整个生育期内,0—40 cm土层处于脱盐状态,40—80 cm土层出现盐分积累现象,黄灌与暗管排水模式下整个生育期0—100 cm土层处于脱盐状态。不同灌排模式下地下水埋深变化趋势相同,黄灌与暗管排水模式下地下水埋深较低,滴灌与明沟排水模式下土壤积盐与地下水质整体呈负...     

甘肃河西走廊水资源供需分析及耕作节水研究

根据河西走廊有62.42×10⁸ m³地表水资源、4.94×10⁸ m³地下水资源和每年耗水70.44×10⁸ m³的矛盾，分析了水对这一地区的影响，指出了河西走廊只能靠减少水分蒸发、农业节约用水、提高水的利用率和灌水生产效率来实现水资源的平衡。在试验的基础上 ，提出了灌水生产率比传统耕作高60.78％和节水41.29%的保护性耕作方法。     

内蒙古河套灌区节水潜力的估算

从作物需水量出发，考虑经济需水量、有效降水补给、生育期作物地下水利用量、输水损失、田间损失、无效蒸腾、非充分灌溉系数等因素后，建立了一个节水潜力的理论计算公式，继而利用一个调节因子，求得实际节水潜力。利用此方法对内蒙古河套灌区近、中、远期的节水潜力进行了估算，结果表明，河套灌区远期的节水潜力(灌溉面积100%达到目前的节水灌溉标准，这在今后25～30年时间里完全可以实现)，在不考虑压盐用水的情况下，可达20.02亿m³，约为现状用水量的40%左右。     

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。     

盐生植物种植对克拉玛依农业开发区盐分平衡的影响

水资源日益紧缺态势下,以水利工程措施调控灌区盐分平衡已难以为继,生物脱盐对于无排水灌区盐分平衡调控意义重大。以克拉玛依市农业开发区重盐化土壤为对象实施了盐生植物田间试验。基于水盐平衡原理,计算了灌溉水盐分输入量与盐生植物生物移盐量,构建了盐分平衡关系方程。研究结果表明,盐地碱蓬与野榆钱菠菜可以进行灌区脱盐,其中野榆钱菠菜两年的地上部分生物量分别为27 040.4和25 620.0kg/hm²,刈割后灰分盐移出量分别为7 618.6和7 019.5kg/hm²,移出的盐量是灌溉水引入盐量的7.8和7.2倍;盐地碱蓬两年的地上部分生物量分别为18 836.4和19 119.3kg/hm²,刈割后灰分盐移出量分别为5 258.0和5 185.0kg/hm²,移出的盐量是灌溉水引入盐量的5.4和5.3倍。在无排水灌区,盐生植物生物脱盐将是盐分平衡调控的重要途径。     

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。     

基于遥感蒸散发的河套灌区旱排作用分析

干旱区灌区大量引水灌溉造成灌溉地地下水位明显高于非灌溉地,进而导致地下水、盐从灌溉地向非灌溉地的迁移（内排水）及盐分在非灌溉地的积累（旱排）。为分析灌溉地与非灌溉地间的水、盐迁移,拟建立基于遥感蒸散发的灌溉地-非灌溉地水、盐平衡模型,应用于内蒙古河套灌区中西部4县（旗、区）。结果表明,研究区年均内排水量为3.55亿m3,与排水沟排水量相当;灌溉地向非灌溉地的年均迁移盐量为151.7万t,其中灌溉地年均脱盐0.4 t/hm2,非灌溉地年均积盐2.7 t/hm2。可见,内排水和旱排对于灌溉地土壤盐渍化控制具有重要作用,在灌区排水、排盐规划中应综合考虑排水工程系统与内排水、旱排的作用。     

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。     

外包土工布暗管排盐条件下水盐运移规律

为揭示外包土工布暗管埋设在非饱和带时淋洗后水分和盐分的运移规律,该文设计了模拟暗管排水的室内试验,研究2种土壤初始状态下(非饱和状态和田持状态),排水初期暗管与地下水位的相对位置及其排水排盐情况,从开始淋洗至暗管停止排水全过程中地下水埋深及含盐量变化规律、暗管的排水排盐效果及土壤剖面的水盐动态运移规律。结果表明:在暗管周围包裹土工布的情况下,土壤初始状态无论是非饱和还是田持,当暗管开始排水时地下水均已完全淹没暗管,此时的排盐量最大,流量呈先增大后减小的变化趋势,且地下水位先升高后降低,地下水含盐量随着淋洗水量的增加由累积转变为脱盐。对比淋洗非饱和土壤(试验1)和淋洗田持土壤(试验2)的试验结果,试验2中暗管的排水、排盐效果优于试验1,在试验1中淋洗非饱和土壤时,土壤脱盐率在垂直方向上随土壤深度的增加逐渐降低,0~20 cm土层的脱盐率(>85%)最大,降至无盐水平,暗管周围土壤脱盐率相对较小(<60%),仍处于中度盐渍化水平;水平方向上,0~20 cm土层的脱盐率差异不大,20~40 cm土层中距暗管越远其脱盐率越小。试验2在试验1基础上进行,淋洗田持土壤时,0~20 cm土层盐分不再变化,30~40 cm土层的脱盐率增大(>60%)。此外,试验1中淋洗脱盐效果大于暗管排盐效果,暗管主要排出暗管以上土壤盐分;试验2中暗管排盐效果增强,暗管不仅排出暗管周围土壤盐分,而且排出暗管以下土层及地下水中盐分,随着淋洗水量的增加,土壤由脱盐型转变为排盐型。研究结果表明外包土工布暗管的应用效果受地下水与暗管相对位置的影响,合理提高淋洗水量可以增强暗管排水排盐效果及土壤脱盐效果,有效改善土壤盐渍化。研究结果可为西北内陆干旱地区不同地下水埋深条件下暗管排盐技术的推广和应用提供理论支撑和科学指导。     

FEFLOW软件在地下水数值模拟中的应用——以柴达木盆地香日德绿洲为例

 作为我国内陆高寒干旱地区绿洲代表的青海柴达木盆地香日德绿洲,近年来由于大规模引水灌溉,使得下游局部地区生态环境恶化。为了定量分析灌溉引水对下游生态系统的影响,利用FEFLOW软件对研究区的地下水流进行数值模拟。结果表明:现状条件下潜水排泄量为3.93亿m3;区内用于绿洲灌溉合理可行的水资源量为1亿～1.5亿m3。所建立的模型合理可行,能够进行该地区地下水位动态预报,可为研究区水资源的合理开发提供科学依据。     

WACM4.0模型模拟内蒙古河套地区山水林田湖草系统水循环

内蒙古河套地区是中国重要的商品粮、油生产基地。区域内耕地密布,长期大规模河道外引水,引排水渠系纵横交错,人类活动剧烈,改变了原来的水循环环境,水循环要素变化具有时空变异性,水分转化与运动过程及其复杂。为厘清河套地区山水林田湖草系统的水循环演变规律,该研究在"自然—人工"复合水循环理论基础上,构建了适用于强人类活动地区的分布式水循环模型(Water Allocation and Cycle Model,WACM4.0),系统模拟分析了河套地区山水林田湖草各系统的水循环演变规律与水分运动过程。结果表明:乌梁素海、引排水渠道水循环特征以引水—排水的横向运动为主;乌海滩涂水循环特征以地下水补给—蒸发的垂向运动为主;海子水循环以垂向与横向综合运动为主;耕地水循环特征为灌溉水入渗—蒸散发的垂向运动;人工林、草地、未利用地与居工地的水循环特征为降雨—入渗—潜水蒸发的垂向运动。山水林田湖草系统整体水循环特征以灌溉(降雨)—下渗—蒸发垂向水循环为主。河套地区地下水量逐年亏损,地下水循环过程为"负水平衡"垂向运动。河套地区引水灌溉平均每年致使黄河径流量减少约42.0亿m~3。其中耕地耗黄水量最多,其次为引水渠道、乌梁素海、排水渠道、海子、草地。研究可为河套地区灌溉管理、水资源开发利用与山水林田湖草生态保护提供基础支撑。     

考虑生态的灌区水资源区间两阶段随机规划模型建立与应用

在传统农业水资源优化配置研究中,往往因经济效益忽视了农业水资源复合生态系统中生态子系统对其他子系统有较大的影响。因此,该文以建三江地区为研究对象,通过概率分布函数和离散区间数的结合,构建区间二阶段随机规划模型,以解决农业水资源优化配置过程中农作物水量配置、生态需水、水质污染治理补偿、来水不确定、经济效益等问题。以2011年建三江地区作物的种植灌溉情况和农用化肥使用情况进行研究分析,得到生态子系统中在来水水平分别为低、中、高时地表水水质治理成本分别为[1 400.24×10~6,2 372.42×10~6]元、[1 033.44×10~6,1 850.26×10~6]元、[526.84×10~6,1 437.95×10~6]元,地下水分别为[253.07×10~6,501.71×10~6]元、[174.13×10~6,308.27×10~6]元、[57.62×10~6,138.54×10~6]元。该模型量化分析农业水资源复合生态系统中影响因素,为决策者提供了合理的决策区间,有效平衡农业水资源子系统与生态子系统之间的关系,为农业水资源合理配置提供了科学的依据。     

水稻控制灌排模式的节水高产减排控污效果

为合理地集成控制灌溉和控制排水技术,实现节水、高产、减污目标的统一,该文应用控制灌排技术于2015-2016年在涟水县水利试验站开展大田小区试验,对稻田灌溉用水量、产量及氮磷流失情况进行监测和分析。2 a研究结果表明:与对照处理(控制灌溉)相比,采用轻旱控制灌排技术并不导致水稻减产,且稻田灌溉定额能够降低11.89%(P0.05),同时由于排水峰值和排水次数明显减少,总磷、铵态氮、硝态氮稻田表面径流流失负荷分别降低54.58%、36.29%和60.10%(P0.05),但在雨量较多的年份会增加渗漏量,从而造成总磷、铵态氮淋失负荷升高;采用重旱控制灌排技术时,水稻减产不显著,稻田灌溉定额减少29.88%,排水定额减少58.95%,总磷、氨态氮、硝态氮地表径流流失负荷分别降低59.23%、38.88%和62.97%,但淋失负荷分别增加了24.57%、30.17%和15.88%,可能造成地下水污染。应用基于序关系分析法和熵值法组合权重的TOPSIS理想解法对水稻灌排方案进行优选决策,结果表明轻旱控制灌排在保证粮食生产量的前提下具有良好的节水减排控污效果。     

水循环模拟与水资源配置云模型服务平台构建与应用

水利云模型研究仍处于起步阶段,缺乏水循环模拟、水资源配置云模型服务平台。该研究构建水循环模型、水资源多目标优化配置模型,采用模块化建模方式,以模型库为核心,基于B/S开发架构,设计研发多模型云服务平台,实现两个模型的双向耦合,并以渭河流域陕西段为例,构建渭河流域陕西段水循环模拟与水资源多目标配置云模型服务平台,模拟分析研究区水循环演变规律,开展规划水平年水资源多目标优化配置研究。结果表明：1)状头以上率定期和验证期的相对误差分别为-4.32%和-1.62%,月平均径流Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.80和0.82,林家村—咸阳率定期和验证期的相对误差分别为-4.96%和-1.71%,月平均径流Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.79和0.81,云模型服务平台的水循环模型较好地刻画了径流变化过程;2)调用云模型服务平台的水资源配置模型,利用遗传算法(NSGA)-Ⅲ、群体多属性决策模型筛选出渭河流域水资源合理配置方案,2025年需水量63.35亿m³,供水量为58.30亿m³,缺水5.05亿m³,缺水...     

秸秆排水体埋深对盐渍土水盐分布的影响及排水抑盐效果

为探究秸秆排水体对盐渍土水盐运移的影响及其排水排盐效果,通过室内土柱试验,研究在淡水(CK)和微咸水灌水情况下秸秆排水体埋深为40和60 cm时供试土壤的水盐分布状况。结果表明,入渗阶段,湿润锋与入渗时间呈幂函数关系,累积入渗量与入渗时间则可采用Kostiakov模型进行拟合;蒸发阶段,秸秆排水体对埋设深度以下的土体具有明显的保水作用,40 cm埋深的处理在40~70 cm土层范围以及60 cm埋深的处理在50~70 cm土层范围土壤水分变化的相对变化量均0;秸秆排水体有利于保持灌水后土壤的脱盐状态,40 cm埋深处理和60 cm埋深处理比无埋设的对照处理分别减少了19.61%和15.68%的盐分变化量;秸秆体的排水排盐效果与灌水矿化度和秸秆排水体埋深密切相关,灌溉水矿化度适当的增加和秸秆体的埋设加深将有利于排水效果的提升,低灌溉水矿化度结合秸秆体深埋具有更好的排盐效果。该研究为微咸水灌溉及盐渍土的开发利用提供依据和参考。     

干旱区重度和轻度盐碱地包气带水分运移规律

为揭示干旱区不同灌溉模式下的包气带水分运移规律,该研究综合使用原位观测、同位素示踪和数值模拟等方法,对跨流域调水背景下,克拉玛依农业开发区重度和轻度盐碱地棉田的土壤水势、土壤含水率和土壤水同位素组成特征,包气带水量平衡以及水分运移规律进行了研究。研究表明,土壤基质势调控的滴灌模式下,重度和轻度盐碱地的灌溉入渗主要影响深度是地表以下0~150 cm,土壤含水率和土壤水势对灌溉和蒸散发动态变化的响应明显,具有前期土壤水和观测期内灌溉入渗水的混合特征。深层(重度盐碱地150~260 cm;轻度盐碱地250~350 cm)受地下水毛细作用影响,土壤水势和土壤含水率对地下水埋深动态变化的响应明显,具有前期土壤水与地下水的混合特征。轻度盐碱地中间层(150~250 cm),几乎不受灌溉入渗和地下水毛细作用的影响,土壤水势和土壤含水率处于动态平衡,主要为前期土壤水的特征。HYDRUS-1D数值模拟结果表明,深层土壤水与地下水之间存在双向交换,地下水对土壤水以补给作用为主,重度和轻度盐碱地地下水补给占包气带水分来源的比例分别为7.9%和15.0%。该灌溉模式对农业开发区地下水补给有一定的抑制作用,但观测期内区域地下水位抬升幅度在50~60 cm之间,说明存在一定的土壤次生盐渍化和地下水咸化的潜在风险。