河套灌区年内地下水埋深与矿化度的时空变化

该文以内蒙古河套灌区为研究区域,应用统计学方法、普通Kriging、Arc GIS9.0和GS+等工具,分析2003年3个不同特征季节的地下水位埋深和矿化度的时空分布规律。分析表明：在3月份灌区浅层地下水埋深平均为2.5 m,且绝大部分区域地下水矿化度＜4 000 mg/L;随着夏灌、秋灌、秋浇后,在11月时浅层地下水埋深减小为1.0 m,且大部分区域地下水矿化度＞5 000 mg/L。灌区浅层地下水埋深由灌区西南向东逐渐递减,且自南向北逐渐递增。灌区西北和东南部的地下水矿化度相对较高,中间部分相对较低。浅层地下水埋深与矿化度之间线性关系不明显,但是在特定地区浅层地下水埋深的时空分布规律能够定性地反映出矿化度的时空分布规律,即浅层地下水埋深较大时,相应的矿化度较小;浅层地下水埋深较浅时,相应的矿化度较大。     

节水改造对沈乌灌域不同地貌浅层地下水埋深的影响

为了揭示节水改造对区域地下水埋深的影响,以沈乌灌域44眼地下水观测井资料为基础,研究节水改造下地下水动态演变趋势。结果表明:整个灌域地下水埋深受灌溉影响明显,夏灌和秋浇后整个灌域地下水埋深都有上升趋势,秋浇后灌域大部分地区地下水埋深处于最浅值,有一定的周期性变化规律,但灌域中心地区存在深埋区,对于地下水资源要加强管控;节水改造后,各渠系下游耕地区平均埋深降幅(12.46%)大于上游耕地区平均埋深降幅(7.13%),最大埋深平均降幅(16.54%)大于最小埋深平均降幅(15.78%);荒地区、湖泊旁地区和林地区的地下水平均埋深分别下降0.33、0.24 m和0.36 m。研究表明,节水改造对耕地区、荒地区、湖泊旁和林地区影响较明显,对盐碱区和渠道旁地区影响较微弱。     

基于ArcGIS空间插值的河套灌区土壤水盐运移规律与地下水动态研究

为探明河套灌区盐渍化半封闭小型灌域作物生育期土壤盐分和地下水变异规律,选取巴彦淖尔市五原县盐渍化土壤典型区域作为研究区。采用区域土壤—地下水信息定点监测法,选取149个采样点,30口地下水观测井,获得各项指标数据,并结合经典统计学、空间插值、相关性回归分析等方法,研究了土壤盐分及地下水动态空间变异性、不同深度土壤空间变化特征及其与地下水埋深相关性。结果表明:4—10月各土层土壤含盐量平均降幅为5.53%,研究区1 m深土壤处于脱盐状态,耕作层土壤盐分向深层土壤运移。地下水埋深主要影响因子为引黄灌溉水量、蒸发作用和研究区地势;在春灌期(4—6月)地下水矿化度平均值由2.81 g/L降至2.38 g/L,6—10月地下水矿化度平均值逐渐增加至2.66 g/L,地下水矿化度一般在春灌前期4—5月较大,春灌期较小,秋收后在二者之间。在春灌和作物生长双重抑盐作用影响下,0—20 cm土壤盐分平均值秋收后较春播前下降32.08%,生育期内土壤盐分向深层土壤(40—100 cm)运移,土壤盐分含量与土层深度成反比,且随土层深度增加对土壤盐分分布变化的影响逐渐减弱。0—20,20—40 cm土壤盐分在同时期大于4.0 g/kg的盐分分布面积在4月分别为85.63%,9.71%,在10月分别为42.37%,15.86%,40—100 cm随土层深度增加土壤盐分减小的趋势趋于平缓。随浅层地下水埋深的增大土壤盐分逐渐减小,采取有效措施将地下水埋深降低0.2 m,控制在1.8～2.2 m更佳。     

河套灌区解放闸灌域植被指数与地下水埋深的定量关系

干旱荒漠地区地下水补给是地表植被水分消耗的主要补给源,地下水埋深与植被指数(NDVI)关系密切。针对植被指数与地下水埋深响应关系研究的不足,分析了基于河套灌区解放闸灌域植被指数(NDVI)与地下水埋深(H)的定量关系。采用2016年3—9月的10个时相的landsat8遥感影像数据与同时期的57眼地下水埋深观测数据,经NDVI遥感提取与地下水埋深(H)的地统计分析,建立NDVI与H的时空相关关系,并做显著性检验与密切程度的划分,进一步分析不同地下水埋深分区下H与NDVI的关系。结果表明:NDVI与地下水埋深(H)存在显著线性关系,二者的密切程度以中度和高度相关为主,负相关区域在地下水浅埋区居多,正相关区域在地下水深埋区居多。从空间上看,具有统计学意义的线性关系约占灌域总面积的40%。当H≤2.5 m时,不同的埋深分区对灌域的NDVI均值的影响为埋深(H)越小,NDVI均值越大,呈负相关关系变化;当H>2.5 m时,NDVI均值较大,地下水不再对作物生长进行水分补给,此时NDVI均值的增大与埋深(H)分区的变化关系不大。从空间上进行NDVI与地下水埋深(H)的点对点的相关性分析,增强了二者相关性的空间可视性,为灌区灌溉管理提供理论支撑,有助于节水增产措施的深入规划与落实。     

基于SaltMod模型的河套灌区解放闸灌域土壤盐分综合调控措施

为了探究河套灌区解放闸灌域土壤盐分的综合调控措施,以河套灌区解放闸灌域为例,基于SaltMod模型研究了灌溉水矿化度、咸淡水混合比例、排水沟深度以及渠道衬砌水平对作物根层土壤盐分的影响。结果表明:根层土壤盐分随着灌溉水矿化度的增大而增加,1.0 g/L的地表微咸水较适合本研究区灌溉;淡水(黄河水)和地下微咸水(矿化度为2.2 g/L)混合灌溉比为1∶1时,既增加了地下微咸水的利用且地下水埋深下降到2 m左右的相对稳定平衡状态;当排水深度在1.5~2.0 m,渠系利用系数达到0.7时,根层盐分显著降低,适当提高排水深度和渠系水利用系数可以有效减少高矿化度灌溉水对土壤盐分累积的影响。研究结果为河套灌区解放闸灌域制定合理的土壤盐分综合调控措施提供了科学的理论依据。     

节水改造后盐渍化灌区区域地下水埋深与土壤水盐的关系

以内蒙古河套灌区临河研究区为例,探讨节水改造后盐渍化灌区区域土壤水盐与地下水埋深的内在联系。结果表明:地下水作用对灌区0-100cm深度土壤体积含水率都有影响,并且对60-100cm深度土壤含水率的影响尤为突出;随着地下水埋深水平的变化(浅→中→深),0-100cm各层土壤体积含水率总体逐渐降低;在地下水矿化度基本不变的情况下,根层土壤电导率与地下水埋深存在较好的指数关系;在0-20cm、20-40cm和40-60cm 3个土层中,土壤表层(0-20cm)盐分受地下水埋深的影响最大,土壤表层(0-20cm)土壤含盐量对地下水矿化度变化最敏感。     

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。     

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。     

基于多变量时间序列CAR模型的地下水埋深预测

为准确估计内蒙古河套灌区地下水埋深的变化规律,根据河套灌区沙壕渠灌域1988－2007年实测的地下水埋深、降雨、蒸发及引水量资料,基于多变量时间序列CAR（Controlled Auto-regressive）模型建立了地下水埋深的预测模型,并对模型进行了验证,并将模型在不同方案条件下进行了地下水埋深预测的应用。结果表明：河套灌区地下水埋深受到气候条件、引水量的影响较大。CAR模型预测效果良好,模型在沙壕渠灌域具有较好的适用性。预测方案显示,当区域蒸发量增加25%,降雨量减少34%,年引水量减少18%时,地下水埋深将达到2.21 m。提出的研究方法和结果可为灌区灌溉用水管理提供参考。     

浅层地下水埋深、矿化度及硝酸盐污染的空间分布特征

对银川平原101个观测井取样分析,测定了其浅层地下水位埋深、矿化度及硝酸盐含量。应用地统计学方法结合GIS技术对数据进行了分析。结果表明,地下水埋深服从正态分布,而矿化度和硝酸盐服从对数正态分布。银川平原地下水位埋深、矿化度和硝酸盐含量的平均值分别为1.78m,1.81g/L和3.17mg/L。三者在一定范围内均存在空间相关性,它们的空间相关距离分别为23.7、13.3和12.6km。运用Kriging方法对未测点进行了估值,绘制了三者的空间分布图。银川平原地下水埋深总体较浅,研究区约有75.1%的地区地下水埋深为1.5～2.0m,发现在平原中部的银川地区一带形成了以新旧城区为中心的地下水位降落漏斗区。地下水矿化度在整个平原内自西南向东北呈逐渐升高的趋势,其中66.4%的区域达到了农田灌溉水质标准。仅有3.7%的局部地区的地下水硝酸盐含量超过了饮用水水质标准。     

新疆喀什地下水浅埋区弃荒地表层土壤积盐与地下水的关系

为了研究新疆喀什地下水浅埋区弃荒地表层土壤积盐与地下水的定量关系,对试验区自然状况下的土壤含水量、表层土壤含盐量、地下水埋深、地下水矿化度和潜水蒸发量进行了原位监测,模拟了潜水蒸发量与地下水埋深的关系,定量分析了弃荒地自然条件下地下水埋深、地下水矿化度对土壤表层盐分的影响,建立了表层土壤含盐量与地下水埋深、地下水矿化度的经验模型。结果表明:在5~50 cm土层,土壤质量含水率随土层深度增加而增大;地下水埋深、地下水矿化度对表层土壤盐分有显著的影响,当地下水埋深为定值时,表层土壤含盐量与地下水矿化度呈线性正相关;当地下水矿化度为定值时,表层土壤含盐量与地下水埋深呈线性负相关;土壤盐分表聚现象明显,不同地下水埋深条件下表层土壤含盐量随累计潜水蒸发量的增加而增大,表层土壤积盐速率随地下水埋深的增大而减小,地下水埋深为25 cm条件下表层土壤积盐速率约是地下水埋深为50 cm的表层土壤积盐速率的2倍多。     

灌区土壤盐分空间变异及多因素响应关系

[目的]研究土壤含盐量空间特征和分布格局,分析土壤盐分空间格局与地下水、土壤物理特性参数间的空间响应关系,为灌区盐渍化防控提供理论依据。[方法]以黄河南岸灌区吉格斯太灌域为例,网格化布点,分层采样测定土壤含盐量、表层土壤含水量、颗粒组成、干容重并换算热容量及导热率,同步监测地下水埋深及含盐量,采用经典统计方法和地统计方法分析土壤含盐量空间分布特征及其与物理特性和地下水等因素间的空间相关性。[结果]灌域处于非盐化—轻度盐化状态,土壤含盐量呈中等空间变异程度,总体呈现相对独立的随机分布,空间结构特征可以用高斯模型和指数模型描述。土壤含盐量与地下水埋深呈显著负相关,与地下水含盐量呈显著正相关,地下水埋深1.6 m区域发生轻度盐渍化风险较高。0—20 cm土壤含盐量与黏粒含量、容重、含水量、导热率及热容量显著空间正相关,相关范围约2～6 km;与砂粒含量呈显著空间负相关,相关范围约2～4 km。20—60 cm土壤盐分与0—20 cm土壤黏粒、砂粒含量、导热率、热容量及含水量呈显著相关,相关范围与土壤表层略有差异。[结论]黏粒含量较高,含水率较大,地下水埋深1.6 m的区域是灌域盐渍化防控的重点区域。     

内蒙古河套灌区节水灌溉工程实施后地下水变化的BP模型预测

根据黄河河套灌区多年的水文、气象和地下水资料，应用不同的ANN—BP网络模型对灌区年、月地下水埋深的变化进行了模拟，预测了黄河河套灌区节水工程实施后未来灌区年平均地下水位下降的情况，从预测结果可以看出，河套灌区节水工程实施后灌区平均地下水位预计下降0.5 m左右。此外对BP模型的结构设计中隐含层数、隐含单元数和学习速率的合理确定作了具体分析，提出了学习速率取值范围lr=0.01～0.1，为河套灌区节水工程改造规划、设计和管理决策及BP模型的应用提供了参考依据。     

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。     

地下水作用条件下土壤积盐规律研究

用粉砂壤土土柱进行了为期一年的室内模拟试验 ,对不同地下水埋深及其矿化度作用条件下 0～ 40cm深度土壤的盐分运动规律进行了深入研究。地下水埋深 85cm、1 0 5cm情况下 ,0～ 40cm深度土壤电导率与地下水矿化度呈良好正相关关系。地下水埋深 1 5 5cm、试验设定条件下 ,各土柱 0～ 40cm深度土壤积盐强度都较小 ,并且相互之间差异不明显。获得了各土柱 0～ 40cm深度土壤电导率关于地下水埋深、地下水矿化度的统计模型。对土壤电导率动态规律进行了深入分析 ,并建立了地下水明显影响到该深度土壤后土壤电导率动态模型。     

红崖山灌区机井空间布局适宜性评价

灌区机井空间布局的适宜性评价对于地下水的合理开采与机井的布局优化具有重要作用。该文选择石羊河流域红崖山灌区为研究区,提取土地资源利用类型、地下水埋深、含水层厚度、单井出水量和地下水矿化度等影响因素作为机井空间布局的适宜性评价指标,根据影响因子属性的空间变异性,将灌区划分为366个评价单元,并采用熵权法确定各指标的权值和区域的综合评价值。结果表明,红崖山灌区机井的空间布局受地下水埋深和单井出水量的影响较大;研究区不适宜、不太适宜、一般、较适宜和适宜布井的面积比例分别为19.33%、24.33%、46.61%、7.33%和2.40%,较适宜和适宜布井的面积比例较小。研究结果为灌区机井空间布局提供了一定的理论依据。     

用分布式水循环模型与机器学习预测内蒙古河套灌区节水潜力

为探究内蒙古河套灌区真实节水潜力,该研究构建河套灌区分布式水循环模型与基于机器学习的盐分模型,设置节水方案集,定量分析各方案下的灌区引、耗水量、地下水埋深、积盐量变化等。结果表明：1）水面蒸发的纳什系数均不低于0.654,相对误差绝对值不高于分别为4.82%,相关关系为0.88,排水过程纳什系数均不低于0.600,相对误差绝对值不高于分别为5.11%,相关关系为0.82,地下水埋深的纳什系数均不低于0.628,相对误差绝对值不高于分别为5.12%,相关关系为0.86,满足灌区水循环满足精度要求。本文选择采用土壤盐分模型,得到土壤积盐量与实测值的纳什系数均不低于0.76,满足精度要求。2）渠道砌衬方案S1、田间节水调控方案S2、种植结构调整方案S3的耗水节水量分别为2.93亿、3.02亿和2.54亿m³。S1+S2+S3组合方案灌区耗水节水量最多,为9.11亿m³,S2+S3方案组合次之。3）渠系水利用系数提高,将引起地下水水位下降,不利于排盐,S1方案下地下水埋深大于3 m的面积比例较基准方案增加了7.59%,不利于灌区排盐。田间工程措施使得相应的农田入渗量减少,地下水位下降,有利于灌区脱盐,S2方案下地下水入渗补给量较基准方案减少2.57亿m³,灌区地下水位下降较为明显,S2方案有利于灌区脱盐。S3方案下地下水入渗补给量略微减少,地下水位变化不大,有利于灌区脱盐。不同方案组合,S1+S2、S1+S2+S3方案下对地下水埋深影响较大,尤其是S1+S2+S3方案在灌区西北部、山前、乌拉特前旗、乌梁素海东部的形成连片埋深高值区,影响区域生育期农田作物与林草地植被生长。S1S2方案下不利于灌区脱盐,自然植被生育期平均埋深超过2.5 m的比例较基准方案增加了5.46%。在综合考虑生态环境的约束下,推荐耗水节水量最大的方案S2+S3,即灌区适宜的耗水节水潜力为5.69亿m³。该方案下虽然也会引起地下水位略有下降、进乌梁素海排入水量略微减少,但最有有利于灌区排盐。研究可为引黄灌区节水方案制定与灌溉管理提供技术支撑。     

克拉玛依地区减排林地下水动态变化及合理生态水位分析

基于对克拉玛依地区减排林地下水水位及水质的监测结果,分析了减排林地下水动态变化特征,探讨了减排林地下水的合理生态水位.结果表明,减排林区地下水埋深出现了规律性分布,减排林区地下水埋深已由2005年的7.8 m减小为2009年的4.6 m,呈减小趋势.减排林地下水的矿化度由2005年的22.67 g/L变化为2009年的5.35 g/L.并统计了减排林地下水理化性质特征,表明地下水的水溶性盐的空间变化明显.根据减排林区主要植被生长状况与地下水埋深关系,得出减排林区地下水合理生态水位为2.5～5.0 m.     

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。     

地下水埋深及矿化度对多枝柽柳幼苗光合特征及生长的影响

采用简易Lysimeter研究了不同地下水埋深(20,60,100 cm)和不同矿化度(<1.00 g/L淡水,1.0～3.0 g/L微咸水,3.0～10.0 g/L咸水)对多枝柽柳幼苗光合特征及生长的影响。结果表明,不同地下水埋深与矿化度对多枝柽柳幼苗的光合特征及生长均有影响;在地下水埋深20 cm,矿化度为3.0～10.0 g/L的咸水条件下,多枝柽柳幼苗的最大光合速率(Pnmax)为66.93μmol/(m2.s),光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、水分利用效率(WUE)及羧化速率(CE)对光强的响应均大于其它试验处理。不同的地下水埋深、矿化度可显著影响多枝柽柳幼苗的最大光合速率(Pnmax)、表观量子效率(AQY)、暗呼吸速率(Rd)、光饱和点(LSP)等光合特征。进一步分析表明,在地下水埋深20 cm,矿化度为3.0～10.0 g/L的咸水条件下,多枝柽柳幼苗的生态适应能力较强,幼苗能够适应生境变化迅速生长,获得竞争优势。