泾惠渠灌区水环境劣变特征及地下水调蓄能力分析

为确保泾惠渠灌区水环境安全及地下水资源的可持续开发利用,该文通过对20世纪80年代以来泾惠渠灌区地表水和地下水环境劣变特征分析,重点指出了灌区地下水环境劣变的严重性,同时也证实了对地下水实施涵养调蓄的必要性。从取水条件、地下库容、蓄水水源和蓄水方式4个方面论证了灌区具备良好地下水调蓄能力,并利用体积疏干法对灌区各测站的地下调蓄库容进行计算,确定出灌区最大调蓄库容达6.46亿m3,年调蓄库容0.281亿m3。提出对灌区春、夏两季适当加大地表灌溉力度,并针对调蓄空间较大的石桥、泾阳等站进行优先调蓄,实现灌区“以井补渠,以渠养井”,即涵养了当地地下水资源,又有利于灌区水资源的可持续利用,最终保障了灌区的生态环境及粮食安全。     

泾惠渠灌区地表与地下水优化调度研究

在考虑泾惠渠灌区各县区水资源、农业生产、渠系工程现状差异基础上,利用大系统分解协调模型和模糊技术研究该灌区地表、地下水联合优化调度模型,得出其丰、平、枯年水资源利用方案,并与现有用水方案比较分析,表明该研究结果切合实际,可操作性较好     

陕西省泾惠渠灌区土壤重金属环境质量现状及评价

在调查收集泾惠渠灌区农业生态环境状况资料的基础上,通过采集土壤样品,分析了灌区土壤中重金属含量,并通过单因子指数法对其土壤重金属环境质量现状作出了评价.结果表明,灌区土壤中Pb,Cd,Hg,As,Cu,Zn平均值与陕西省土壤背景值的平均值相比,分别超出46.0%,105.7%,90.6%,47.8%,12.6%和178.6%,只有Cr基本接近;从各元素的变异系数看,Cd的最大,为1.547,As的最小,为0.105;土壤中Pb,Cd,Hg,As,Cu,Zn以及Cr相互之间的相关性都不显著;重金属元素与肥力指标的相关性不具有任何规律性;单因子评价结果表明,灌区土壤中Zn污染最严重,平均单因子污染指数1.48,为轻度污染.As的平均单因子污染指数1.11,也达到轻度污染.Cd的平均评价结果为非污染.灌区土壤中Cr,Pb,Cu,Hg含量基本未达到土壤污染积累的起始值.     

泾惠渠灌区浑水泥沙输移特征

通过对泾惠渠灌区2013年夏秋灌期干支斗渠浑水资料的实时取样分析,探究渠灌区渠系挟沙水流含沙量及泥沙级配的时空变化规律,量化描述不同粒径悬移质泥沙颗粒的输移特征,旨在获得灌渠渠系内挟沙水流历经冲淤过程不同粒径悬沙沿程的垂向分布与输移规律,为渠灌区的运行及泥沙问题的处理提供理论基础。灌区内进行的原型取样测流工作在选定的具有代表性的干-支-斗渠线路上进行,观测分析了灌区渠系含沙量及不同粒径泥沙颗粒沿垂线分布的特征,验证分析了挟沙水流历经淤积过程含沙量分布的变化规律。通过对典型渠系线路不同粒径悬移质泥沙的沿程调整计算分析,表明不同粒径泥沙沿程的输移特征不同,各分组沙的冲淤特征并不都和全沙平均计算结果一致,其中级配曲线左端一定粒径范围（约＞0.015 mm）的粗沙与全沙具有同冲同淤的规律。该研究可为泾惠渠灌区泥沙处理利用以及渠灌区浑水调控理论与技术的进一步研究提供依据。     

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。     

关中平原渠井双灌区地下水循环对环境变化的响应

为促进陕西关中平原渠井双灌区地下水良性循环,保障灌区水资源高效安全利用,以泾惠渠灌区为例,分析了灌区多年来地下水系统外部环境因素及地下水循环要素的变化特征,基于多变量时间序列CAR(controlled auto-regressive)模型建立了地下水位动态对环境变化的响应模型,利用验证后的模型对灌区不同环境变化情景下的地下水位埋深进行了模拟。研究结果表明:降水、蒸发、渠首引水、渠井用水比例是影响灌区地下水循环的主要外部环境因素;降水量减少、蒸发量增加,地下水各项补给量减少、排泄量增加,使得地下水位逐年下降,近34 a累计下降11.8 m;在多年平均降水量情景Ⅰ下(近56 a均值:513 mm),维持灌区地下水良性循环的适宜渠井用水比例为1.53,在多年平均降水量减少5%,即降水情景Ⅱ下(487 mm),适宜渠井用水比例为1.61。环境变化下不同渠井用水方案的研究,有利于灌区地下水的良性循环,可为灌区制定高效安全用水对策提供依据。     

河套灌区井渠结合膜下滴灌土壤盐分演化规律

针对内蒙古河套灌区井渠结合的问题,基于SaltMod模型建立井灌区和渠灌区水盐均衡模型,并引入含水层侧向交换量对模型进行改进,利用隆胜井渠结合试验区15 a水盐观测资料对改进的模型进行率定和验证,采用验证后的模型分析了隆胜井渠结合区在现状条件下以及在井渠结合膜下滴灌推广实施后区域的土壤盐分演化规律。结果表明,现状条件下隆胜井渠结合区土壤盐分基本稳定,尤其是渠灌区根系层盐分基本稳定,保持在较低水平,可以在长时期内满足作物生长的需求。当推广井渠结合膜下滴灌后,井灌区的生育期灌溉定额和地下水埋深对其灌溉用地根系层土壤盐分积累的影响较小,而地下水矿化度与秋浇频率的影响较大。对于井灌区,建议采用黄河水2年1次进行秋浇压盐,可以长期将土壤全盐维持在3 g/kg以下,以满足作物生长需求。     

基于主题分类和组件技术的灌区生态环境动态评价

针对传统灌区生态环境评价存在的指标固定和适应性较弱等不足,将信息化技术应用到评价中,提出基于主题服务的灌区生态环境动态评价模式。针对灌区生态环境问题确定评价主题,建立基于主题服务的灌区生态环境动态评价流程,构建评价指标库,对评价方法进行组件化。根据评价主题从灌区生态环境评价指标库中筛选合适的评价指标,通过对指标的优选建立针对特定评价主题的评价指标体系。基于综合集成平台绘制评价主题知识图,搭建灌区生态环境动态评价系统。根据灌区生态环境评价主题的特征和建立的评价指标体系,确定评价方法。从评价方法组件库中调用相应组件对不同主题下评价指标进行计算,实现对灌区生态环境的动态主题评价。以陕西省泾惠渠灌区为例开展实证研究,首先,根据灌区调研情况和管理部门的关注点,结合专家意见,确定4类评价主题,包括:生态环境影响要素主题、资源利用水平主题、工程保障能力主题和可持续性主题。基于综合集成平台开展动态评价,结果发现:2009年和2014年灌区生态环境介于等级"良"和"一般"之间,且2014年相对于2009年灌区生态环境状况有所下降;1997年至2014年灌区资源利用水平逐年提高,各评价指标逐年向良性发展;2014年灌区工程保障能力为"一般",且偏向"良好";2014年灌区可持续性评价结果等级为"良"。结果表明:基于主题服务模式能快速、多角度实现对灌区生态环境的动态评价,结果更为可信,相比传统评价方法更有优势。引入信息化手段,在综合集成平台上实现基于主题服务的灌区生态环境动态评价,研究结果对促进灌区生态环境健康发展和灌区生态文明建设具有重要意义。     

基于多源信息融合决策的灌区生态环境评价指标优选

针对目前灌区生态环境评价研究中指标选取主观化、未成体系化的困境,该研究提出了一种基于指标多源特征信息融合的优选思路与方法。以关中地区泾惠渠灌区为研究对象,通过构建灌区生态环境概念模型,以"灌区资源"定义因素层,逐级确定了31个指标,初步构建了灌区生态环境评价指标库。采集指标灵敏度、均衡度、独立性这3种特征信息,视为3项证据,进而采用DS(Dempster Shafer)证据理论对该3项证据基本信任分配函数值进行融合,计算该3项证据共同支持作用下的指标可信度,依据可信度高低排序结果,即可从繁复、庞大的指标库中进行指标优选。该研究设置了两种融合思路:1指标全体融合、2先分别剔除3项证据下基本信任分配函数值较低的指标,然后对剩余指标进行融合;并进行对比分析研究,结果表明:第2种思路下的计算会提前剔除某些可信度较高的指标,如盐碱化程度、空气相对湿度指标;按照第1种思路,对指标全体进行信息融合,进而根据可信度排序结果,选取可信度较高的指标作为灌区生态环境评价研究的主评指标,为灌区生态环境健康评价提供了支撑。为其他领域评价研究中指标的优选提供了新的思路和决策方法。     

陕西泾惠渠灌区土壤重金属空间分布特征及来源

土壤重金属空间变异性是监测和评价农田生态系统环境质量的前提。该文基于104个表层土壤样品的重金属实测含量,运用多元统计和地统计相结合的方法,对陕西泾惠渠灌区土壤重金属含量的分布特征和来源进行了分析。结果表明,土壤中Hg、As、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn、Ni 8种重金属平均质量分数分别为0.091、15.40、0.25、75.50、27.20、28.10、81.10、36.60 mg/kg,均超出土壤背景值(参考1986年报道的陕西省关中平原主要农业土壤中重金属含量),但低于国家土壤环境质量二级标准(GB15618-1995)。地统计分析表明,Hg、Ni、As基底效应介于25%~75%之间,属于中等空间相关;而Zn、Pb、Cd、Cu、Cr基底效应均大于75%,属于空间弱相关。多元统计分析表明,泾惠渠灌区土壤中Cd、Pb、Zn、Cu、As、Cr和Ni的累积主要源于农业生产活动、交通运输等人为活动,而Hg的累积则主要受工业排废的影响。目前,该灌区土壤环境质量良好,但土壤重金属有累积的倾向,应引起重视。     

渠井用水比对灌区降水响应及其环境效应分析

渠井结合灌区适宜渠井用水比例关系灌区地下水环境和区域农业可持续发展。该文以人民胜利渠灌区为例,集合了灌区1954-2014年农业用水量及降水量、研究区域2008-2014年渠井用水比、地下水埋深、地下水水化学特征数据,分析了降雨量、地下水动态特征与渠井用水比例的相关性,以期探明渠井结合灌区渠井用水比对降雨的响应及其对土壤和地下水环境的影响。结果表明,典型渠井结合灌区渠井用水比与年降水量呈线性正相关;渠系上游地下水水位变化较下游更为剧烈,在用水水平、用水方式一致条件下,渠井用水比例越大,地下水埋深超过11 m区域增幅越小,较大的渠井用水比例对于上游地下水位下降减缓效果明显;平水期、枯水期,由于渠井用水比例不合理,地下水无序开采且超采严重,区域地下水碱化趋势明显;受气候变化影响,近5 a渠灌水量仅为多年均值的75.52%,未来区域降水量具有减小趋势,这势必进一步加剧农业水资源紧缺的形式。为了满足农业的正常生产,增加灌区地下水开采成为唯一解决途径,这势必加剧地下水的碱化趋势及地下水超采区的扩大。因此,确定灌区适宜的渠井用水比例对于灌区水资源的科学利用与农业的可持续发展具有重要意义。     

再生水灌区地下水防污性能区划模型的建立与验证

为促进地下水水资源保护和利用,根据研究区域的特点以及地下水防污性能的影响因素,基于DRASTIC模型,选用以下6个因子：地下水水位埋深、降雨入渗补给量、表层土壤类型、包气带岩性、含水水力传导度以及土地利用类型建立了再生水灌区地下水特殊防污性能区划模型。采用地理信息系统GIS技术和内梅罗指数法,绘制研究区域地下水综合污染指数分布空间图,并且探讨了防污性能区划的验证方法以及等级划分标准。结果表明：地下水综合污染指数与研究区域的防污性能具有很好的相关性（R2=0.9591）,采用DRASTIC模型评价地下水特殊防污性能是可行的,可为再生水灌区地下水的保护以及利用规划提供重要借鉴。     

基于改进SWAT模型的南方多水源灌区灌溉用水量模拟分析

为提出一种合理有效的南方多水源灌区灌溉用水量模拟统计方法,该文针对南方多水源灌区水循环及灌溉取水特点对SWAT模型进行改进,尤其添加了多水源自动灌溉模块用于模拟作物不同水源类型的灌水量,并统计推求灌区灌溉用水量。以浙江省浦江县通济桥水库灌区为例,应用改进SWAT构建灌区水循环模型,利用灌区出口实测月径流数据及4条干渠渠首监测的灌水量数据校正及验证模型,其中月径流在验证期的Nash-Suttclife效率系数为0.89,干渠灌溉用水量模拟值与观测值相对误差的绝对值最大不超过20%,表明改进SWAT模型具有良好的模拟效果。利用所建模型模拟分析通济桥水库灌区长系列灌溉用水量,结果显示灌区灌溉用水量呈现丰水年小、干旱年大的变化规律;除监测的骨干水源通济桥水库及浦阳江取水以外,灌溉用水量的41.40%来源于灌区内部的河道、塘堰及小型水库,说明只监测干渠渠首灌水量无法统计整个灌区灌溉用水量;随着灌区节水改造投入,灌区灌溉水利用系数提高,其灌溉用水量减少。基于改进SWAT模型进行多水源灌区灌溉用水量模拟为灌区灌溉用水量统计分析提供了一种有效的方法。     

耦合地下水模拟的渠井灌区水资源时空优化配置

为控制渠井灌区地下水位,合理确定地表水和地下水的分配方案,构建水资源时空优化与地下水数值模拟耦合的模型体系。以灌区缺水量最小、时段缺水率均衡和渠系单元缺水均衡为原则建立灌区地表水地下水联合利用的时间和空间优化模型,分别采用人工鱼群算法和粒子群算法求解,以优化的地表水供水量和地下水开采量为耦合变量,作为地下水模拟模型的输入,以丰、平、枯水年地下水位变幅之和最小为模拟目标,获得不同水文年地表水地下水的时空优化配置方案。泾惠渠灌区优化结果表明,丰水年和平水年不缺水,枯水年在2020年和2030年灌溉缺水分别为4 489万m3和3 941万m3,主要分布在12月、3月、6月、7月、8月。2020年丰、平、枯水年灌区平均地下水位变幅分别为0.49、0.06、-0.42 m,2030年丰、平、枯水年灌区平均地下水位变幅分别为0.21、-0.08、-0.26 m,基本上实现多年采补平衡。耦合地下水模拟的水资源时空优化配置方法,是渠井灌区实现水资源合理利用和生态健康的有效途径。     

引黄灌区水资源联合利用耦合模型

随着引黄水量日益减少,如何有效利用有限的地表水和地下水,成为内蒙河套灌区亟待解决的问题。该文以引黄水量最小和地下水开采量最大为目标,以控制各用水区地下水位在适宜范围作为约束条件,通过动态耦合地下水模拟模型与地表地下水联合利用优化模型,建立了灌区水资源联合利用耦合模型,最后应用此耦合模型对灌区2020和2030年的引黄水和地下水进行了优化分配。结果表明：通过合理调整产业结构和有效利用地表地下水,灌区2020和2030年的引黄水量分别为39.15、38.54亿m3/a,可以达到国家规定的40亿m3/a指标。研究成果可为黄河流域乃至全国其它干旱灌区的水资源高效利用、盐碱化防治等方面提供借鉴和参考。     

基于排队理论的灌区渠系地表水及地下水优化配置模型

地表水和地下水联合运用于农业灌溉是中国大部分灌区主要采用的灌溉形式,但目前的优化模型对地下水的运用情况过于简化,常采用定值作为优化模型的参数,所以不能真实反映地下水随时间对灌溉面积的影响。该文基于排队理论,研究分析了地下水灌溉的农田面积随等待地表水灌溉的历时的影响,并建立灌区渠系优化配水模型,以灌水历时最短为目标,根据渠首引水、渠系供水、作物用水等方面的用水关系建立约束条件。通过河北石津灌区的实际应用,说明模型方法的可行性,并提出该灌区5条主要干渠的合理优化配水方案。结果显示最优的灌溉历时为25.6 d;干渠B1的灌水周期贯穿了大部分灌水周期,是影响整个系统灌溉效率的关键渠道;子区C5分配的地下水资源较多,该子区的地下水灌溉面积占到了43%。该模型可更加真实地反映用于灌溉的地下水水量随时间变化的不确定性,能够为中国大部分地区建立地表水和地下水联合灌溉优化模型提供方法上的借鉴。     

地下水埋深较大条件下井灌区土壤水分动态变化特征

针对20世纪80年代以来，北方井灌区农田地下水开采多，补给少，地下水位普遍下降的问题，通过分析在北京市东南郊水资源试验区连续4年土壤水分观测资料，探讨了平原井灌区地下水埋深较大条件下(超过6 m)0～3 m层土壤水分动态变化规律。按春灌期，雨季和秋末～春初三个阶段分析了土壤水分的季节性变化特点。分析表明，在土壤干旱时期，农田灌溉或降雨后，灌水和降雨(小于80 mm)主要补充于0～1m土层；雨季，当表层土壤水分得到一定补充，又遇较大次降水(100～150 mm)时，降雨主要被1.0～2.5 m层土壤所容纳，田面不会产生径流，同时地下水位回升幅度较大。研究认为，0～3 m层土壤对降水有很强的调蓄能力，雨季平均有85%的降水滞蓄其中。因此，在田间采取一定的拦蓄水措施，即使在遇到大暴雨(150～200 mm)的情况下，也可以做到农田地表不产流或少产流、绝大部分降雨就地拦蓄入渗，增加土壤水资源量。     

农业灌溉水资源优化配置研究进展

水资源短缺是制约农业可持续发展的关键因素,因此农业灌溉水资源的优化配置对于保障粮食安全和水安全具有重要意义。该研究基于农业灌溉水资源优化配置的主要类型,对单一作物灌溉优化决策、多作物水土资源优化配置和灌溉渠系水资源优化调度3个方面的研究进展进行了系统综述。同时指出了当前农业灌溉水资源优化配置中存在的主要问题和未来研究方向,研究认为当前的农业灌溉水资源优化配置应在如下4个方面进行完善：1）建立更具生理意义的作物水分-产量-品质模型;2）在气候变化和人类活动的情景下实现农业灌溉水资源的优化配置;3）构建全面考虑水源、渠系、灌区面积、作物配置以及生育阶段的系统性农业灌溉水资源优化配置模型;4）建立以棵间蒸发最小为目标的动态灌溉优化决策模型。研究可为中国的粮食安全和水安全提供理论指导。     

灌溉方式和有机无机氮比例对水稻产量与水分利用的影响

通过盆栽试验,研究了3种有机无机氮比例,即60%无机氮+40%有机氮（F1）、80%无机氮+20%有机氮（F2）、100%无机氮（F3）,和3种灌溉方式,即常规灌溉(FIR)、控制灌溉（CIR）和间歇灌溉(IIR),对水稻生长、产量构成、产量和水分利用的影响。结果表明,与FIR处理相比,CIR和IIR处理水稻全生育期灌水量分别下降31.3%和15.9%,但是理论产量平均分别降低31.9%和15.9%,因此水分利用效率（WUE）提高不明显。与F3相比,F1和F2的理论产量平均增加20.1%和14.2%,FIR条件下WUE分别提高37.3%和25.5%。通径分析表明,在不同灌溉方式与有机无机氮比例条件下,有效穗数、每穗粒数、千粒重仍是影响水稻产量的主要因素。主成分分析表明,在间歇灌溉条件下,在总施氮量不变时,配施40%有机氮肥可降低水稻灌水量,并适当提高水稻产量。