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。     

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DEA的黑河中游灌区水资源配置效率时空分异

绿洲农业用水效率的提高是协调干旱区经济发展与生态建设的关键。以黑河中游农业绿洲24个灌区为研究对象,以基础地理信息数据、土地覆被数据和绿洲灌区统计数据等为数据源,基于数据包络分析（DEA）研究了灌区农业水资源配置效率的时空分异,以及各灌区影响水资源配置效率的主要因素。结果表明:（1）各灌区水资源配置效率存在明显的时空差异。平川、罗城、大堵麻、盈科、板桥、蓼泉、梨园河、六坝等灌区水资源配置效率较高,而马营河、老军、洪水河、童子坝河、西浚、上三、安阳、鸭暖、新坝等灌区水资源配置效率较低。各灌区水资源配置效率均值从2008年的0.797提高到2012年的0.848,空间差异进一步缩小;（2）各灌区水资源配置要素普遍投入过大,水利设施建设及引水密度均超过了灌区实际需求,尤其是山丹县和民乐县的引水密度过大,甘州和高台部分灌区则表现为干渠密度、支斗渠密度明显超过实际需求;（3）DEA最优解显示,灌渠密度普遍饱和,部分灌区引水密度过大,大部分灌区引水密度与投入产出效率最高之间存在34.8%的下调空间。因此,合理分配有限的水资源、大力推广节水工程及措施,是提高绿洲水资源利用效率的主要途径。     

基于LMDI-SD耦合模型的绿色发展灌区水资源承载力模拟

针对灌区大量引水导致的河道断流、生态环境恶化以及水资源利用效率不高等问题,开展绿色发展模式下水资源承载能力模拟研究。以宝鸡峡灌区为研究区,基于Divisia指数分解、Kaya恒等式以及系统动力学理论,提出对数平均迪氏分解与系统动力学耦合模型,从需水机理出发识别灌区用水量变化的主要驱动因子;运用情景分析法,考虑生态需水、高效节水、产业结构调整和外调水等情景设置5种模拟方案,对2017－2030年灌区需水量进行动态模拟;引入水资源承载指数探讨规划年2025年和2030年的水资源承载力水平。结果表明：灌区各部门用水定额对用水量变化起主要驱动作用;按方案1（现状发展模式）,2025年水资源基本可承载灌区社会经济发展,但2030年出现轻度超载;方案5（绿色发展模式）通过对用水变化主要驱动因子的调控,到2030年,水资源承载指数均小于1,属于可承载状态。研究表明,通过合理的调控措施可有效地缓解灌区水资源供需矛盾、提升水资源承载能力。本研究可为干旱半干旱灌区绿色发展模式下水资源合理开发提供科学的决策依据。     

基于复杂种植结构多情景分析的灌区多目标多水源优化配置

为改善多水源灌区农业用水供需矛盾,通过合理调整种植结构,优化灌区水资源配置,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为研究对象,将农业灌溉缺水量最小和农作物经济效益最大作为目标函数,兼顾灌区生态安全约束,构建了基于种植结构优化的多目标多水源优化配置模型,针对作物熟制、作物种类、种植制度以及灌溉方式设置了8种不同的种植结构优化情景,通过自主改进的基于精英策略并协遗传算法（NSGAⅡ-S）对模型求解,获得不同情景下的水资源优化配置方案。结果表明：应用模型进行水资源配置后,各情景配水总量均有所减少,其中水库配水量高于其他水源的配水量,水库水、引黄水和引江水均达到用水总量控制目标,民有分区的各计算单元间的配水量变化明显,总配水量高于滏阳河分区;适当压减主要依靠抽取地下水灌溉的冬小麦的播种面积,变灌溉农业为旱作雨养农业,可以极大地减少地下水用量,增加灌区经济效益;最佳的种植结构优化方案为CS₄（削减冬小麦的种植面积,种植苜蓿,灌溉方式采取管灌或喷灌）,该方案冬小麦播种面积压减17.10%,地下水开采量减少了16.42%,灌区的经济效益增加了26.41%,在保证配水总量最小的同时,具有更高的经济效益。该研究所构建的多目标多水源优化配置模型和作物配水结果可为类似地区的水资源配置提供参考。     

基于多层次模糊综合评价模型的沙漠绿洲水资源承载力评价与预测

[目的]对腰坝绿洲未来水资源承载力进行评价和预测研究,为该地区水资源的可持续利用及合理管理政策的制定提供决策依据。[方法]取2016年为现状水平年,2020,2025,2030年为规划水平年,根据绿洲发展历史和现状及相关规划,对社会经济发展进行预测,进而对各水平年的需水进行预测。选取9个评价指标构建水资源承载力评价指标体系,建立水资源承载力模糊综合评价模型,对各水平年水资源承载力进行评价分析。[结果]水资源承载力综合评判值2016年仅为0.251 2,表明水资源承载力已达到饱和;至2030年,上升至0.434 4,水资源承载力处于较高的可承载水平,但区内地下水资源开发潜力仍然有限。[结论]现状年水资源承载力处于超载状态,水资源供需矛盾突出,社会经济子系统是水资源承载力提高的主要压力源,通过采取一系列的措施,未来水资源承载力状况将逐渐好转,需采取全面有效的措施使水资源承载力提升至较高水平,将研究区打造成为和谐高效的绿洲。     

灌溉定额和绿肥交互作用对小麦/玉米带田产量和养分利用的影响

【目的】研究灌溉定额、绿肥及其交互作用对河西绿洲灌区带田小麦、玉米产量和养分利用的影响,探寻适合灌区带田的水肥管理模式。【方法】试验采用裂-裂区设计,主区处理为灌溉定额,设三个水平为4500、6000和7500 m^3/hm^2;裂区处理为绿肥,设两个水平为不种绿肥和种植绿肥;裂-裂区处理为化肥,设两个水平,为不施化肥和施用化肥,化肥处理氮、磷、钾肥料用量分别为N 525 kg/hm^2、P2O5 150 kg/hm^2、K2O 90kg/hm^2。【结果】与4500 m^3/hm^2的灌溉定额相比,6000 m^3/hm^2和7500 m^3/hm^2的灌溉定额极显著增加了小麦和玉米的籽粒产量及其收获指数,增加了小麦和玉米籽粒的氮磷钾吸收量及其养分收获指数,小麦籽粒产量形成的氮生理效率和玉米籽粒产量形成的氮磷钾生理效率;极显著降低了小麦百公斤籽粒氮需求量和玉米百公斤籽粒氮磷钾需求量。绿肥种植与否对小麦、玉米籽粒产量均没有显著影响。种植绿肥极显著降低了玉米籽粒的收获指数和钾收获指数。灌溉定额4500 m^3/hm^2与种植绿肥交互作用下,玉米磷收获指数最低;灌溉定额6000m^3/hm^2与种植绿肥交互作用下玉米磷收获指数最高。种植绿肥处理显著增加了玉米百公斤籽粒氮磷钾需求量,显著降低了玉米百公斤籽粒磷钾生理效率。4500 m^3/hm^2灌溉定额下种植绿肥进一步加剧了干旱的胁迫程度,导致玉米百公斤籽粒氮、磷需求量显著增加,对钾的需求量极显著增加,磷生理效率显著下降,钾生理效率极显著下降。【结论】灌溉定额是河西绿洲灌区带田小麦玉米籽粒产量和收获指数、籽粒氮磷钾吸收量和氮磷钾收获指数、百公斤籽粒氮磷钾需求量和氮磷钾生理效率的决定因素。亏缺灌溉定额(4500 m^3/hm^2)下,种植绿肥会降低小麦/玉米带田籽粒产量及肥料利用效率。在6000 m^3/hm^2的灌溉定额下,建议河西绿洲灌区小麦/玉米带田应配合种植绿肥,提高产量和肥料效益。     

山西省水资源配置格局研究

山西省是典型的水资源禀赋不足省份，随着经济发展和人民生活水平的提高，人们对水资源数量和质量的需求越来越高，加之水资源浪费及水污染严重，水资源供给与需求之间的矛盾已成为制约山西省国民经济发展的“瓶颈”。本文以2020年为基准年，对2025年和2035年山西水资源供需水量进行了预测，进行优化水资源配置，研究成果可为本区经济社会可持续发展提供用水指导。结果表明：全省2025年配置水量85.0亿m³，满足需水要求；2035年需配置水量108.7亿m³，缺水15.0亿m³，万家寨引黄工程、中部引黄及碛口水利枢纽工程和古贤枢纽水利工程增标可满足。     

台兰河绿洲灌区土地利用变化与水资源动态研究

基于2000年和2005年的遥感影像,利用RS,GIS及景观生态学方法,对台兰河绿洲灌区2000-2005年的土地利用进行监测,并分析了不同时期台兰河绿洲灌区水资源开发利用程度.对研究区土地利用与水资源动态变化关系进行了分析.结果表明,2000-2005年耕地面积和水域面积年均增加分别为3 603.8 hm2和151.4 hm2;绿洲林地和草地大面积减少,减少量分别为2 247.07 hm2和14 325.9 hm2,相应地绿地面积减少了165 72.97 hm2;草地和林地等生态用地的减少是灌区耕地增加的主要来源,转移比例分别为13.97%和5.93%.地表来水量不断减少的情况下,灌区地下水开采量从1989年的5.91×106m3增加到2003年的1.39×107m3,灌溉面积和机井数量不断增大,地下水开采强度日益增加,地下水水位呈日益下降的趋势.农业用水所占比例过大,生态用水逐渐缩减.     

基于熵权法的新疆奇台绿洲水资源承载力评价研究

针对新疆奇台绿洲水资源日益短缺及生态环境逐渐恶化的现实情况,本文通过构建水资源承载力研究的指标体系,应用主成分分析法选取主要指标,并采用熵权法进行赋权,依据水资源承载力综合模型对其水资源承载能力予以分析评价,以期使该地区水资源得到合理利用,并为绿洲可持续发展提供支撑。研究结果表明:该区1993年水资源承载力综合得分0.83,1998年为0.75,至2005年达到研究时段的最低值0.66,反映出其水资源承载力不断下降,且近几年下降速度加快。后期(2003—2005年)水资源承载力综合得分年均下降率是早期(1993—1998年)的47.96倍,为中期(1999—2002年)的8.39倍。奇台绿洲水资源承载力主要受经济与生态环境、人口、农业用水、水资源利用程度、气候状况5大成分影响。其中前三者累计贡献率为73.58%,反映出经济迅猛发展、生态环境恶化、人口数量增加以及农业灌溉水激增是导致水资源可进一步利用潜力减小的最主要因子。     

南水北调西线工程对黄河流域生态环境的影响分析

黄河流域地处我国北方干旱和半干旱地区,水资源贫乏,人均占有水资源仅为全国平均水平的1/3,森林覆盖率仅为6%,是全国平均水平的50%。水土流失严重,中上游土壤侵蚀模数一般在5000t/(km2.a)以上。黄河含砂量居世界之最,多年平均含砂量达33kg/m3,由于水资源量的逐年减少和需求量的逐年增大,引起了土地沙漠化,沙尘暴以及黄河水质恶化等一系列环境问题。南水北调西线工程拟从水量充沛的长江、澜沧江、怒江流域调部分水量进入黄河,总调水量170亿m3。其中用于农、林、牧业方面的灌溉水量占总调水量的55%,可以有效地增加植被和控制水土流失,遏制土壤沙漠化;能够缓解黄河水资源的供需矛盾,改善黄河水质;同时还可以增加黄河下游河道的冲刷长度,减少泥沙淤积,有利于黄河下游河道的稳定性。     

内蒙古“十-五”规划对水资源的影响评价

水资源是内蒙古自治区经济社会发展的刚性约束资源.从水资源供需平衡角度评价了内蒙古自治区"十一五"国民经济和社会发展规划的目标及方案是否在水资源供给能力之内.采用情景分析法和承压法评价了内蒙古"十一五"规划的水资源供需平衡以及未来对水资源的影响.结果表明,按照"十五"期间的节水力度(情景1),到2010年内蒙古需水总量为2.52×1010 m3,按"十一五"规划的节水力度(情景2),则需水总量为2.06×1010 m3,预计可供水量为2.29×1010 m3.在情景1时水资源缺口达2.36×109 m3,在情景2时,水资源盈余2.2×109m3.从总体来看,只要加大节水力度,内蒙古"十一五"规划目标完全在水资源的供给能力之内.但由于水资源区域分布差异大,中西部地区在情景2时仍然处于缺水状态,因此,中西部地区需要调整规划的农业灌溉面积和局部工业发展规模.     

基于水量供需平衡的河北省张家口市崇礼区水资源承载力分析

[目的]对农业需水量进行了情景预测,旨在为河北省张家口市崇礼区冬奥会(2022年举办)以及未来水资源合理利用以及可持续发展提供基础。[方法]基于水资源供需关系分析了2005—2016年水资源承载力并预测了不同规划年(2022年、2035年)水资源承载力。[结果] 2005—2016年水资源平衡指数(IWSD)从0.54下降至0.06,2016年水资源承载能力已趋于临界状态;当保证率P=25%时,2022,2035年IWSD分别为0.27,0.25,水资源承载盈余,当P=50%,75%,水资源承载力均超载,尤其当P=75%时,IWSD分别为-0.77,-0.81,水资源严重超载;通过调整灌溉面积以及需水定额,P=25%,50%时,IWSD0,P=75%时不同规划年缺水量减少了22.68%,36.31%。[结论]未来崇礼区可通过调整灌溉面积、灌溉需水定额,减少地下水开采量,提高地表水利用率来提高水资源承载力。     

1986-2013年黄河宁蒙河段风蚀模数与风沙入河量估算

为缓解宁(宁夏)蒙(内蒙古)河段的淤积问题,需要对该河段风蚀灾害和风沙入黄量的时空变化进行研究。该文选取综合风蚀模拟系统(integrated wind-erosion modeling system,IWEMS)和修订版风蚀方程(revised wind erosion equation,RWEQ)对1986-2013年黄河宁蒙河段风蚀模数进行了估算,并结合风沙输移方程,对不同河段的风沙入黄量进行了计算。发现宁蒙河段的风蚀灾害主要发生在乌兰布和沙漠、库布奇沙漠和河东沙地等沙漠区域。自1986年以来河东沙地的风蚀模数逐渐降低,而乌兰布和沙漠的风蚀模数则逐渐凸显,成为宁蒙河段风蚀最严重的区域。1986-2013年间,整个宁蒙河段受风蚀灾害的面积逐渐减小,平均风蚀模数迅速下降,线性拟合函数斜率高达-182.81。风沙入黄量结果显示,石嘴山—巴彦高勒段的年均风沙入黄量最大,高达9.31×106 t/a;下河沿—青铜峡段最小,其值仅为7.6×105 t/a。另外,除石嘴山—巴彦高勒段之外,其余河段风沙入黄量并未呈现出明显的减小趋势。通过对宁蒙河段气象和土地利用数据的分析,发现宁蒙河段的风蚀模数的变化主要受气候条件的影响。该研究结果可为解决黄河淤积问题、完善黄河沿岸风沙防护体系提供参考。     

灌区分布式多水源时空优化配置

为充分考虑灌区多水源供需水时空分布不均问题,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为例,通过遥感技术反演土壤含水率并计算不同生育期的土壤水分修正系数,进而计算各子单元的作物需水量;分别以水库配水缺水量最小、灌区效益最大作为配置目标建立灌区分布式多水源优化配置模型,计算并分析9种水文情景下（蓄水高值-降水丰值、蓄水高值-降水平值、蓄水高值-降水枯值、蓄水中值-降水丰值、蓄水中值-降水平值、蓄水中值-降水枯值、蓄水低值-降水丰值、蓄水低值-降水平值、蓄水低值-降水枯值）配水量的时空分布规律。结果表明：通过遥感反演并模拟得出的灌区土壤含水率空间分布符合灌区实际土壤情况;漳滏河灌区4～8月的累计需水量最大,占全年总需水量的76.8%;不同情景下,民有分区的配水量均高于滏阳河分区,且空间分布变化规律明显;为保证灌区的经济效益,应优先选择水价较低、单位面积配水量较高的引黄水作为主要外调水源。研究结果可为灌区水资源时空配置及水资源高效管理提供新思路。     

黄河上游宁夏-内蒙古段跃移沙粒起动风速的空间分布

黄河上游宁夏-内蒙古段穿越河东沙地、乌兰布和沙漠和库布奇沙漠,大量风沙被吹入黄河,因此,迫切需要揭示宁夏-内蒙古河段沙粒起动风速的空间分布规律,从而为该区域的风沙防治工作提供理论依据。首先,应用归一化植被指数（normalized different vegetation index,NDVI）数据集计算该河段地表植被盖度、植被迎风面积指数与粗糙度。而后,通过植被迎风面积指数计算摩阻起动风速的影响函数,研究河段摩阻起动风速的空间分布。利用实测数据检验摩阻起动风速的计算方法,表明摩阻起动风速的计算方法误差较小。研究表明,研究区内风速廓线均呈对数函数的分布规律,并利用风速廓线方程计算了研究区不同下垫面（10 m高度）处的起动风速,进而得到跃移沙粒起动风速的空间分布。结果显示研究区风蚀风险最大的几个区域大多临近黄河。最后,根据当年最大NDVI值与下一年风季（3月至5月）NDVI平均值之间的关系,提出利用当年最大NDVI值对下一年风季起动风速的预测方法,该研究为黄河宁夏-内蒙古段的风蚀预报提供理论支撑。     

基于MODIS的沿黄粮食主产区耕地利用水分盈亏特征分析

明确中国核心粮食主产区耕地水分盈亏状况，有利于区域灌溉策略制定及保障国家粮食安全。为探讨沿黄粮食主产区耕地利用下水分盈亏规律，该研究基于土地利用现状数据、MODIS遥感数据和常规气象数据，在Priestley-Taylor公式、区域遥感蒸散模型支持下构建水分盈亏评价模型，揭示2000-2020年原阳县、封丘县、延津县、长垣市、滑县和濮阳县沿黄6县的气候水分平衡状况及耕地利用下水分盈亏效应。结果表明：1)2000-2020年沿黄6县耕地及其子类型面积均缓慢下降，垦殖率由2000年81.46%降至2020年的79.34%，耕地变化过程类型以稳定型、前后期萎缩型以及前期新增型为主；2）研究区常年水分盈亏指数为-0.60，整体气候水分亏缺，以原阳县西南部、滑县、濮阳等地最为突出，同时在各研究时点呈现趋势性变化规律；3）研究区耕地多处于较为严峻的气候干旱状态，缺水类型主要为中度、重度和严重干旱，无正常和轻度干旱区，且在变化状态效应上，稳定型耕地处于严重干旱状态，前期和后期萎缩型耕地重度干旱，前期新增型耕地为严重干旱。当地需通过“以水定产，量水而行”并在保障粮食安全生产前提下，积极谋划和推行面向水...     

黄河宁蒙河段泥沙加入量分析及防治对策

利用1950—2005年黄河干流泥沙分布特征值资料与干流任意河段年平均泥沙加入公式对黄河干流宁蒙河段年平均泥沙加入进行了计算分析。结果表明,1950—2005年宁蒙河段每年都有大量泥沙加入,并且加入量随时间呈波动变化。通过数据分析与实地调查发现,造成该河段泥沙大量加入以及随时间呈波动变化的原因主要是宁蒙河段穿越腾格里沙漠、河东沙地、乌兰布和沙漠以及库布齐沙漠,沙漠与河流交互作用,使其具备风沙直接入黄以及支流泥沙入黄的条件;尤其以"十大孔兑"河道上游比降大,河道两岸地表沙物质易蚀性高,从而导致大量泥沙通过洪水过程进入黄河。黄河宁蒙河段的泥沙防治关键在于减少入黄泥沙量,特别是要加强"十大孔兑"地区的水土保持综合防治力度。