节水灌溉的环境效应研究现状及研究重点

对农田节水灌溉领域有关环境效应问题的国内外研究现状进行了分析,指出其研究不足,建议应从节水灌溉对农田生态环境影响效应的综合分析、节水灌溉条件下地表水及地下水水文循环变化规律、节水灌溉条件下地下水与土壤盐渍化关系机理、地膜覆盖节水增产机理及对环境的影响、考虑生态环境效应的节水农田水管理等方面进行重点研究     

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。     

甘肃省天水市水资源利用存在的问题及保护对策

通过对天水地表水资源、地下水资源、降水资源、水资源利用现状以及水资源开发利用中存在问题的分析,提出了该区水资源利用与管理的对策。     

河南粮食核心区建设规划地下水环境影响评价

研究了实施河南粮食核心区规划对地下水环境的影响问题,提出了科学合理利用地下水资源的对策。河南粮食核心区北部区域已出现地下水超采情况,南部区域地下水开采潜力较大。超采区应采用井灌、渠灌联合运行方式,以及雨洪补源、引黄补源、地表水与地下水联合调蓄利用、节水灌溉等措施,控制地下水水位的下降。严格控制氮肥施用强度等措施可减轻地下水硝酸盐污染负荷。在规划实施中深入研究、跟踪评价农业面源对地下水的影响程度和范围,及时采取控制措施,保护地下水水质。     

对渭北地区集雨灌溉的思考-以富平县底店乡“窖灌农业”示范区为例

合理高效地利用雨水资源对西北干旱半干旱地区尤其是地表水缺乏地下水不易利用地区的经济发展具有十分重要的意义。基于此,我们在陕西省“窖灌农业”试验示范基地对蓄水设施的修筑、运行、维护及水质、雨水利用现状等进行了调研和考察,指出了其存在的问题、解决措施及进一步发展的思路,为该地及整个渭北地区雨水集流灌溉的进一步发展提供指导和参考。     

山西省地下水超采区复核与评价研究

山西省水资源总量少,供需矛盾突出,地表水利用不充分,地下水严重超采。为了水资源的永续利用,给社会经济发展提供水支撑,近年来水利部门大力控制地下水开采,尽最大可能利用地表水。开展全省地下水超采区复核与评价,查清地下水超采现状,意义重大。复核与评价结果表明,与2000年相比,目前地下水超采区面积扩大了16.43%,严重超采区面积下降65.61%,年超采量下降13.58%,年开采系数下降0.20。说明地下水限采成效显著,但部分区域超采问题依然不可忽视。为此,从加强管理角度,对地下水资源限采与保护提出了有关建议。     

基于SWAP和MODFLOW模型的引黄灌区用水管理策略

大部分引黄灌区并没有实现地表水和地下水的合理利用,存在着水源浪费和地下水过度开采等问题。为了合理调配水资源,该文以河南柳园口灌区为背景,运用SWAP和Visual-MODFLOW分别建立了土壤水分运动模型和地下水三维非稳定流模型,用实测资料进行了率定和验证。利用SWAP模型模拟了2006年至2007年不同灌溉标准条件下的灌溉制度,提出了适宜的灌水控制标准,并且根据提出的灌水控制标准对多年的灌溉制度及不同地下水埋深下的灌水量及产量状况进行了模拟,得到了地下水埋深适宜范围。由SWAP模拟的灌溉制度确定地下水开采并且根据不同的种植结构和井渠灌溉比拟定了7个方案,利用MODFLOW模型对灌区地下水系统对各方案的响应进行模拟。结果表明,北部引黄量的30%采用抽取地下水并把节省的引黄量输送到南部,可以使地下水埋深基本控制在适宜的范围之内,并能有效地减少潜水蒸发。     

对建设关中节水型灌区的思考

从降水资源、地表水资源、地下水资源等方面分析了关中地区水资源的现状。指出了该区域在传统灌溉模式下现存的效率低下等问题。提出了将关中地区建设成节水型灌区的构想和措施。提出要尽快制定节水灌区的建设标准,重视输水过程中的节水和改进灌溉方式,重视生物节水,推广有限灌溉,提高水资源利用率,提高农艺节水,推广地表防止蒸发措施,提高水分利用率,开源节流,扩大非常规水资源利用。这些措施是建设节水型灌区的关键,也是实现水资源可持续发展的基本措施。     

武威绿洲水资源利用分析

从地表水利用状况、地下水利用平衡两方面对武威绿洲水资源利用现状进行了分析。分析结果表明．(1)武威绿洲的水资源毛利用量中，地下水约占52％；净利用量中．地下水约占59%；地下水资源开发利用量超过地表水；(2)地下水超采严重，平均每年超采约1．4亿m^3，已经形成规模较大的地下水漏斗；(3)地下水的补给主要以渠道渗漏和田间渗漏为主；(4)农业生产中水资源浪费比较严重．利用效率不高。     

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。     

外来调水对华北低平原区地表水和地下水 水化学特征的影响* ——以河北省南皮县为例

华北低平原区有着巨大的粮食增产潜力,同时也是粮食生产和农业水资源矛盾突出的地区。外来调水与浅层微咸水的联合利用是解决区域水资源问题的有效途径之一,同时也将引起区域水循环和水环境的改变。为明确外来调水对华北低平原区地表水和地下水水化学特征的影响,本研究在华北低平原区河北省南皮县域内对调水后不同季节地表水和地下水进行调查和采样,利用水文地球化学和氢氧(d~2H、d~(18)O)稳定同位素相结合的方法,研究外来调水对地表水和地下水转化及其水化学特征的影响。研究结果表明,11月至翌年7月,受蒸发作用的影响,地表水电导率(EC)和钠吸附比(SAR)增加,d2H、d18O同位素不断富集;由于地表水和周围土壤的交换吸附作用使其水化学类型向Na~+、Cl~-和SO_4~(2-)增加、HCO_3~-减少的咸水转变。调水改变了地表水和浅层地下水之间的补给关系,11月至翌年3月,沟渠附近浅层地下水受外来调水直接或者灌溉补给,使得3月浅层地下水EC降低,埋深变浅,部分采样点分布在外来调水的SAR-EC区域。受调水影响,3月沟渠附近浅层地下水水化学类型为Na·Mg·Ca-Cl·SO_4、Na·Mg-Cl·SO_4·HCO_3、Na·Mg-SO_4·Cl·HCO_3等,是11月调水(Na·Mg·CaSO_4·HCO_3·Cl)和浅层地下水(Na·Mg-Cl·SO_4)的过渡类型。3月至7月浅层地下水补给沟渠水,地下水埋深变深,7月浅层地下水水化学类型与3月相似。调水可以季节性地改善区域内沟渠水及其附近的浅层地下水水质,而对深层地下水和坑塘水的水质无改善作用。调水对沟渠水水质的改善体现在调水季节,对浅层地下水水质的改善存在滞后性,2014年11月调水之后,2015年3月浅层地下水的水质得到改善。因此,采用调水和浅层地下水、坑塘水混合灌溉,对合理开发利用区域咸淡水资源以及深层地下水压采,恢复地下水位意义重大。     

三江平原农业转型中的水资源安全分析

地下水位定点观测和地表、地下水水质分析显示，三江平原地下水位的升降主要受水田灌溉水量制约，生长期内水位显著下降。地下水资源理论上能满足目前水田耕作的需求，但从发展趋势来看，水资源将会成为农业用水的制约因子。“旱改水”过程中造成了显著的地表水污染。针对当地现状提出了农业规划和布局应注意的问题及水资源安全保护措施。     

地表水污染及其防治

地表水是重要的生产与生活用水,也是大气圈水分的主要来源,地表水污染严重地影响了地表水的使用价值。分析了地表受污染的现状及其原因与特征,地表水污染与地下水污染明显不同,具有显明性、易扩散和难逆转性。并提出地表水污染的防治措施。     

干旱绿洲长期微咸地下水灌溉对棉田土壤微生物量影响

由于淡水资源的缺乏,利用微咸地下水灌溉是干旱绿洲普遍采用的一种灌溉措施。该文对北疆棉区长期利用微咸地下水灌溉的土壤微生物和酶活性进行了研究。结果表明,长期微咸地下水灌溉土壤的含盐量比渠水灌溉上升61.5%,显著增加了棉田耕层土壤盐分（P＜0.05）,土壤可交换性钠百分率（ESP）升高3.2倍,并造成土壤碱化。微咸地下水灌溉纤维素酶、脲酶等、转化酶及过氧化氢酶4种酶活性分别降低了21.3%、50.9%、50.0%和10.5%,但在微咸地下水灌溉条件下多酚氧化酶和碱性磷酸酶的活性显著升高。微咸地下水灌溉对土壤微生物有明显抑制作用,长期微咸水灌溉使土壤微生物量碳、氮分别降低24.4%和42.4%,但对微生物量磷影响不显著。微生物量和酶活性与棉田土壤肥力密切相关,长期微咸地下水灌溉导致有机质、全氮分别降低26.8%和28.0%。长期微咸地下水灌溉影响了土壤生物质量,不利于绿洲农田土壤的持续利用。     

辽宁省牤牛营子河供水可靠性分析运用研究

牤牛营子河是季节性河流,地表水不可利用,农业灌溉主要是利用地下水,水量的保证程度十分重要,因此须对取水的可靠性进行分析。本文采用水均衡方程计算了研究流域的地下水水资源量,并分别选取规划年份(2015年和2020年)、典型年份(1992年)以及连续枯水年份分析了流域供水的可靠性,研究结果表明:流域在1990-2011年多年平均地下水水资源量为329.4万m3,规划年份2015年(88.3万m3)和2020年(88.0万m3)地下水水资源可供率均为100%;在典型年份和连续枯水年份,分别需要动用地下水储存量为3.8%和20.2%,均可以获得地下补给量的满足和供给。研究成果可以为牤牛营子河流域农业灌溉用水量供需平衡提供参考。     

不确定条件下考虑水循环过程的灌区多水源高效配置

灌区多水源配置涉及"大气水-地表水-土壤水-地下水"水循环过程,水文要素的变化增加了灌区多水源配置的复杂性,如何在不确定性条件下考虑农田水循环过程,将有限的不同来源的水量高效的分配到作物不同生育阶段,对促进灌区精准灌溉具有重要意义。基于此,该研究在径流与降水联合不确定性条件下,建立基于水循环过程的灌区多水源高效配置多目标模型,该模型耦合了Jensen模型与水短缺足迹模型,以实现节水增效的目的,并获得灌区高效配水方案对径流-降水联合不确定性的响应特征。结果表明：在不同径流与降水的组合情景下,基于各情景配水方案及发生概率,灌区主要生育期的综合配水量为2 241万m3,地表水与地下水的分配比例为6.5∶1,田间实际配水量占灌区可分配水量的95%;经济效益与田间配水量呈正相关关系,而水短缺足迹与田间配水量呈负相关,所构建的模型权衡了灌区经济效益、产量、蓝水利用量多个相互矛盾目标,与实际情况相比,灌区水分生产力可提高11%;不同情景下各生育阶段需要灌溉的程度不同,拔节期对缺水的敏感性最强,且水量分配变幅较大;分蘖期、拔节期和乳熟期采用以地表水灌溉为主,而抽穗期采用以地下水灌溉为主的方式可促进灌区节水增效;多水源配置方案使灌区灌溉的有效性在各情景下均呈现良好状态,可靠性在良好和中等水平之间,而灌区在灌溉的充分性方面有很大提升潜力。构建的模型能够反映水文要素的动态变化对灌区多水源配置的影响,明晰渠首引水与田间多水源配水的相互关系,并提出效益与用水效率同步提升的多水源配置方案,为灌区农业水资源的高效利用提供决策支持。     

考虑水转化过程的干旱区内陆河流域适宜灌溉规模

农业适水发展是保障干旱区水土资源高效利用和生态健康的关键,其核心在于如何科学确定灌溉规模,进而控制农业灌溉用水量。该研究以石羊河流域为研究区,在明确非灌溉需水量的基础上,基于水均衡模型计算考虑水转化过程的不同水文年农业灌溉可用水量,并构建多目标种植结构优化模型对作物种植结构进行调整,最后改进水热平衡模型构建考虑水转化过程的旱区适宜灌溉规模计算模型,分析流域不同情景下的适宜灌溉规模。结果表明：地表水地下水联合调控下,石羊河流域丰、平、枯水年的灌溉可用水量分别为18.97亿～21.57亿、14.75亿～17.51亿、12.31亿～14.95亿m³;优化作物种植结构后能够以减少2.94%的经济效益实现14.13%的灌溉节水;构建的适宜灌溉规模计算模型在干旱区内陆河流域具有较好的适用性,采用该方法得到现状条件下石羊河流域丰、平、枯水年的适宜灌溉规模分别为27.73万～31.66万、21.55万～25.76万、18.01万～22.03万hm²,提高节水水平、调整种植结构后,流域的适宜灌溉规模有所增加。现状2020年(平水年)的实际灌溉面积高于当地水资源...     

再生水回用农业的健康和环境问题

城市生活污水通过适当处理、达到相应使用标准后（再生水），可成为多种用途的水资源，在很大程度上缓解水资源的紧缺状况，利用污水资源的主要用途之一是灌溉农田。然而，城市生活污水中存在不明确的化学成分、病原微生物、氮磷、盐类和重金属等，不适当的处理和灌溉可通过渗漏和地表径流形成农业面源污染，对人类健康和环境（地下水和地表水）造成明显的影响。本文初步分析再生污水对环境、公众健康的潜在影响，提出了在污水资源灌溉利用方面应该注意和需要进一步研究解决的问题。     

大范围灌溉及不同灌溉水源对蒸发皿蒸发量的影响

基于山东省济宁市6个典型气象站20 cm蒸发皿逐月蒸发量、逐年降水量和气象站所在区域的灌溉面积发展资料,研究中国中纬度地区大面积人工灌溉对蒸发皿蒸发量的影响,以揭示人工灌溉发展与蒸发皿蒸发量减少之间的内在关系。分析结果表明：不同时段的蒸发皿蒸发量变化与灌溉面积发展呈现极显著的相关关系,且灌溉期相关程度高于全年和非灌溉期相关程度;地下水为主要灌溉水源区域的蒸发皿蒸发量降幅大于地表水为主要灌溉水源区域的蒸发皿蒸发量降幅。大面积、高强度的农田灌溉引起近地表面的气象因子变化是导致所在区域蒸发皿蒸发量减少的重要原因。     

污水灌溉与污水土地处理系统试验及模拟仿真研究

为解决大面积不加控制的污水灌溉和未经处理的污水自由排放造成的地表水体污染问题,提出了由作物生长季节污水灌溉、低温季节污水储水入渗和地下水管理3个子系统构成的污水灌溉与污水土地处理系统.对污水灌溉子系统污染物去除效果和污水储水入渗子系统冬季工作状况进行了试验研究,利用MODFLOW模型对地下水管理子系统运行效果进行了模拟,探讨了污水灌溉与污水土地处理系统的运行性能及其对地下水的影响.结果表明:在作物生长季节内,污水灌溉子系统可有效提高系统水力负荷、污染物去除效果良好、对地下水水质无显著影响;在无作物生长的冬季,污水储水入渗子系统可保持冰层下污水持续入渗,确保低温下污水土地处理系统的正常运行;通过采用适当的地下水管理调控措施,可避免高定额污水灌溉和储水入渗对地下水产生的潜在不利影响,达到地下水管理子系统控制范围内地下水水量平衡.