EFFECT OF GROUNDWATER TABLE CONTROL ON WATER SAVING IRRIGATION STRATEGIES IN THE QINGTONGXIA IRRIGATION DISTRICT

This paper focuses on the analysis of the effects of groundwater table control under different irrigation water amounts on the water and salinity balance and on crop yield. Two experimental areas, the Pingluo and Huinong experimental sites, were selected to collect the required data. The agro-hydrological model Soil Water-Atmosphere-Plant (SWAP) was used to analyse the water flows and salt transport processes for different groundwater levels and irrigation scenarios. Six scenarios, which resulted from different groundwater table regimes combined with different irrigation amounts, were simulated. The results show that high groundwater tables due to the excessive irrigation are the main cause of the large amount of drainage water and low crop yield;reducing irrigation water without a lower groundwater table will not lead Io a large reduction of the drainage water, and will reduce the crop yield even more; to lower the groundwater table is a good measure to control the drainage water and increase crop yield.     

控制排水对宁夏银南灌区水稻田盐分动态变化的影响

本文结合2004～2005年在宁夏银南灌区水稻田进行的一项控制排水大田试验，研究分析了控制排水措施对田间盐分动态变化的影响。结果表明：控制排水条件下0.3m深度地下水盐分的平均浓度略高于常规排水，并且该深度地下水盐分浓度在总体上比较稳定；在0.8m和1.2m深度，控制排水条件下的地下水盐分浓度明显大于常规排水条件下盐分的浓度，而且盐分受灌溉的影响程度要小于常规排水；最后，控制排水措施减小了田间浅层地下水盐分浓度的差异，而对深层地下水盐分浓度的空间差异影响较小。两年的试验研究结果说明控制排水措施对水稻田地下水盐分动态产生了一定程度的影响，但是并没有出现明显的积盐现象。因此，具有环保意义的农田控制排水措施可以在当地进行推广使用。     

干旱区微咸水灌溉对地下水环境影响的研究

本研究利用MODFLOW模型和MT3DMS模型对内蒙河套地区的一个灌区微咸水灌溉条件下的地下水位、水量、水质和含盐量进行了系统的模拟分析。结果表明，在抽取地下水灌溉后地下水位略有下降，10年后水位降深量仅为0.057～0.11m，可达到动态平衡。两种灌溉水平下，含水层盐分有增加趋势，但增加幅度较小，在4％～9％之间。采用微咸水灌溉，淋洗灌溉定额比正常灌溉定额的方案对环境有利，虽然淋洗灌溉定额也使含水层盐分增加，但就增加的幅度看，在未来相当一段时间内不会造成严重的环境问题。     

旱涝碱咸综合治理与生态环境良性循环

华北平原东部淡水资源短缺,旱涝碱成灾害限制了农业生产的可持续发展。海河的治理,解决了排洪排涝排咸出路。春季开发利用地下水包括微咸水和半咸水抗旱灌溉。夏季利用伏雨洗盐排咸,增大降雨入渗,减少径流流失,防治渍涝灾害,把降雨转化为地下水资源。秋冬引蓄河水,回灌地下水补源。以土壤与潜水的地层空间作为调节大气降水、土壤水、地下水、地表水的地下水库,以调控地下水埋深在临界动态为指标,最大限度地把时空分布不均的天然降雨转化为可持续利用的水资源。地表水地下水联合运用,促使水资源采补平衡,降雨灌溉淋洗脱盐强于干旱蒸发积盐过程,地下水淡化强于矿化过程。实现旱涝碱咸综合治理,水土资源可持续利用,经济社会可持续发展,生态环境良性循环。     

滴灌条件下干旱区农田水盐运移及调控研究进展与展望

以滴灌为代表的节水灌溉技术在我国干旱区大面积推广应用,提高了水肥利用效率,也改变了农田水盐运移模式。一方面,地下水位下降,土壤水与地下水之间的联系减弱,减少了潜水蒸发带来的盐分,使得土壤盐碱化减轻;另一方面,由于缺乏洗盐水量,导致积累在土壤表层的盐分不能及时淋洗入深层,表层土壤盐碱化加重。本文通过回顾滴灌技术在干旱区的应用和研究,系统分析了滴灌条件下干旱区农田土壤水盐运移特点和盐分累积规律,概括了不同作物的水盐响应特征,总结了不同滴灌条件下的土壤水盐数值模型,归纳了目前常用的土壤水盐调控方法。在此基础上提出了需要进一步研究的问题和方向,包括:进一步揭示滴灌条件下土壤水盐运移及累积特征,科学制定农田水盐调控方案;进一步揭示作物水盐耦合响应动力学机制,科学确定调控阈值;发展具有我国自主知识产权的水盐运移和作物生长耦合模拟软件;构建基于生态格局的农田排水和区域盐分处置模式。     

Irrigation development and environmental degradation in developing countries — a dynamic model of investment decisions and policy options

In the wake of increased environmental and sustainability concerns associated with agricultural development, developing countries are faced with the dilemma of choice between the short-run technological gains and the long-run environmental conservation. A dynamic investment decision model is developed to optimize the use of scarce public investment funds in the magagement of irrigation water supply, depth to water table and soil salinity. Four major classes of investments with different impacts on the hydrological balance within the Indus basin are considered: (a) expansion of the surface irrigation network, (b) public drainage projects, (c) tax and subsidy policies designed to influence the rate of private groundwater exploitation and (d) investment in improving the efficiency of the existing canal system by reducing conveyance losses. The crop area lost due to water logging and salt accumulation is treated as a damage cost of increasing the application of surface irrigation water. The resulting optimality conditions from the model are used to assess the development and operation of public drainage projects. The model results are compared for areas underlain by fresh and saline groundwater. The model is also used to analyze recent policy debate which has focused on the use of incentives such as subsidized credit, energy subsidies, and electrical grid expansion to accomplish the transfer of tubewell operation from the public to the private sector. Optimal switching conditions for such transfers are derived. The results show that a private farmer's optimal decision will diverge more from the societal optimal decision as more externalities from surface irrigation are accounted for.     

农业水文SWAP 模型及其应用研究进展

SWAP（Soil-Water-Atmosphere-Plant）模型是近几年发展迅速、在农田水利与土壤科学等领域应用较广泛的农业水文模型,主要用于对作物灌溉制度的制定与评价、地下水位埋深动态变化的预测、土壤溶质（盐分、化肥、农药）运移预测、作物生长与产量预测等。本文对SWAP 模型进行了简要介绍,总结了SWAP 模型在田间尺度上模拟土壤水盐运移变化、地下水位变化、农田排水量、作物生长过程及水分生产力等几个主要方面的研究,以及SWAP 模型与其他模型耦合联用,使模型能够由田间尺度向区域尺度扩展,得到更好的应用和推广。提出了模型在应用时需要注意的几个问题及建议,使SWAP模型变得更加完善。     

内蒙古河套灌区局部秋浇条件下农田水盐运动特征分析

针对河套灌区局部秋浇条件下田间水盐运动的特殊性,选取典型试验区对其进行研究。结果表明:与全面灌溉相比,灌溉区地下水位在局部灌溉后回落更为迅速,灌溉可以达到很好的洗盐保墒效果;而非灌溉区则部分承泄了灌溉区的排水,地下水位和地下水含盐量都显著升高,尽管在灌溉结束后其地下水位会随着排水过程而相应回落,但在其上涨过程中却促使盐分向上层土壤运动,从而增加土壤剖面的含盐量。分析还进一步表明,局部灌溉条件下,非灌溉区水盐运动所受影响在一定程度上取决于灌溉面积所占整个区域的比重。     

宁夏平罗县井渠结合灌区地下水盐运移规律研究

以综合治理井渠结合灌区土壤盐碱化为目标,针对宁夏平罗县井渠结合灌区下游灌水难、排水难和盐碱化严重等问题,采用渠灌井排、井沟联合使用等措施,对作物进行适量和适时灌溉,充分利用地下水资源,并监测井渠结合灌溉条件下田间土壤含盐量、地下水矿化度和水位埋深的变化情况,分析地下水埋深和矿化度对土壤含盐量的影响。结果表明:井渠结合灌溉对降低地下水位效果显著。以黄河水为主要灌溉水源的宁夏银北自流灌区,地下水矿化度变化幅度较小;灌溉后的土壤表层含盐量骤降,0~40 cm土层的盐分变化较大;土壤盐分与地下水矿化度具有较强的线性正相关性,与地下水埋深呈负相关。研究成果对干旱半干旱区灌区水资源优化配置、盐碱地改良具有参考价值。     

Modelling the Effects of Deficit Irrigation on Soil Salinity,Depth to Water Table and Transpiration in Semi-arid Zones with Monsoonal Rains

A soil water and solute transport model, calibrated for a dominant soil series in the Punjab of Pakistan, was used to evaluate consequences of deficit irrigation in semi-arid areas with a shallow water table. Simulations were carried out to determine the influence of irrigation amounts and subsurface drainage conditions on root zone salinity, depth to water table and transpiration. Additional simulations were made to evaluate a range of irrigation practices adopted by farmers under field conditions. The simulation results show that provision of 80% of the cumulative evapotranspiration requirements as irrigation will result in acceptable limits of root zone salinity and depth to water table, without significantly affecting transpiration of wheat and cotton crops. Under such circumstances, subsurface drainage will not be necessary. Results also show that current irrigation practices in the Punjab are resulting in yield reductions in general, due to either water shortage or waterlogging.     

区域水土特性参数时空变异分布特征及相关分析

作者应用地质统计学原理与方法,在山东簸箕李引黄灌区开展大尺度区域水土特性参数时空变异性的研究,描述农田排水、地下水、表层土壤中含盐量的空间与时间变化分布趋势和特征,分析其间存在的相关关系。结果表明,在一个完整的水文循环年内,研究区域的水土特性参数之间具有相近的空间变异分布状态和特点,但却表现出不同的时间变异分布趋势与特征。农田排水和表层土壤的含盐量随季节变化的分布状态在灌区上、下游相对稳定,在中游却变化明显;地下水的盐分浓度在整个灌区的分布状况没有呈现出明显的时间变异性。在春季至初夏时段内,农田排水中含盐量的增加似乎对地下水水质的影响较小,而对表层土壤积盐状况影响较大。研究成果为灌区制定合理的水资源利用与农田水土管理策略提供了理论依据。     

灌溉水中盐分对土壤结构性质及水流运动特征的影响

再生水和微咸水等用于农田灌溉对缓解农业用水紧缺、保证粮食稳产高产方面作用显著。但这些非常规灌溉水中的盐分进入受灌农田土壤会引起土壤结构性质的改变,进而引起入渗水流运动特征的变化,增大了农业灌水和施肥的管理难度及地下水受污染的风险。本文通过室内灌水入渗试验,研究了灌溉水盐分浓度(0、1.0、3.0和5.0 g/L)、灌水频率(1天1次、2天1次、4天1次)、含盐灌溉水-清水交替灌溉模式(纯清水灌溉、纯含盐灌溉水灌溉、含盐灌溉水-清水交替灌溉)对受灌土壤容重、团聚体结构稳定性、孔隙结构特征、地表入渗性能以及入渗水流运动非均匀特征的影响。结果表明,适度的盐分浓度、较低的灌水频率但较大的灌水定额、含盐灌溉水-清水交替灌溉均有利于提升土壤团聚体的稳定性、抑制土壤板结、改善受灌土壤的地表入渗性能、降低入渗水流运动的非均匀性。研究成果对再生水和微咸水农田灌溉制度设计具有参考价值。     

水管理策略对土壤水盐动态和区域地下排水影响的模拟评价

以宁夏惠农灌区平罗试验区为对象，基于田间观测与灌溉试验结果，在田间尺度采用SWAP模型开展不同地下水调控深度与灌溉制度相结合的水管理方案下土壤水盐动态的模拟，在区域尺度采用MODFLOW模型进行不同水管理方案对区域地下排水量影响的模拟评价，据此分析土壤水盐动态过程和农田排水系统的作用，对拟定的各种水管理方案进行评价。结果表明，现状灌溉用水量虽有助于减少表土盐分积聚，但地下排水量占灌溉用水量的39．4％；现状灌溉用水量减少50％时，浅埋地下水位会加重表土积盐；现状灌溉用水量减少25％时，作物根区没有产生明显的积盐，地下排水量减少31．4％。因此，较为合理的水管理方案是将现状灌水量减少25％的同时将地下水埋深控制在70cm以下，才能达到节水、增产、改善农田水土环境的目标。     

滦河入海口三角洲地区地下水及土壤盐度分析

为了解滦河入海口三角洲地区地下水盐度及土壤盐渍化情况,对该区域进行了地下取水、取土测试。共布置17个浅层地下水取样点、53个深层地下水取样点及20个土壤取样点,测试水样的TDS及土壤中水溶盐的易溶盐总量,K~+,Na~+,Ca~(2+),Mg~(2+),Cl~-,SO_4~(2-),HCO_3~-,CO_3~(2-)。研究结果表明:研究区范围内淡水区域占总研究区域的50%;深层地下水TDS差异较小,且均为淡水;盐渍土类型多为氯盐渍土和亚氯盐渍土;土壤易溶盐总量整体上在各个深度处由西北向东南逐渐增加,土壤盐度的影响因素是浅层地下水;土壤易溶盐含量在局部(位置)较低。研究结果可为地下水资源及土壤资源开发利用提供一定参考。     

干旱区膜下滴灌农田土壤盐分非生育期淋洗和多年动态

膜下滴灌土壤盐分在生育期和非生育期的累积与淋洗,共同决定了土壤的盐碱化趋势,影响着当地农业的可持续发展。为分析长期膜下滴灌土壤盐分多年动态,于2008—2013年在中国西北干旱区的清华大学-库尔勒生态水文实验基地开展了棉田实验,采集和化验了15 000余个土壤样本,结合SHAW模型模拟,探讨了非生育期冬春灌方式的盐分淋洗效果;基于长期连续观测及理论分析,评估了区域盐碱化趋势。结果表明:冬灌和春灌的盐分淋洗作用明显,冬灌盐分淋洗深度大致为60 cm,效果优于春灌。若膜下滴灌条件下综合采用非生育期冬灌或春灌洗盐,在多年尺度上土壤根区盐分不会出现明显累积,土壤盐碱化趋势可以得到控制。     

黄河下游地区微咸水灌溉利用研究

为了研究黄河下游地区玉米适宜的微咸水灌溉模式,本研究在河南省新乡市黄河水利科学研究院节水试验基地进行了微咸水灌溉玉米试验。本研究采用桶栽试验和理论分析相结合的方法,分析了不同矿化度微咸水灌溉对土壤盐分累积及玉米生长的影响,并将土壤水盐动态变化情况、作物蒸发蒸腾量及作物产量代人作物水盐生产函数,求解并分析了玉米在不同生育阶段的盐分敏感系数。结果得出,微咸水矿化度不高于3g／L时玉米产量较淡水灌溉减少低于6．4％,株高较淡水灌溉减少低于8．4％,同时0～20cm内土壤盐分与对照无显著性差异;当矿化度达到7g／L时,玉米产量较淡水灌溉减少20．9％,株高减少9．2％,表层土壤盐分显著性高于对照;玉米不同生育阶段的盐分敏感系数大小顺序为播种～拔节期〉拔节～抽雄期〉抽雄一成熟期,玉米在抽雄～成熟期对微咸水最不敏感,最适宜使用微咸水进行灌溉。综合认为,使用矿化度低于3g／L的微咸水进行灌溉是可行的,微咸水灌溉适宜在玉米生长后期使用,但微咸水的大田灌溉模式及长期使用微咸水进行灌溉对土壤及作物的影响仍需进行讲一彤的研究。     

暗管排水与节水灌溉条件下盐渍化农田水盐分布特征

灌溉淋洗压盐系盐碱地改良的主要措施,但同时也会造成地下水上升,带来随作物生育期逐渐出现的土壤耕层的返盐现象,其与暗管排水结合则可提高脱盐效果。为了研究暗管排水条件下的油葵在拔节期增加不同的灌水量对盐碱地(施加30 t/hm~2脱硫石膏,土壤耕作层掺入85.05 m~3/hm~2细沙)土壤水盐及土壤酸碱性分布的影响,设计了暗管排水结合传统灌溉处理、暗管排水结合节水灌溉处理、暗管排水结合无灌水对照处理3种处理,通过监测土壤EC值、pH、含水率,分析暗管排水结合传统灌溉与节水灌溉对重度盐碱地土壤的水分、盐分及酸碱程度的时空变化特征。结果表明:与对照处理对比,传统畦灌方式下灌水处理降低了土壤含水率,对0～20 cm土层的脱盐效果明显;在暗管排水的基础上,对照处理的油葵地0～60 cm土层的EC值为3.49～0.67 d S/cm,节水灌溉处理的EC值为1.71～0.33 d S/cm,传统灌溉处理的EC值为3.75～0.27 d S/cm;虽然传统灌溉在灌水后10 d左右降低了0～100 cm土壤盐分,提高了土壤的含水率,但传统灌溉处理下油葵在开花期0～40 cm土层的含水率比对照处理低,且40～100 cm土层的返盐程度是节水灌溉的2～3倍;对照处理下0～60 cm土层的pH为7.54～8.65,节水灌溉处理下pH为7.51～8.89,对照处理下40～100 cm土层的pH为8.29,传统灌溉处理下pH为8.1～10.85,节水灌溉处理的土壤在0～100 cm的土层呈现脱碱的状态,高的灌水量使土壤有碱化的可能,尤其是在20～40 cm土层。暗管排水条件下在油葵拔节期进行节水灌溉有利于土壤脱盐、脱碱。     

不同灌水方式下作物与地下水的相互影响效应

为了节约灌溉水资源,利用实验室内相关装置模拟浅层地下水条件,对沪油15号油菜施以不同灌水方式,研究了不同灌水方式下作物与浅层地下水之间的相互影响效应。结果表明:在表层6 cm深度土壤,不同灌水方式下土壤含水量动态变化的差异非常明显,这些差异与地下水条件无关;在稍深一些的20 cm土层深度处,在无地下水处理的交替灌溉条件下,很难看出不同灌水沟下土壤含水量的波动变化。这说明在有浅层地下水的情况下,对作物进行交替灌溉能够促使作物更有效地利用浅层地下水。     

Saline Groundwater Management and Optimal Cropping Pattern

ABSTRACT

In areas having scarce canal water and poor quality groundwater, an opportunity exists to use the two sources conjunctively for irngation water supply. However, the use of saline water, either in isolation or by mixing with canal water, threatens soil salinization, unless steps are taken to protect the salt balance in the root zone. A deterministic linear programming model has been developed, incorporating both leaching requirements and the salinity response function of crops, to find the optimal cropping pattern and optimum use of saline groundwater. The model was applied to a canal command area.     

地下水位下降对干旱区膜下滴灌棉花需水量的影响

膜下滴灌种植方式大面积在西北干旱地区推广应用,使得该区地下水得不到有效补给,地下水位出现大幅下降。水位下降使地下水对土壤水的顶托作用和潜水的蒸发作用减弱,对作物需水量产生一定影响。利用2008~2018年新疆巴音郭楞蒙古自治州国家重点灌溉试验站不同地下水位进行滴灌实验的有利条件,研究地下水位下降对干旱地区膜下滴灌棉花滴灌水量的影响,并使用Penman-Monteith公式计算地下水埋深7～8 m时膜下滴灌棉花的需水量。研究表明：地下水位下降致使干旱地区的膜下滴灌棉花高产的需水量上升;滴灌水的入渗能力具有随矿化度增加而增加的趋势,且适宜的含盐量对棉花的生长具有一定的协同作用;当地下水埋深大于6 m时,水位的进一步下降将不再促使膜下棉花的需水量进一步上升。