灌溉农业的地下水保障能力评价方法研究——黄淮海平原为例

在我国北方粮食主产区,尤其黄淮海平原农业区,地下水是农业灌溉的重要水源,地下水超采状况与灌溉农业对其依赖程度和地下水保障能力密切相关。本文以黄淮海平原为例,通过农业灌溉用水强度与降水量和农作物播种强度之间关系研究,以及灌溉农业用水对地下水依赖程度和对地下水超采影响特征研究,提出灌溉农业的地下水保障能力相应概念和评价方法。应用结果表明:(1)采用灌溉农业用水对地下水依赖程度、地下水对灌溉农业用水保障程度和灌溉农业的地下水保障能力的评价理论方法,能够客观阐明灌溉农业用水对地下水依赖状况、地下水保障能力的区域分布特征及其成因;(2)黄淮海平原西北部灌溉农业的地下水保障能力较弱,尤其河北平原已处于"难以保障"或"无法保障"状态;而黄河以南地区的地下水保障能力较强。     

地下水超采区农业灌溉用水效率影响因素分析

在水资源短缺的背景下,提高地下水超采区的灌溉用水效率意义重大。通过对地下水超采的重点治理区域津冀地区井灌农户玉米的生产与灌溉情况进行调研,运用随机前沿模型(SFA)与TOBIT模型,测算玉米种植的农业生产技术效率以及灌溉用水效率,从农民自身及家庭特征、农业生产特征、灌溉特征以及用水管理情况4个维度分析农业灌溉用水效率的影响因素。结果表明:与其他地区相比,地下水超采区玉米生产技术效率较高,但灌溉用水效率较低,有一定的节水潜力。对于地下水超采的井灌区,农民年龄、受教育年限、农业劳动人数、农业收入占家庭收入的比重以及灌溉方式对灌溉用水效率产生显著的影响;而农业生产特征、水资源紧缺认知程度、对节水灌溉技术的了解程度以及用水管理情况受井灌以及地下水超采的影响,对灌溉用水效率没有显著的作用。对于地下水超采的井灌区,应从农民自身以及家庭特征出发,发挥农户在灌溉中的能动作用,提高灌溉用水效率。     

沧州实施地下水压应采取的措施

沧州地处黑龙港流域,黑龙港地区地下水超采严重,河北省对地下水超采综合治理提出了明确要求,2017年沧州深层承压水基本停采。为满足生产生活需要、弥补水源不足,可采取的措施有：充分利用地上水;调整种植结构,减少灌溉用水;采取工程节水措施;管理节水措施;充分利用浅层微咸水;农业节水措施及化学节水措施等。     

浅层地下水超采区综合治理对策分析

某县因受水资源严重短缺影响,长期以来大规模开采地下水及空间开采不均衡性,造成部分区域地下水位持续下降,引发地面沉降、地裂缝、地下水水质污染等一系列环境地质问题,严重危及城乡供水安全和生态安全。于此分析研究此县浅层地下水超采区综合治理对策,通过对浅层地下水超采区现状分析,确定超采区面积及超采量,揭示浅层地下水超采引发的环境地质灾害,综合分析影响浅层地下水超采的主要因素,有针对性地提出地下水超采区综合治理总体思路,研究制定地下水超采区综合治理主要对策,最后对地下水超采区综合治理主要效益进行简析。分析研究针对浅层地下水超采区实施综合治理的对策有助于为类似区域地下水超采治理提供参考与借鉴。     

农业灌溉与地下水超采若干问题

农业灌溉用水是地下水用水大户,是导致地下水超采的重要因素之一。探讨了农业灌溉超采地下水、农艺节水、喷灌节水和压采能力等若干问题,针对这些问题,提出了开展全社会节水、农业实施规模经营、发挥政府主导作用和控制水资源无效损耗等几点建议措施,以期有利于地下水超采综合治理。     

介绍一个预测浅层地下水开采量的简易模型

邯郸东部平原工农业用水主要靠开采浅层地下水,而地下水补给量又主要靠降雨入渗补给形成,进入80年代以来,工农业用水量日益增加,地下水超采严重,引起地下水水位大幅度下降。根据上述现象,本文通过对邯郸市东部平原区地下水观测资料分析,建立(P_年～_浅～H_末)相关的简易模型,用于解决确定合理的地下水开采量及其预测等问题。     

完善农业节水体系 缓解地下水资源超采

河北省属资源性缺水地区,为保证经济社会发展对水的需求,不得不大量超采地下水资源,由此导致了地下水生态环境的恶化。农业灌溉用水占全省用水总量的70%以上,农田有效灌溉面积比例偏高、灌溉用水效率较低以及灌溉过度依赖地下水资源,是地下水资源超采的主因。在积极做好客水引进的基础上,采取包括合理控制有效灌溉面积规模,配套推广农业节水综合技术,完善促进农业节水发展的制度、农业节水灌溉技术服务体系、政策法规体系和农业节水综合效益评价指标体系,是缓解河北省地下水资源超采的根本途径和有效措施。     

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。     

河北省地下水超采区划分及超采状况分析研究

在综合分析河北省水文地质条件、地下水资源量及可开采量、地下水开采状况、水位动态资料及环境地质问题的基础上 ,将河北省平原区浅层、深层地下水超采区划分为轻微超采区、中度超采区、严重超采区 ,对划分依据、划分方法进行了研究 ,给出各超采区在河北省的分布情况 ,分析其超采状况 ,指出河北省已成为全国地下水超采最为严重的省份之一。     

咸淡水混浇技术在武邑县地下水压采中的应用

衡水市武邑县水资源相对匮乏,由于连年超采,造成地下水位持续下降,灌溉成本逐年提高。通过采用咸淡水混浇技术,利用引调淡水和浅层微咸水混合灌溉,替代深层地下水灌溉,有效遏制地下水超采,修复地下水环境,同时促进浅层微咸水利用,避免土壤次生盐碱化,为压采区地下水灌溉开源节流提供借鉴。     

基于单位象元尺度的黑龙港流域农用地下水资源供需分析

水资源匮乏和土地资源相对贫瘠是黑龙港流域最为严重的资源环境问题,基于对研究区遥感图像进行监督分类后得到的农业种植结构的分析,并运用作物缺水量和地下水资源供需短缺量、供需比的计算模型,开展了单位象元尺度的农业水资源供需平衡研究。结果表明,研究区冬小麦、水果和蔬菜分布较多的区域缺水最为严重,缺水量2 400m3/hm2以上的达到1.45万km2,占总面积的42.2%。据此,提出了区域水土资源优化配置方案,即在水资源短缺、土壤盐渍化或沙化地区,以种植耐干旱和耐盐咸的作物为主;在水资源丰沛、土壤有机质含量高和保蓄能力强的地区,以种植对水土资源要求高的作物为主。     

改进的灰色聚类法在地下水质量评价中的应用

选择50项地下水评价指标,利用灰色聚类法对滹沱河冲洪积扇平原区地下水质量状况进行评价,发现由于参评指标中痕量指标较多,导致评价结果失真。通过修正其聚类权的计算方法将原有方法加以改进,得出结论:区内绝大多数地区水质状况良好,影响区域地下水质量的指标主要为溶解性总固体、总硬度、硝酸盐氮等无机指标,水质较差区主要分布在城区、城镇周围区、排污河道两侧、地表污染水体分布区及引污水灌溉农田地区。指出工农业发展及人类活动加剧是造成研究区水质变化的主要原因。     

地下水灌溉服务市场对农业用水生产率的影响

基于2001年和2004年在河北省和河南省的实地调查,定量分析地下水灌溉服务市场对农业用水生产率的影响。研究结果表明,地下水灌溉服务市场有利于提高作物单位用水的生产率(产出能力和经济价值)。因而,有效地促进地下水灌溉服务市场可以在一定程度上提高水资源的管理水平,缓解水资源短缺的矛盾。     

资源环境约束下的后套平原地下水可持续性综合评价

后套平原地下水资源分布不均,人口和经济集中于城镇,地表水漫灌导致了土壤盐渍化,对地区社会经济可持续发展造成了严重影响。因此,评价地下水可持续性已经成为该地区发展规划首先要解决的问题。地下水可持续性可以直观有效地反映一个地区地下水利用程度,对地下水资源管理具有重要参考价值。以后套平原地区地下水开采面临的问题为出发点来选择评价指标,利用综合评价方法计算了评价单元上的地下水可持续性水平。结果显示,黄河南岸和东北部地区可持续性最差,中部北部地区可持续较好,地下水资源的开发潜力较大的行政区位于杭锦后旗和五原县北部,而磴口县和乌拉特前旗大部分地区地下水可持续性差,荒漠化严重,不宜再继续发展耗水产业。     

Water Balance within Intensively Cultivated Alluvial Plain in an Arid Environment

The Tuoshigan–Kumalake River alluvial plain is an oasis located in the Tarim River Basin of Xinjiang, China. Large water consumption reduces the discharge and jeopardizes the ecosystem of the lower reaches of the Tarim River. Therefore a recent regulation is enacted to limit water use in the plain. The objective of this paper is to investigate the hydrological cycle inside an intensively cultivated plain at upstream Tarim River. A conceptual water balance methodology was used for evaluating groundwater movement among riverway, irrigation ditches, irrigation area and non-irrigation area, based on the recorded water diversion. Results show that both irrigation area and non-irrigation area are supported by the water from river way in hyper-arid environment. Irrigation area is supported by surface water through canal system and non-irrigation area is supported by groundwater from canal loss and irrigation area. Nearly half of the water in the non-irrigation area comes from the irrigation area in the form of groundwater. This indicates that water supply of natural plants relies on the water from agricultural ecosystem. Tight water connection between irrigation area and non-irrigation area suggests that natural ecosystem needs to be considered in agricultural management in arid environment.     

近30年来白洋淀流域平原区地下水位动态变化及原因分析

白洋淀流域平原区是华北平原的农业高产区域,灌溉用水主要靠开采地下水。近几十年来,白洋淀地下水位下降严重,在1974年-2007年。该区域地下水埋深以平均每年0．51m的速率下降,1980年以后下降速率明显加速,在2000年-2007年年均下降速率达到了0．99m。引起地下水位持续下降的主要原因是地下水超采严重,且用水高峰期遭遇枯水期,尤其体现在1980年以后年降水偏枯．同时社会经济用水量维持在高峰阶段。低效的农业用水模式及地下水超采已经严重制约了白洋淀地区水资源的可持续利用。     

环境变化对河北省可利用水资源的影响

环境变化及其对可利用水资源的影响是复杂的，根据20世纪50年代以来的大量统计数据分析表明，近30年来，由于自然环境的变化、人类活动的增强，河北省可利用水资源量处于减少的态势。地下水超采所引起的地下水位持续下降，不仅造成地表产流减少，而且使降水对地下水的补给量减少。作物产量水平的提高，在直接消耗大量水资源和土壤水分的同时，也使农田蒸散发加强，从而造成地表径流量和地下水补给量的减少。在新一轮水资源评价中，要充分考虑环境变化对水资源的影响，加强地下水位大埋深条件下，地表产流量，地下水补给量，以及作物产量水平提高对水资源影响的实验研究，以提高新一轮水资源评价成果的精度。     

改进的新安江模型多目标参数优化 ——以临涣集流域为例

平原灌区水文过程受人类开采灌溉影响较大,地表水与地下水物质能量交换频繁,单目标率定方法难以同时有效模拟该区流量和地下水埋深过程。对此,在新安江模型基础上加入地下水蓄水库,构建地表-地下水耦合模型,建立包含流量与地下水埋深信息的多目标函数。采用MCAT分析流量和埋深单目标以及多目标下的参数敏感性,用SCE-UA算法率定遴选出的敏感参数,比较单目标和多目标率定结果。结果表明,该多目标参数优化方法显著提高了工作效率,解决了单目标率定中无法同时达到流量与地下水埋深过程模拟高精度的问题。模型在临涣集流域的耦合模拟中取得较好效果,为平原灌区地表水与地下水动态模拟和水资源评价提供参考。     

Assessing Options to Increase Water Productivity in Irrigated River Basins Using Remote Sensing and Modelling Tools

In regions where water is more scarce than land, the water productivity concept (e.g. crop yield per unit of water utilized) provides a useful framework to analyse crop production increase or water savings in irrigated agriculture. Generic crop and soil models were applied at field and regional scale, together with geographical and satellite data to analyse water productivity in Sirsa District (India). In this district certain parts show a serious decline in groundwater levels and water shortage, while other parts experience a serious rise of groundwater levels, causing waterlogging and salinization. The regional analysis showed a large spatial variability of water productivity, net groundwater recharge and salinization. Scenario analysis showed that improved crop husbandry, reallocation of canal water from fresh to saline groundwater areas and reduction of seepage losses in saline groundwater areas are effective measures to increase the overall water productivity and to attain sustainable irrigation in Sirsa District.     

河北平原典型小流域降雨入渗补给规律研究

准确计算降雨入渗补给量是评价平原区地下水资源量的基础,传统的年补给系数法未考虑降雨特征、土壤墒情等因素影响,导致评价结果精度不高。本研究以河北平原下博和沧县运西两个典型小流域为例,采用动态分析法研究次降雨的入渗补给过程。结果显示以7 d为时间间隔适合作为划分次降雨的标准,次降雨量加土壤含水量(P+SW)与降雨入渗补给量(P_r)相关性最好,优于次降雨量(P)和次降雨量加前期雨量(P+P_a);动态分析法计算的降雨入渗补给量较传统降雨入渗系数法,精度提高22%~40%,且年补给系数法高估了河北平原区的年地下水补给量。本研究为河北中东部平原准确评价降雨入渗补给量提供了技术参考,对支撑区域的地下水合理开发利用及地下水超采综合治理具有较强的科学和实践意义。