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1、水利学报2008年7月SHUILIXUEBAO第39卷第7期文章编号:055929350(2008)0720809206生态脆弱地区适宜节水强度研究1231阮本清,韩宇平,蒋任飞,许凤冉(11中国水利水电科学研究院,北京100044;21华北水利水电学院,河南郑州450045;31中水珠江规划勘测设计有限公司,广东广州510610)摘要:选择宁夏青铜峡引黄灌区为研究对象,根据确保既不发生盐渍化也不发生荒漠化控制地下水埋深的原则,运用MODFLOW软件,构建了研究区的地下水数值模拟模型。采用情景分析方法,在模拟9种节水灌溉方案地下水埋深的生态适宜
2、性基础上,给出了研究区适宜节水强度推荐方案。推荐方案对应的节水规模为全年引黄水量4417133亿m,与2000年的60129亿m引水量相比,节水强度达到了2518%,此为该灌区的适宜节水强度。关键词:青铜峡灌区;MODFLOW;地下水埋深;节水强度中图分类号:S275文献标识码:A目前,随着节水型社会建设的开展,我国许多大型灌区进行了节水改造,通过实施渠道防渗、节水灌溉等措施提高了水资源利用率,但同时地表水渗漏补给的减少将会降低灌区地下水位,改变原来的平衡状态。在我国西北干旱半干旱地区,由于降雨稀少,蒸发强烈,地表水资源匮乏,生态环境极其脆弱,
3、地下水埋深的变化与该地区的生态环境息息相关。若该地区地下水位过高,由于潜水的蒸发而易产生土地盐碱化,若地下水位过低,毛管上升水流不易到达植物根系层,植物生长受到水分胁迫而生长不良,易发生荒漠化。为此,生态脆弱地区适宜节水强度的研究是当前亟待解决的问题。所谓生态脆弱地区适宜节水强度就是在该地区进行节水改造时,寻求一种适宜的引黄水量及节水规模,使得在这种节水强度下的地下水埋深既不会使灌区发生盐渍化又不会使灌区发生荒漠化。然而,目前对于生态脆弱地区的适宜节水强度研究却较为薄弱。因此,本文选择位于西北生态脆弱地区的宁夏青铜峡引黄灌区为研究对象,以确保灌
4、区生态环境良性发展的地下水埋深范围作为适宜节水强度研究的切入点,通过建立地下水模型实现地下水埋深的模拟和调控,采用情景分析的方法,给出了研究区适宜节水强度推荐方案。这对实现灌区乃至黄河流域的水资源可持续利用以及维持生态脆弱地区生态环境水平都具有重要的理论意义和现实意义。1研究区概况宁夏青铜峡引黄灌区位于我国西北干旱半干旱地区,地处黄河中上游,地理位置介于北纬37b74c~39b25c,东经105b85c~106b90c之间,地势由西南向东北倾斜,地形平坦,坡降约为1/4000,海拔均在1000m以上。行政区划包括青铜峡、吴忠、灵武、永宁、银川、
5、贺兰、平罗、惠农、陶乐等九个县(市)。灌区气候干旱少雨、风大沙多、日照充足、蒸发强烈,生态环境脆弱,地表水资源稀缺,主要靠引用过境黄河水来维持该地区的工农业生产。引黄水除满足灌区正常的作物需水外,还兼有调节灌区盐分、维持灌区生态平衡的作用。长期的引黄灌溉孕育了该地区特殊的生态和生产景观,也引发了该地区生态环境问题,在青铜收稿日期:2007204212基金项目:国家自然基金重点资助项目(50239090)作者简介:阮本清(1959-),男,河南人,博士,教授级高级工程师,主要从事水文学及水资源研究。E2mail:ruanbq@iwhr.com)8
6、09)峡灌区,其最重要的生态环境矛盾就是次生盐碱化和荒漠化。因此,本文通过研究,拟寻求一种适宜的节水规模,使得该地区的地下水埋深既不会使灌区发生盐碱化又不会发生荒漠化。2灌区生态地下水埋深的确定根据SPAC系统理论的研究,植物通过两种吸水机制以压力流和渗透流的方式从土壤水中吸收水[1]分。植物的吸水作用与土壤水的状况密切相关,而土壤水分的多少和矿化度的高低除与土壤质地、灌溉条件、地形条件等因素有关外,主要是由地下水埋深决定的。地下水位过高,在蒸发的作用下,溶解于地下水中的盐分沿毛管上升水流聚积于表土,使土壤发生盐渍化,对植物产生盐胁迫;地下水位
7、过低,毛管上升水流不易到达植物根系层,使上层土壤干旱,植物生长受到水分胁迫而生长不良,发生荒漠化。可见,水分作为干旱区最关键的生态环境因子,不仅是干旱区绿洲生态系统构成、发展和稳定的基[2]础,而且决定着干旱区绿洲化与荒漠化两类极具对立与冲突性的生态环境演化过程。干旱区植被分布、长势及演替规律,明显受地下水埋深的控制。郑丹,李卫红等把维持非地带性自然植被生长所需水[3]分的浅层地下水埋深定义为生态地下水埋深,确定既不使土壤发生盐渍化又不发生荒漠化的生态地下水埋深对干旱区生态环境至关重要。国内外一些学者通过统计分析、数值模拟和试验等方法在不同[4
8、~11]尺度上开展了地下水和天然植被关系的研究,确定了不同地区的地下水埋深控制标准。本文遵循盐碱化和荒漠化的平衡原则,将既不造成土壤积盐也不造成土地荒
