灌区适宜井渠灌水比例及地下水合理开采
一、模拟情景设置
不同灌区水文气象、士地利用类型和地质条件都有很大差异，各地区井渠灌溉用水比例也差异明显，应根据当地的实际条件分析确定。井渠灌溉用水量的适宜比例主要决定于降水量、蒸发量和作物需水量，同时也受士地利用率和水文地质条件等制约。确定合理的井渠灌溉用水比例，还要考虑灌溉费用、农民承受能力和用水习惯（吴学华等，2008），以及通过合理的抽取浅层地下水灌溉，使潜水埋藏深度增加，潜水蒸发量减少，士壤盐渍化得到改善，采补平衡得以持续等。目前灌区潜水水位大幅持续下降，1977～2010年，灌区地下水平均埋深及井渠灌溉用水比例历年变化情况如图9-3所示，在33a期间，灌区浅层地下水平均埋深累计降幅达12m，其中1977～1985年平均降速为0.432m/a，1985～1995年平均降速为0.485m/a；1995～2010年年平均降速为0.752m/a，井渠灌水比例呈逐年上升趋势，节水改造工程实施时，2000年井渠灌水比例达到最大，2000年以后基本趋于稳定。这表明灌区地下水开采系数仍在继续增加，地下水采补失衡的问题日趋严峻。同时灌区也出现了地裂缝、地面塌陷等危害性的环境地质灾害现象。
在对20世纪80年代灌区渠首来水的季节变化，田间灌溉需求和地下水资源分析研究的基础上，提出灌溉原则是：渠井结合，以渠养井，以井补渠，丰储枯用，采补平衡。根据灌区节水改造规划、典型年份井渠灌溉用水情况拟定了8种模拟情景，通过地下水模型分析计算，寻求基于灌区地下水采补平衡的适宜井渠灌溉用水比例。结合灌区典型年水资源利用实际和种植结构不变基础上设置各种情景见表9-3。
图9-3 灌区平均地下水平均埋深及井渠灌溉用水比例历年变化 Fig.9-3 Yearly changes of average groundwater dePth and well and canal irrigation water ratio
表9-3 灌区各种不同模拟情景设置 Table9-3 Various scenariosset of irrigation district
情景1：基于典型丰水年1983年灌区水资源利用实际情况，渠首有效引水量4.1×108m3，灌溉面积83933hm2，井渠灌水比例为0.3。
情景2：在情景1基础上，井渠灌水比例假定为0.5。
情景3：基于典型平水年1998年灌区水资源利用实际情况，渠首有效引水量2.0×108m3，灌溉面积83933hm2，井渠灌水比例为0.5。
情景4：在情景3基础上，井渠灌水比例假定为0.7。
情景5：在情景3基础上，井渠灌水比例假定为1.0。
情景6：基于典型枯水年2006年灌区水资源利用实际情况，渠首有效引水量1.6×108m3，灌溉面积90333hm2，井渠灌水比例为0.7。
情景7：在情景6基础上，井渠灌水比例假定为0.5。
情景8：在情景6基础上，井渠灌水比例假定为1.0。
二、适宜井渠灌水比例分析
通过地下水模型进行均衡计算分析，利用Visual Basic 6.0将PMWIN模拟结果ASCII格式文件提取出来，然后将计算结果文件导入ArcGIS9.3 中用Kriging法进行内插，与地下水等水位线叠加生成地下水埋深图，列出各种模拟情景水位变幅图（图9-4）。据水位变幅图及水均衡计算分析：
（1）情景1模拟结果表明，渠首有效灌溉引水量4.1×108m3，25%的丰水年，灌区地下水平均埋深为3～5m，井渠灌溉用水比例在0.3，地下水系统趋于自然平衡。情景2模拟结果表明，渠首有效灌溉引水量4.1×108m3，降水量610mm（25%的丰水年），灌区地下水平均埋深3～5 m的情况下，井渠灌溉用水比例为0.5，灌区地下水的补给项消耗于潜水蒸发和地下径流排泄，基本可以保持地下水补排平衡。
图9-4 泾惠渠灌区不同模拟情景下地下水位变幅空间分布 Fig.9-4 Spatial and temporal distribution of groundwater level amplitudes the different simulate scenes in Jinghui Canal Irrigation District
（2）情景3、4、5模拟结果表明，渠首有效灌溉引水量2.0×108m3，井渠灌水比例为0.5～0.7，降水量540mm（50%平水年），地下水埋深在8m以上，模拟时段地下水位变幅变化基本稳定，地下潜水蒸发和地下径流排泄均较少的情况下，井渠灌溉用水比例在0.5～0.7之间，保持地下水补排平衡也是可能的。
（3）情景6、7、8模拟结果分析表明，渠首有效灌溉引水量1.6×108m3，井渠灌溉用水比例为1.0，降水量350mm（75%枯水年），模拟时段地下水埋深大幅度增加，地下水采补失衡，井渠灌水比例在0.5，可以适度缓解地下水补排失衡，建议加大农业节水方面投入力度，以减少地下水开采量，采取人工调蓄有效措施，控制地下水持续下降，避免危害性的地质灾害现象发生。
三、模拟结论
（1）运用PMWIN和ArcGIS结合分布式模拟地下水空间变化是可行的，ArcGIS在地下水模型模拟结果的前后处理中具有很大的优越性，两者结合已成为研究区域地下水演化趋势的非常有效的工具。
（2）灌区合理的井渠灌溉用水比例决定于降水量、蒸发量和作物需水量，同时也受农业种植结构和水文地质条件等因素制约，还要考虑灌溉费用、农民承受能力和用水习惯等。本书仅仅是从地下水水量均衡方面探讨了灌区适宜的井渠灌水比例，有关这方面的研究还需要进一步深入。
（3）结合灌区实际的模拟情景计算分析表明，泾惠渠灌区目前井渠灌水比例为0.9～1.2，已导致地下水补排失衡，地下水位迅速下降，建议井渠灌水比例控制在0.5～0.7之间、完善地下水取水许可制度、扩大农业节水宣传、进行地下水人工调蓄，实现灌区节水农业可持续发展。
在灌溉方面，《汜胜之书》记述了作物的灌溉次数和用水量，特别值得提出的是水温调节法和地下灌溉法。水温调节法，主要用于种稻，即水稻生长初期，对水的温度要求较高，可将稻田的出水口和进水口，安排在田边的同一侧，使水在田的一边直线穿过，整田的水流动不大，保持原有水温。夏至后，水温过高不利水稻生长，可将出水口和进水口错开，水流斜穿过田面，田中的水换动较大，从而相对地降低水温。另外，用井水浇麻，可以将汲起的井水在太阳下晒一晒，以提高水温。
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