基于GIS的河套灌區(qū)土壤水分運(yùn)移分布式模擬與灌水效率評(píng)價(jià).pdf

1、河套灌區(qū)是我國(guó)3個(gè)特大型灌區(qū)之一。隨著全國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，水資源短缺的局勢(shì)日益嚴(yán)峻，灌區(qū)可供灌溉的水量逐年減少。在這樣的形勢(shì)下，實(shí)施灌區(qū)節(jié)水改造，合理調(diào)控區(qū)域灌溉用水，采取措施提高區(qū)域灌溉水利用率對(duì)灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。針對(duì)以上問(wèn)題，本文引入將國(guó)際上先進(jìn)的SWAP模型的土壤水分運(yùn)移與新興的GIS技術(shù)結(jié)合的思想，構(gòu)成融合有二者優(yōu)點(diǎn)的新的分布式模擬模式。針對(duì)灌區(qū)的自然地理環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，模擬現(xiàn)狀灌溉條件下區(qū)域尺度土壤水分時(shí)空演

2、變，研究灌溉水流向，評(píng)價(jià)區(qū)域灌水效率，為未來(lái)缺水條件下制定灌區(qū)節(jié)水灌溉策略和農(nóng)業(yè)水調(diào)控管理方案提供依據(jù)。本文的主要研究成果有：
　?。?）分別采用ArcGIS9.2軟件中的Thissesn多邊形空間插值法、反距離權(quán)加權(quán)插值法和表面分析法等空間分析方法，對(duì)研究區(qū)域內(nèi)的土壤類型、地下水埋深、地形和作物種植結(jié)構(gòu)等區(qū)域土壤水分時(shí)空演變可能的影響因子空間分布進(jìn)行研究。結(jié)果表明：研究區(qū)域共有9種土壤類型，空間分布具有強(qiáng)烈的變異性，呈“插花狀”

3、分布；地下水年內(nèi)隨著灌水、蒸發(fā)和凍融等因素的影響而呈現(xiàn)出季節(jié)變化規(guī)律，作物生育期內(nèi)地下水埋深相對(duì)較小，在區(qū)域尺度上上游地區(qū)埋深較大，變化幅度也大，中下游地區(qū)埋深小，變化幅度也小；作物種植結(jié)構(gòu)在不同的灌溉渠道控制范圍內(nèi)不同，因此根據(jù)小麥、玉米、葵花和非農(nóng)用地的面積繪制出研究區(qū)域作物種植結(jié)構(gòu)主題圖；將以上主要影響因子空間疊加生成315個(gè)區(qū)域土壤水分運(yùn)移分布式模擬單元。
　?。?）采用SWAP模型對(duì)分布式模擬單元的土壤水分運(yùn)移進(jìn)行模擬，

4、研究模擬單元內(nèi)的土壤水分運(yùn)移規(guī)律、灌溉水流向和灌水效率。結(jié)果表明：在現(xiàn)狀灌溉條件下，作物生育期內(nèi)進(jìn)入小麥作物根系層的水分包括降雨和灌水，流出的水分主要包括作物騰發(fā)量和深層滲漏量，灌溉水一部分被作物利用，一部分產(chǎn)生深層滲漏，還有一少部分儲(chǔ)存在作物根系層中，灌水效率只有72℅，尤其是第三次灌水效率很低，只有39℅，主要是由于第三次灌水后到小麥?zhǔn)崭钋皟?nèi)該地區(qū)的降雨量較大；而作物生育期內(nèi)進(jìn)入玉米和葵花作物根系層的水分包括降雨、灌溉和地下水補(bǔ)給，

5、流出的水分基本上只有作物騰發(fā)量，灌溉水幾乎全部被作物生長(zhǎng)利用，灌水效率比較高，分別為98℅和98.9℅。
　?。?）采用ArcGIS9.2軟件中的空間疊加工具整合區(qū)域土壤水分運(yùn)移分布式模擬單元的模擬結(jié)果，分別得到各研究區(qū)域農(nóng)田水分平衡分量的空間變異規(guī)律和影響因素，區(qū)域灌水效率及影響因素，討論未來(lái)缺水條件下的節(jié)水策略。結(jié)果表明：區(qū)域土壤蒸發(fā)量和作物蒸騰量主要與作物類型及種植結(jié)構(gòu)有關(guān)，非農(nóng)用地面積比例較大的地區(qū)土壤蒸發(fā)量較大，在玉米種

6、植面積比例較大的地區(qū)作物騰發(fā)量較大，同時(shí)與不同土壤類型的輸水特性和地下水埋深有關(guān)，剖面上無(wú)粘土和地下水埋深較小的情況下土壤蒸發(fā)量和作物蒸騰量較大；作物生育期內(nèi)根層底部水流通量表現(xiàn)為地下水補(bǔ)給大于深層滲漏，其空間變異主要與土壤類型和地下水埋深有關(guān)，地下水補(bǔ)給量隨著土壤輸水性能的降低而降低，隨著地下水埋深的增大而降低；作物生育期內(nèi)區(qū)域根層儲(chǔ)水量均減小，其空間變異特征與地下水補(bǔ)給根層水分的變異特征相反；現(xiàn)狀灌溉條件下作物生育期內(nèi)各種作物均不受