青銅峽灌區(qū)水循環(huán)主要因子及演變規(guī)律研究

蘇欣++常布輝++黃福貴++喬振芳

摘要 當前灌區(qū)水循環(huán)演變規(guī)律研究已經(jīng)成為研究區(qū)域水循環(huán)過程的熱點。選取蒸散量、降水量、引水量和排水量等對地下水系統(tǒng)有直接影響的因子，分析其變化趨勢，對于查明青銅峽灌區(qū)水循環(huán)因子的演變規(guī)律，緩解各種水問題至關重要。結果表明：從2000年以后，青銅峽灌區(qū)蒸散量、引水量、排水量明顯減少。原因是從2000年開始，青銅峽灌區(qū)開展了續(xù)建配套與節(jié)水改造工程，提高了水資源的利用率。

關鍵詞 青銅峽灌區(qū)；水循環(huán)；因子；演變

中圖分類號 P343.9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）20-0143-03

Study on Main Factors and Evolution Law of Water Cycle in Qingtongxia Irrigation District

SU Xin 1 CHANG Bu-hui 1 HUANG Fu-gui 1 QIAO Zhen-fang 2

（1 Yellow River Institute of Hydraulic Research，Zhengzhou Henan 450000； 2 Yijinhuoluo Banner Water Conservancy Burea）

Abstract At present，the study on the trait and simulation model of water cycle model has become a hotspot in regional water cycle process.The evapotranspiration，precipitation，water diversion and displacement were selected，which had direct impact on the groundwater system.Its important to identify the evolution of irrigation district hydrological cycle，relieve a variety of water issue based on analyzing their trends.The results showed that the evapotranspiration，water diversion，displacement decreased significantly since 2000.The reason was that irrigation rehabilitation and water saving renovation project were carried out in Qingtongxia irrigation district since 2000，which improved the utilization rate of water resources.

Key words Qingtongxia irrigation district；water cycle；factor；evolution

青銅峽灌區(qū)屬干旱半干旱地區(qū)，降水少、蒸發(fā)大，蒸發(fā)量是降雨量的6倍左右[1]。該區(qū)域引水條件便利，引黃灌溉渠系發(fā)達，是氣候變化的敏感區(qū)和人類活動的密集區(qū)。灌區(qū)水循環(huán)要素與降水、蒸發(fā)等氣候因子和人類活動因子（人工開采及灌排活動）息息相關。通過對灌區(qū)水循環(huán)主要因子的科學認知，分析“自然—人工”雙重驅動力作用下的灌區(qū)水循環(huán)特點，可以揭示人類活動對灌區(qū)水資源演化影響的內(nèi)在機理[2]，而水又是灌區(qū)土壤侵蝕、泥沙運移以及污染物遷移的載體。因此，加強灌區(qū)水循環(huán)的研究就成了解決目前水資源和水管理問題的基礎[3]。

灌區(qū)地下水是水資源循環(huán)系統(tǒng)的一個主要組成部分。已有研究文獻表明[4]，地下水位動態(tài)的影響因素由大到小的排序為蒸發(fā)、降水、渠首引水量、地下水開采。因此，選取蒸發(fā)量、降水量、引水量和排水量等對地下水系統(tǒng)有直接影響的因子，分析其變化趨勢，對于查明青銅峽灌區(qū)水循環(huán)特征及演變規(guī)律，緩解各種水問題，提出灌區(qū)水資源管理方案至關重要。

1 灌區(qū)概況

寧夏青銅峽灌區(qū)是我國古老的特大型灌區(qū)之一，位于寧夏北部，黃河上游下段，屬于黃河河套平原（前套）的重要組成部分。灌區(qū)地處銀川平原，南起青銅峽水利樞紐，北至石嘴山，西抵賀蘭山，東至鄂爾多斯臺地西緣，位于北緯37°74′～39°25′，東經(jīng)105°85′～106°90′，為寧夏平原地勢的最低之處。

青銅峽灌區(qū)多年平均降水量為180～220 mm，年均蒸發(fā)量為1 000～1 550 mm。灌區(qū)多年平均氣溫8.5 ℃，年>10 ℃平均積溫為3 630～3 830 ℃，日照時數(shù)為2 870～3 080 h，無霜期164 d。灌區(qū)總土地面積70萬hm2，現(xiàn)灌溉面積33萬hm2，其中自流30萬hm2，揚水3萬hm2。

2 氣候因子及演變規(guī)律

通過中國氣象科學數(shù)據(jù)共享中心收集了灌區(qū)氣象資料，包括最高/最低氣溫、相對濕度、平均風速、日照時數(shù)、降雨量、蒸發(fā)量等。分析了氣象因子的影響。灌區(qū)的主要站點資料如表1所示。

2.1 蒸散量演變規(guī)律

根據(jù)3個氣象站的海拔高度、經(jīng)緯度、風高以及近26年的最高/最低氣溫、相對濕度、平均風速、日照時數(shù)和降雨量等氣象資料，采用FAO推薦的1998年修正Penman-Monteith公式來計算3個氣象站的逐月ET0，其結果具體如圖1、2所示。

從ET0值的年際變化來看，青銅峽灌區(qū)多年平均ET0值介于1 000 mm左右，其中惠農(nóng)站最高，而且ET0值呈現(xiàn)逐年減小的趨勢。2000年參考作物蒸發(fā)蒸騰量急劇減小，達到一個谷值，2000年之后到2012年比較平穩(wěn)?？赡苁?000年灌區(qū)實施續(xù)建配套與節(jié)水改造工程后，提高了灌溉水利用系數(shù)，改變了以往大引大排的模式，灌區(qū)引黃水量減少，耗水量隨之減少。

從ET0值的年內(nèi)變化來考察，發(fā)現(xiàn)各站參考作物蒸發(fā)蒸騰量的年內(nèi)變化規(guī)律基本上是一致的，具體如圖3所示。1—5月ET0呈遞增狀態(tài)，峰均出現(xiàn)在6月或7月，7—12月ET0逐漸減少。

2.2 降水量演變規(guī)律

銀川站、惠農(nóng)站、陶樂站1987—2012年降水基本在均值線上下波動?；旧鲜敲?0年1次低降水（谷值）、1次高降水（峰值）。年降水的峰值一般在200～300 mm，降水量谷值在100 mm以下。最大值和最小值之間波動比較大，如圖3所示。

對各站多年降水量的統(tǒng)計結果如表2所示。

3 人類活動因子及演變規(guī)律

3.1 引水量演變規(guī)律

青銅峽灌區(qū)由河西灌區(qū)和河東灌區(qū)兩部分組成。自流灌溉系統(tǒng)采用干、支、斗、農(nóng)4級或干、支、農(nóng)3級組成渠系灌溉網(wǎng)，干渠總長度1 026 km，引水能力685 m3/s。揚水灌溉分布在自流灌區(qū)周邊；此外灌區(qū)西部及渠道末梢灌水困難地區(qū)還有機井灌溉面積約0.7萬hm2。各分區(qū)引水量均由各渠口設站進行水文觀測，控制引水量95%以上。

1980年以來，青銅峽灌區(qū)的引水量呈逐步遞增趨勢，到1999年達到68.7億m3，1999年以后引水量呈明顯下降趨勢，并在2003年降至近年來的最小值40.6億m3，如圖4所示。從年代平均引水量來看，20世紀80—90年代，平均引水量逐步增加，分別為56.0億、63.9億m3，21世紀后平均引水量大幅度回落至50.3億m3。

從年內(nèi)各月引水量來看，青銅峽灌區(qū)引水量主要在每年的4—11月。其中5—8月平均引水流量在360 m3/s以上。從20世紀80—90年代，4—8月、11月平均引水量呈增加趨勢；21世紀以來，除4月平均引水量增加外，其他各月引水量均有所減少如，如圖5所示。

3.2 排水量演變規(guī)律

青銅峽灌區(qū)排水主要以明溝排水為主，灌區(qū)直接排入黃河大小排水溝103條（不包括陶樂7條）。水文站控制20條，控制排水面積4 034.2 km2，占總排水面積的80.7%。

1980年以來，青銅峽灌區(qū)總排水量呈現(xiàn)3個階段：緩慢增長期（1980—1998年）、快速減小期（1998—2003年）、緩慢減小期（2003—2012年）。在1998年達到歷史最大值34.8億m3，之后在2003年急劇下降到近40年的最小值15.9億m3，如圖6所示。

從年代變化情況來看，非灌溉期1—3月、12月排水量呈緩慢增加趨勢，灌溉期各月排水量受引水量減少的影響，具體如圖7所示，1990—1999年達到高峰后，2000—2012年排水量明顯減少，其中5—9月排水量下降都在40%以上。主要是從 2000年開始，青銅峽灌區(qū)開展了續(xù)建配套與節(jié)水改造工程，在灌溉面積逐年增加的情況下減少了引黃水量，既保證了農(nóng)業(yè)灌溉，也保證了寧夏一些重大建設項目的用水需求[9]。

4 結論

4.1 蒸散量演變規(guī)律

青銅峽灌區(qū)多年平均ET0值介于1 000 mm左右，其中惠農(nóng)站最高。從年際變化來看，ET0值呈現(xiàn)逐年減小的趨勢。2000年參考作物蒸發(fā)蒸騰量急劇減小，達到一個谷值，2000年之后到2012年比較平穩(wěn)。

各站參考作物蒸發(fā)蒸騰量的年內(nèi)變化規(guī)律基本上是一致的。1—5月ET0呈遞增狀態(tài)，峰均出現(xiàn)在6月或7月，7—12月ET0逐漸減少。

4.2 降水量演變規(guī)律

3站1987—2012年降水基本在均值線上下波動?；旧鲜敲?0年1次低降水（谷值）、1次高降水（峰值）。年降水的峰值一般在200～300 mm，降水量谷值在100 mm以下。最大值和最小值之間波動比較大。

4.3 引水量演變規(guī)律

1980年以來，青銅峽灌區(qū)的引水量呈逐步遞增趨勢，到1999年達到68.7億m3，1999年以后引水量呈明顯下降趨勢，并在2003年降至近年來的最小值40.6億m3。從年代平均引水量來看，20世紀80—90年代，平均引水量逐步增加，分別為56.0億、63.9億m3，21世紀后平均引水量大幅度回落至50.3億m3。

從年內(nèi)各月引水量來看，青銅峽灌區(qū)引水量主要在每年的4—11月。其中5—8月平均引水流量在360 m3/s以上。從20世紀80—90年代，4—8月、11月平均引水量呈增加趨勢；21世紀以來，除4月平均引水量增加外，其他各月引水量均有所減少。

4.4 排水量演變規(guī)律

1980年以來，青銅峽灌區(qū)總排水量呈現(xiàn)3個階段：緩慢增長期（1980—1998年）、快速減小期（1998—2003年）、緩慢減小期（2003—2012年）。在1998年達到歷史最大值34.8 億m3，之后在2003年急劇下降到近40年的最小值15.9億m3。

從年代變化來看，非灌溉期1—3月、12月排水量呈緩慢增加趨勢，灌溉期各月排水量受引水量減少影響，1990—1999年達到高峰后，2000—2012年排水量明顯減少，其中 5—9月排水量下降都在40%以上。

5 參考文獻

[1] 姜秀芳，張霞，張欽武，等.青銅峽灌區(qū)引黃用水與地下水位響應關系分析[J].水資源與水工程學報，2012，23（4）：148-150.

[2] 王浩，秦大庸，陳曉軍.水資源評價準則及其計算口徑[J].水利水電技術，2004（2）：1-4.

[3] 張濟世，陳仁升，呂世華，等.物理水文學—水循環(huán)物理過程[M].鄭州：黃河水利出版社，2007.

[4] 韓葉珍.基于變化環(huán)境的灌區(qū)地下水動態(tài)時空變異規(guī)律研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2010.

[5] 楊志勇，胡勇，袁喆，等.井灌區(qū)水循環(huán)研究進展[J].灌溉排水學報，2015（3）：56-60.

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[9] 郝芳華，歐陽威，岳勇，等.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)灌水區(qū)水循環(huán)特征及對土壤水運移影響的分析[J].環(huán)境科學學報，2008（5）：825-831.