井渠輪灌條件下永濟(jì)灌域地下水環(huán)境的變化研究

王麗麗，丁雪華，韓天凱，袁宏穎

井渠輪灌條件下永濟(jì)灌域地下水環(huán)境的變化研究

王麗麗1,2，丁雪華1*，韓天凱3，袁宏穎1

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利事業(yè)發(fā)展中心，呼和浩特 010020；3.巴彥淖爾市水利科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015100）

【目的】探索推廣使用地表水-地下水-地表水（QJQ）灌溉模式對(duì)河套灌區(qū)井渠雙灌區(qū)農(nóng)田地下水環(huán)境的影響?！痉椒ā吭?018—2019年對(duì)河套灌區(qū)永濟(jì)灌域井渠雙灌區(qū)開(kāi)展區(qū)域監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)布置在灌域內(nèi)的13眼觀測(cè)井的地下水埋深、全鹽量、總氮和總磷，研究其空間分布規(guī)律，分析區(qū)域地下水環(huán)境的變化?！窘Y(jié)果】使用QJQ灌溉模式灌域地下水平均埋深減小0.15 m，平均變幅增加0.26 m，變異系數(shù)增加1.13%，對(duì)上游段地下水埋深影響最為明顯；灌域高全鹽量地下水區(qū)域面積減小，上游東南部和下游西北部地下水全鹽量明顯下降，全鹽量由500～5 000 mg/L波動(dòng)降低至500～3 500 mg/L；地下水中氮磷養(yǎng)分小幅下降，總氮量大于2 mg/L面積明顯減少，平均減少了14.38%，地下水中總氮量在1～2 mg/L之間變化；總磷量小于0.09 mg/L的面積平均增加了29.04%，大于0.13 mg/L的面積平均減小了15.58%?！窘Y(jié)論】通過(guò)推廣QJQ的輪灌制度，增強(qiáng)了灌區(qū)地下水的利用效率，也增強(qiáng)了地下水的循環(huán)，改善了地下水水質(zhì)，對(duì)緩減水資源短缺有積極作用。

井渠輪灌；地下水環(huán)境；空間分布

0 引言

【研究意義】隨著社會(huì)的發(fā)展，水資源短缺和用水矛盾已嚴(yán)重影響了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1]，在干旱半干旱地區(qū)尤為明顯，在全球地表水資源量下降的大趨勢(shì)下[2]，人類(lèi)活動(dòng)所造成的水資源再分配，對(duì)流域水循環(huán)產(chǎn)生了嚴(yán)峻的影響[3-4]。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)北方黃河、海河、遼河等地的地表水資源量明顯減少[5-6]，人類(lèi)活動(dòng)、工業(yè)活動(dòng)和其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)改變了流域下墊面是導(dǎo)致北方河川徑流減少的主要原因[7]。而流域的“自然-社會(huì)”二元水循環(huán)理論，為解決流域水資源問(wèn)題提供了方向[8-9]。通過(guò)綜合水資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值，引入合適的多目標(biāo)決策，以及合理分配農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、生態(tài)之間的配水量，從而達(dá)到優(yōu)化區(qū)域水資源配置的目的[10-11]。

黃河流域水資源有限，黃河用水量占全河用水量的92%[12]。河套灌區(qū)是黃河流域最大的一首制灌區(qū)，隨著水資源日益緊缺，農(nóng)業(yè)灌溉用水與生活、工業(yè)用水矛盾愈加凸顯，嚴(yán)重制約著灌區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[13-14]。【研究進(jìn)展】地下水是水資源的重要組成部分[15]，灌區(qū)地下微咸水較為豐富，有研究[16-17]顯示，淡水（黃河水）與微咸水（地下水）的聯(lián)合灌溉模式，是緩解水資源緊缺的重要手段之一。井渠2種水源聯(lián)合灌溉可以有效節(jié)約地表水資源，合適比例的井渠灌溉技術(shù)[14,18]能夠更好地保護(hù)生態(tài)平衡。有研究指出，采用井渠結(jié)合灌溉的區(qū)域應(yīng)合理分配采補(bǔ)平衡及水資源的調(diào)度[19]，井灌結(jié)合渠灌可以充分利用地表水和地下水，又可以控制地下水位的下降[20]。井灌結(jié)合渠灌能減少引黃水量，降低地下水超釆和土壤鹽堿化風(fēng)險(xiǎn)[21-23]?！厩腥朦c(diǎn)】然而，目前區(qū)域尺度上井渠結(jié)合灌溉對(duì)地下水環(huán)境影響的研究相對(duì)較少。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】因此，本文以永濟(jì)灌域井渠雙灌區(qū)為例，在區(qū)域尺度上揭示井渠輪灌模式對(duì)地下水埋深和水質(zhì)的影響，為區(qū)域地下水開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

永濟(jì)灌域是內(nèi)蒙古河套灌區(qū)灌域之一，地處東經(jīng)107°13′—107°42′，北緯40°36′—41°13′，南與黃河岸相鄰，北與烏拉山腳接壤，主要依靠黃河由南向北自流灌溉，灌域以西為解放閘灌域，以東為義長(zhǎng)灌域，灌溉總面積約11.60×105hm2，灌域土壤類(lèi)型主要為灌淤土。區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶愿珊?、半干旱氣候，年均氣?.9 ℃，年均降水量144.95 mm，年均蒸發(fā)量2 272.1 mm，年際蒸發(fā)量變化較為穩(wěn)定，而年內(nèi)蒸發(fā)量則呈季節(jié)性變化。光、熱、水同期，無(wú)霜期130 d左右，該灌域以農(nóng)業(yè)為主，屬輕中度鹽堿地，主要種植玉米、向日葵。地下水主要由引黃灌溉補(bǔ)給，其次為降水入滲補(bǔ)給。地下水埋深在生育期內(nèi)為1.5～2 m，非生育期內(nèi)為1.3～2 m，呈凍融期和秋澆期逐漸變小，夏灌期和封凍期逐漸增加的季節(jié)性變化趨勢(shì)。

井渠雙灌區(qū)位于永濟(jì)灌域的中部及南部地區(qū)，面積約8.38×105hm2，農(nóng)戶的灌溉管理模式較為混亂，主要灌溉方式有渠水灌溉、井水灌溉、渠水井水混合灌溉，一水主要是渠水灌溉，之后的灌水方式和灌水輪次均不固定。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在永濟(jì)灌域井渠雙灌區(qū)采用潘春洋等[14]提出的渠井渠（QJQ）灌溉模式。該灌溉模式為：播種前采用地表水灌溉，一水至三水采用QJQ灌溉模式。參照河套灌區(qū)節(jié)水灌溉制度研究成果，灌水定額設(shè)為 90 mm，灌水總量為270 mm，秋澆定額為150 mm。施用肥料采用尿素（46%N）和磷酸二銨（18%N，46%P2O5），其中氮肥施用量為225 kg/hm2，磷肥施用量為235 kg/hm2。觀測(cè)時(shí)段為2018—2019年，其中2018年未采用該灌溉模式，2019年采用該灌溉模式。將2018年作為對(duì)照，分析使用QJQ灌溉模式前后的地下水環(huán)境變化。在研究區(qū)內(nèi)通過(guò)柵格法定位，按照上、中、下游分區(qū)設(shè)置了13眼地下水觀測(cè)井（圖1），其中10#、11#、12#和13#控制灌域上游段，5#、6#、7#、8#和9#控制灌域中游段，1#、2#、3#和4#控制灌域下游段。每年對(duì)觀測(cè)井監(jiān)測(cè)4次，分別在夏灌前（4月）、夏灌2水后（6月）、夏灌后（8月）和秋澆前（10月）通過(guò)對(duì)比2年灌域地下水埋深及水質(zhì)觀測(cè)數(shù)據(jù)，揭示QJQ模式對(duì)灌域地下水環(huán)境的影響。

圖1 永濟(jì)灌域試驗(yàn)區(qū)采樣點(diǎn)位置

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目與方法

地下水埋深采用繩測(cè)法人工測(cè)定水面至井口距離，地下水全鹽量采用重量法測(cè)定，地下水總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法，地下水總磷采用鉬酸銨分光光度測(cè)定法，地下水水質(zhì)委托巴彥淖爾市水利科學(xué)研究所檢測(cè)中心檢測(cè)。地下水質(zhì)觀測(cè)指標(biāo)有全鹽量、地下水總氮和總磷。利用Microsoft Excel 2007對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用ArcGIS 10.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 地下水埋深變化

地下水埋深年內(nèi)呈單峰狀變化，在夏灌開(kāi)始后呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，夏灌2水后（6月）逐漸下降，2年呈現(xiàn)的變化趨勢(shì)相似（圖2）。2018、2019年在作物生育期內(nèi)降水量分別為166.7、126.7 mm，均屬于平水年，在常年土壤強(qiáng)烈蒸發(fā)條件下，降水對(duì)地下水埋深的影響較小。對(duì)比2年變化，夏灌前（4月）使用QJQ灌溉模式的地下水埋深比未使用深，經(jīng)2輪灌溉后上升明顯，地下水埋深相近，使用QJQ的灌溉模式2水后至秋澆前地下水埋深下降幅度放緩。研究發(fā)現(xiàn)夏灌前（4月）地下水埋深較深，受影響較大，2019年較2018年地下水最大埋深上游段增加0.57 m，中游段增加0.26 m，下游段增加0.29 m，增加幅度在6.1%、2.92%、3.58%，灌域整體增加了0.37 m；上、中、下游段變幅分別增加0.35、0.02、0.4 m，上、中、下游變異系數(shù)分別增加2.83%、0.54%、1.07%。地下水波動(dòng)變化增大（表1），對(duì)比夏灌2水后（6月）、夏灌后（8月）及秋澆前（10月）地下水埋深，使用QJQ灌溉模式后上、中、下地下水平均埋深分別減小0.27、0.04、0.09 m，由于使用QJQ灌溉模式前灌域上游段為井灌集中區(qū)，而中、下游段地下水主要來(lái)源于北部山區(qū)降水入滲，除此之外，由于灌域北端總排干溝的截滲，導(dǎo)致中、下游段地下水埋深較淺[24]。因而，使用QJQ灌溉模式后上游段在夏灌2水后（6月）和夏灌后（8月）導(dǎo)致上游段地下水埋深減小，地下水位升高。

圖2 地下水埋深

表1 不同年度地下水埋深

2.2 地下水鹽分時(shí)空動(dòng)態(tài)

未使用QJQ灌溉模式前，灌域下游西北部和上游東南部地區(qū)地下水全鹽量較高，夏灌2水后（6月）和秋澆前（10月）灌域呈下降趨勢(shì)，使用QJQ灌溉模式后灌域上游東南部和下游西北部地下水全鹽量明顯下降，其余地區(qū)地下水全鹽量較低，同時(shí)有小幅下降。

不同時(shí)期地下水全鹽量在500～5 000 mg/L所占面積比較大，占永濟(jì)灌域井渠雙灌區(qū)總面積的90%以上。對(duì)比2年結(jié)果可知，使用QJQ灌溉模式后，大部分地區(qū)地下水全鹽量在500～3 500 mg/L之間，夏灌2水后（6月）、夏灌后（8月）和秋澆前（10月）地下水全鹽量在500～3 500 mg/L所占面積均有所增加，分別較未使用前增加了5.03%、30.39%和2.29%，夏灌前（4月）下降0.11%，使用QJQ灌水模式灌域高全鹽量地下水呈下降趨勢(shì)（見(jiàn)圖3）。

圖3 試驗(yàn)區(qū)地下水全鹽量時(shí)空變化

2.3 地下水總氮時(shí)空動(dòng)態(tài)

永濟(jì)灌域井渠雙灌區(qū)地下水總氮時(shí)空變化趨勢(shì)復(fù)雜，但秋澆前變化一致。未進(jìn)行QJQ灌溉模式時(shí)，夏灌前（4月）中游及上游東南部地區(qū)地下水總氮量較高，夏灌后（8月）中游及下游東北部地區(qū)較高。進(jìn)行QJQ灌溉后，地下水總氮量整體呈下降趨勢(shì)，但夏灌2水后（6月）中游地區(qū)呈上升趨勢(shì)，其原因?yàn)橄墓?水后正值施肥期，土壤中的氮肥隨著灌水和降水流失到地下。

未進(jìn)行QJQ灌溉模式灌域地下水夏灌前（4月）總氮量大于1.5 mg/L的面積占灌域總面積的80%以上，雖在夏灌2水后（6月）下降明顯，但夏灌后（8月）大幅上升，大于1.5 mg/L的面積占灌域總面積又達(dá)到60%以上。進(jìn)行QJQ灌溉模式后，灌域地下水中總氮量大部分維持在1～2 mg/L之間，地下水中總氮量趨近于穩(wěn)定（見(jiàn)圖4）。主要原因?yàn)樵谑┑肯嗤那闆r下，引黃水量的減少，可降低地下水氮磷污染物[25]。

圖4 試驗(yàn)區(qū)地下水總氮的時(shí)空變化

2.4 地下水總磷時(shí)空動(dòng)態(tài)

永濟(jì)灌域井渠雙灌區(qū)地下水總磷量在夏灌前（4月）灌域中游中部地區(qū)地下水總磷量較低，夏灌2水后（6月）整個(gè)灌域下降明顯，因?yàn)樽魑锾幱跔I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)旺盛期，根系吸收磷素能力提高，夏灌后（8月）較高，秋澆前（10月）灌域下游地區(qū)再次呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

對(duì)比未進(jìn)行QJQ輪灌模式和進(jìn)行QJQ輪灌模式的2年，灌域地下水中總磷量除夏灌2水后（6月）中部及中北部個(gè)別地區(qū)有小幅增加外其余地區(qū)呈下降趨勢(shì)。使用QJQ灌溉模式后，4個(gè)時(shí)期地下水中總磷量小于0.09 mg/L的面積占比分別增加6.98%、55.13%、14.5%、39.54%，大于0.21 mg/L的面積占比分別下降了8.52%、0%、12.13%、1.12%，使用QJQ灌溉模式對(duì)降低地下水中總磷量效果明顯。

圖5 試驗(yàn)區(qū)地下水總磷的時(shí)空變化

3 討論

近年來(lái)，水資源供需矛盾是制約內(nèi)蒙古河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素，開(kāi)采地下水資源作為補(bǔ)充灌溉水源是緩解這一矛盾的重要舉措[26-28]，但由于河套灌區(qū)地下咸水廣泛分布，地下水可利用率較低，采用井渠結(jié)合的方式進(jìn)行灌溉勢(shì)必會(huì)對(duì)研究區(qū)農(nóng)田土壤和地下水水鹽環(huán)境產(chǎn)生影響。本研究表明，井渠輪灌實(shí)施過(guò)程中地下水位下降0.15 m，其主要由于使用QJQ灌溉模式后引黃水量減少，地下水補(bǔ)給量減少。地下水全鹽量由500～5 000 mg/L降低至500～3 500 mg/L，上游東南部和下游西北部地下水全鹽量明顯下降，其可能由于引黃水量的減少，中南部地區(qū)地下水埋深增加且幅度較大（上游段），蒸發(fā)量也呈減小趨勢(shì)，使得蒸發(fā)濃縮作用對(duì)其影響減弱，部分地區(qū)地下水全鹽量減小。而北部為主排干溝分布地，排水量的逐年減少導(dǎo)致鹽分積聚在排水溝附近[24]，因此北部及東西邊緣部地下水全鹽量高，這與部分研究[29-30]結(jié)果一致。合理的開(kāi)采地下水資源可以減少無(wú)效蒸發(fā)，緩解農(nóng)業(yè)灌溉的水資源短缺，通過(guò)井灌結(jié)合渠灌模式可以起到以井代排的作用，有利于鹽堿化的防治[30]。本研究進(jìn)一步分析了區(qū)域地下水環(huán)境的變化，高效的農(nóng)業(yè)灌溉措施會(huì)影響灌區(qū)水鹽分布[31-33]，其中地下水埋深變化為主要影響因子。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)井灌的應(yīng)用增加了地下水埋深，減少了潛水蒸發(fā)，降低了土壤鹽分與地下水的交換，非灌溉期補(bǔ)水不足會(huì)導(dǎo)致次年播前地下水埋深較低，推廣使用QJQ的輪灌制度在生育期內(nèi)地下水埋深下降幅度小于未使用前，因此，目前仍需確定合理的秋澆補(bǔ)水模式來(lái)保持地下水的可持續(xù)利用[31]。

目前農(nóng)田土壤氮磷流失主要通過(guò)地表徑流、侵蝕、淋溶（滲漏或亞表層徑流）和農(nóng)田排水進(jìn)入地表河流或地下水中[34]，本研究結(jié)果表明井渠輪灌實(shí)施使地下水氮磷等養(yǎng)分在灌溉期有小幅降低，可能受地下水埋深下降使得淋溶至地下水中的養(yǎng)分減弱、灌溉水稀釋和井灌隨水返回地表等多重影響，這與裴承忠等[35]研究結(jié)果一致。說(shuō)明在作物生育期施肥量相同的情況下通過(guò)優(yōu)化灌溉方式來(lái)控制灌溉水量可以減小地下水中氮、磷等的累積從而降低地下水環(huán)境的污染。通過(guò)推廣QJQ的輪灌制度，既增強(qiáng)了灌區(qū)地下水的利用效率，也增強(qiáng)了地下水的循環(huán)，改善了地下水水質(zhì)，對(duì)緩減水資源短缺有積極作用。但目前仍需確立地下水補(bǔ)給制度和確定地下水埋深閾值，以保證地下水的可持續(xù)利用，繼續(xù)完善QJQ灌溉模式是未來(lái)需要研究的方向。

4 結(jié)論

1）QJQ灌溉模式下，灌域地下水平均埋深減小0.15 m，平均變幅增加0.26 m，變異系數(shù)增加1.13%，地下水埋深波動(dòng)幅度變大，對(duì)上游段地下水埋深影響最為明顯。

2）QJQ灌溉模式下，地下水全鹽量較高區(qū)域面積明顯減少，灌域地下水全鹽量由500～5 000 mg/L波動(dòng)降低至500～3 500 mg/L波動(dòng)。

3）QJQ灌溉模式下，灌域地下水氮磷養(yǎng)分小幅下降，地下水總氮量在1～2 mg/L之間變化；總磷含量小于0.09 mg/L的面積占比平均增加了29.04%，大于0.13 mg/L的面積占比平均減少15.58%。

（作者聲明本文無(wú)實(shí)際或潛在利益沖突）

[1] 許耀文, 王一涵, 梁冬玲, 等. 基于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的錦西灌區(qū)灌溉水資源配置研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2020, 51(10): 299-309.

XU Yaowen, WANG Yihan, LIANG Dongling, et al. Irrigation water resources allocation in Jinxi irrigation district based on agricultural sustainability[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2020, 51(10): 299-309.

[2] 嚴(yán)登華, 王坤, 李相南, 等. 全球陸地地表水資源演變特征[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2020, 31(5): 703-712.

YAN Denghua, WANG Kun, LI Xiangnan, et al. Evolution characteristics of global land surface water resources[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(5): 703-712.

[3] V?R?SMARTY C, LETTENMAIER D, LEVEQUE C, et al. Humans transforming the global water system[J]. Eos, Transactions American Geophysical Union, 2004, 85(48): 509-514.

[4] 雷瑩, 江東, 楊小喚, 等. 水資源空間分布模型及GIS分析應(yīng)用[J]. 地球信息科學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 9(5): 64-69, 127.

LEI Ying, JIANG Dong, YANG Xiaohuan, et al. The water distribution model application based on spatial information technology[J]. Journal of Geo-information Science, 2007, 9(5): 64-69, 127.

[5] 賈紹鳳, 梁媛. 新形勢(shì)下黃河流域水資源配置戰(zhàn)略調(diào)整研究[J]. 資源科學(xué), 2020, 42(1): 29-36.

JIA Shaofeng, LIANG Yuan. Suggestions for strategic allocation of the Yellow River water resources under the new situation[J]. Resources Science, 2020, 42(1): 29-36.

[6] 張建云, 王國(guó)慶, 金君良, 等. 1956—2018年中國(guó)江河徑流演變及其變化特征[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2020, 31(2): 153-161.

ZHANG Jianyun, WANG Guoqing, JIN Junliang, et al. Evolution and variation characteristics of the recorded runoff for the major rivers in China during 1956—2018[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(2): 153-161.

[7] 韓聰慧, 席小康, 朱永華. 氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)西拉木倫河徑流的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2021, 40(9): 134-140.

HAN Conghui, XI Xiaokang, ZHU Yonghua. The impacts of climate change and anthropogenic activities on the runoff of Xilamulun river[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(9): 134-140.

[8] 王浩, 賈仰文. 變化中的流域“自然-社會(huì)”二元水循環(huán)理論與研究方法[J]. 水利學(xué)報(bào), 2016, 47(10): 1 219-1 226.

WANG Hao, JIA Yangwen. Theory and study methodology of dualistic water cycle in river basins under changing conditions[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2016, 47(10): 1 219-1 226.

[9] 王煜, 彭少明, 武見(jiàn), 等. 黃河流域水資源均衡調(diào)控理論與模型研究[J]. 水利學(xué)報(bào), 2020, 51(1): 44-55.

WANG Yu, PENG Shaoming, WU Jian, et al. Research on the theory and model of water resources equilibrium regulation in the Yellow River Basin[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2020, 51(1): 44-55.

[10] 王浩, 游進(jìn)軍. 水資源合理配置研究歷程與進(jìn)展[J]. 水利學(xué)報(bào), 2008, 39(10): 1 168-1 175.

WANG Hao, YOU Jinjun. Advancements and development course of research on water resources deployment[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2008, 39(10): 1 168-1 175.

[11] 董曉知, 徐立榮, 徐征和. 基于大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)法的水資源優(yōu)化配置研究[J]. 人民黃河, 2021, 43(4): 82-88.

DONG Xiaozhi, XU Lirong, XU Zhenghe. Research on the optimal allocation of water resources in Xingjiadu irrigation area based on large-scale system decomposition-coordination method[J]. Yellow River, 2021, 43(4): 82-88.

[12] 高峰, 許建中. 我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源狀況與水價(jià)理論分析[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2003, 22(6): 27-32.

GAO Feng, XU Jianzhong. Analysis on agricultural water resources and water price theory in China[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2003, 22(6): 27-32.

[13] 王旭東, 徐素寧, 武強(qiáng), 等. 基于ArcGIS的天津市地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)[J]. 南水北調(diào)與水利科技, 2003, 1(6): 13-16.

WANG Xudong, XU Suning, WU Qiang, et al. The development of groundwater environment quality evaluation system in Tianjin city[J]. South-to-North Water Transfers and Water Science & Technology, 2003, 1(6): 13-16.

[14] 潘春洋. 鹽漬化農(nóng)田不同水源灌溉及秸稈還田聯(lián)合模式試驗(yàn)研究[D]. 呼和浩特: 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué), 2019.

PAN Chunyang. Experimental study on irrigation with different water sources and straw returned joint model in salinized farmland[D]. Hohhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2019.

[15] 趙志強(qiáng), 劉燕, 陳宇. 涇惠渠灌區(qū)水資源優(yōu)化配置研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2022, 41(8): 30-38.

ZHAO Zhiqiang, LIU Yan, CHEN Yu. Optimizing allocation of water resources in Jinghuiqu irrigation area[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(8): 30-38.

[16] 張銀輝, 羅毅. 基于分布式水文學(xué)模型的內(nèi)蒙古河套灌區(qū)水循環(huán)特征研究[J]. 資源科學(xué), 2009, 31(5): 763-771.

ZHANG Yinhui, LUO Yi. Water cycle modeling in Hetao irrigation district of Inner Mongolia based on the distributed DEHYDROS model[J]. Resources Science, 2009, 31(5): 763-771.

[17] 潘春洋, 楊樹(shù)青, 婁帥, 等. 多水源交替灌溉模式對(duì)玉米生長(zhǎng)特性及產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)土壤與肥料, 2020(1): 165-171.

PAN Chunyang, YANG Shuqing, LOU Shuai, et al. Effects of alternative irrigation with multiple water sources on growth characteristics and yield of maize[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2020(1): 165-171.

[18] AWAN U K, ANWAR A, AHMAD W, et al. A methodology to estimate equity of canal water and groundwater use at different spatial and temporal scales: A geo-informatics approach[J]. Environmental Earth Sciences, 2016, 75(5): 409.

[19] 胡艷玲, 黃仲冬, 齊學(xué)斌, 等. 基于線性規(guī)劃和MODFLOW耦合技術(shù)的人民勝利渠灌區(qū)水資源優(yōu)化配置研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2019, 38(12): 85-92.

HU Yanling, HUANG Zhongdong, QI Xuebin, et al. Study on optimal allocation of water resources in irrigation district based on linear programming and MODFLOW coupling technology[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(12): 85-92.

[20] 宋悅. 渠井灌區(qū)地表水地下水聯(lián)合利用優(yōu)化配置研究[D]. 楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2016.

SONG Yue. Research of optimal allocation of conjunctive use of surface water and groundwater in well-canal combined irrigated district[D]. Yangling: Northwest A & F University, 2016.

[21] 王璐瑤. 河套灌區(qū)地下水開(kāi)發(fā)利用的渠井結(jié)合比研究[D]. 武漢: 武漢大學(xué), 2018.

WANG Luyao. Area ratio of canal to well irrigation areas for combined use of groundwater and surface water in Hetao irrigation district[D]. Wuhan: Wuhan University, 2018.

[22] 陸陽(yáng), 王樂(lè), 張紅玲. 寧夏平羅縣井渠結(jié)合灌區(qū)地下水鹽運(yùn)移規(guī)律研究[J]. 水利水電技術(shù), 2017, 48(3): 165-170.

LU Yang, WANG Le, ZHANG Hongling. Study on law of groundwater-salt transportation in Pingluo Well-Canal Combined Irrigation District in Ningxia[J]. Water Resources and Hydropower Engineering, 2017, 48(3): 165-170.

[23] 劉瑞平, 朱樺, 亢明仲, 等. 大荔縣地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及成因淺析[J].西北地質(zhì), 2009, 42(2): 116-125.

LIU Ruiping, ZHU Hua, KANG Mingzhong, et al. Assessment of water environment quality and pollution factors for Dali County[J]. Northwestern Geology, 2009, 42(2): 116-125.

[24] 崔佳琪, 李仙岳, 史海濱, 等. 節(jié)水改造前后永濟(jì)灌域地下水環(huán)境時(shí)空變化特征[J]. 干旱區(qū)研究, 2022, 39(3): 841-852.

CUI Jiaqi, LI Xianyue, SHI Haibin, et al. Temporal and spatial variation change of groundwater environment in the salinized irrigation districts under the background of water-saving reconstruction[J]. Arid Zone Research, 2022, 39(3): 841-852.

[25] 孫玲玉, 楊樹(shù)青, 李鳳軍, 等. 河套灌區(qū)地下水埋深與總氮濃度交互效應(yīng)分析[J]. 節(jié)水灌溉, 2014(7): 42-45.

SUN Lingyu, YANG Shuqing, LI Fengjun, et al. Analysis of interactions between groundwater depth and total nitrogen concentration in Hetao irrigation district[J]. Water Saving Irrigation, 2014(7): 42-45.

[26] 周維博, 李佩成. 灌溉水資源的分類(lèi)與功能分析[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2003, 22(1): 62-66.

ZHOU Weibo, LI Peicheng. Study on the classification and function of irrigation water resources[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2003, 22(1): 62-66.

[27] 王全九, 單魚(yú)洋. 微咸水灌溉與土壤水鹽調(diào)控研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2015, 46(12): 117-126.

WANG Quanjiu, SHAN Yuyang. Review of research development on water and soil regulation with brackish water irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(12): 117-126.

[28] 楊洋, 朱焱, 伍靖?jìng)? 等. 河套灌區(qū)井渠結(jié)合地下水?dāng)?shù)值模擬及均衡分析[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2018, 36(8): 732-737.

YANG Yang, ZHU Yan, WU Jingwei, et al. Numerical modeling and water balance analysis of groundwater under conjunctive use of groundwater and surface water in Hetao Irrigation District[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering, 2018, 36(8): 732-737.

[29] 楊威, 毛威, 楊洋, 等. 基于MODFLOW的河套灌區(qū)井渠結(jié)合開(kāi)采模式研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2021, 40(12): 93-101.

YANG Wei, MAO Wei, YANG Yang, et al. Optimizing conjunctive use of groundwater and cannel water in Hetao irrigation district aided by MODFLOW[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(12): 93-101.

[30] 崔丙健, 高峰, 胡超, 等. 非常規(guī)水資源農(nóng)業(yè)利用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2019, 38(7): 60-68.

CUI Bingjian, GAO Feng, HU Chao, et al. The use of brackish and reclaimed waste water in agriculture: A review[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(7): 60-68.

[31] 常曉敏, 王少麗, 陳皓銳, 等. 河套灌區(qū)土壤鹽分時(shí)空變化特征及影響因素[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2018, 36(10): 1 000-1 005.

CHANG Xiaomin, WANG Shaoli, CHEN Haorui, et al. Spatiotemporal changes and influencing factors of soil salinity in Hetao Irrigation District[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering, 2018, 36(10): 1 000-1 005.

[32] 蘇春利, 紀(jì)倩楠, 陶彥臻, 等. 河套灌區(qū)西部土壤鹽漬化分異特征及其主控因素[J]. 干旱區(qū)研究, 2022, 39(3): 916-923.

SU Chunli, JI Qiannan, TAO Yanzhen, et al. Differentiation characteristics and main influencing factors of soil salinization in the West of Hetao Irrigation Area[J]. Arid Zone Research, 2022, 39(3): 916-923.

[33] 彭暢, 朱平, 牛紅紅, 等. 農(nóng)田氮磷流失與農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染及其防治[J].土壤通報(bào), 2010, 41(2): 508-512.

PENG Chang, ZHU Ping, NIU Honghong, et al. Nitrogen and phosphorus loss of farmland agriculral non-point source pollution and its prevention[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2010, 41(2): 508-512.

[34] 郭曾輝, 劉朋召, 雒文鶴, 等. 限水減氮對(duì)關(guān)中平原冬小麥氮素利用和氮素表觀平衡的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2021, 32(12): 4 359-4 369.

GUO Zenghui, LIU Pengzhao, LUO Wenhe, et al. Effects of water limiting and nitrogen reduction on nitrogen use and apparent balance of winter wheat in the Guanzhong Plain, Northwest China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2021, 32(12): 4 359-4 369.

[35] 裴承忠, 陳愛(ài)萍, 張作為, 等. 內(nèi)蒙古河套灌區(qū)三湖河灌域井渠雙灌試驗(yàn)與探討[J]. 節(jié)水灌溉, 2016(8): 166-168, 174.

PEI Chengzhong, CHEN Aiping, ZHANG Zuowei, et al. Experiment and discussion on well-channel irrigation of sanhuhe irrigation field in Hetao irrigation district in Inner Mongolia[J]. Water Saving Irrigation, 2016(8): 166-168, 174.

Assessing Groundwater Environment Changes in the Yongji Irrigation District under Rotational Well-canal Irrigation

WANG Lili1,2, DING Xuehua1*, HAN Tiankai3, YUAN Hongying1

(1. College of Water Conservancy and Civil Engineering of Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010018, China;2.Inner Mongolia Autonomous Region Water Resources Development Center, Hohhot 010020, China;3.Bayannaoer Institute of Water Resources Sciences, Bayannaoer 015100, China)

【Objective】Yongji, located in the Hetao Irrigation district, has implemented a strategy of alternating between groundwater and surface water for irrigation to conserve water resources. This paper presents the outcomes of an experimental investigation into the repercussions of this practice on groundwater table change. 【Method】The experiment was carried out in the Jingqu area of the Yongji irrigation district from 2018 to 2019. It involved measurement of the changes in groundwater depth, total salt content, total nitrogen, and phosphorus levels at 13 boreholes distributed across the region. We analyzed their spatial distribution and overall impact on groundwater dynamics. 【Result】The alternating use of surface and groundwater for irrigation led to a reduction in the average groundwater depth by 0.15 meters. Simultaneously, it increased the average variation by 0.26 meters, and the coefficient of variation for groundwater depth by 1.13%, with the upper reaches of the irrigation district most affected. The decrease in irrigation area resulted in a reduction in areas with high salt content in groundwater, notably in the southeast of the upper reaches and northwest of the lower reaches, where the total salt content was reduced from 500 to 5 000 mg/L and 500 to 3 500 mg/L, respectively. Alternate irrigation also reduced the area with total nitrogen concentration exceeding 2 mg/L by an average of 14.38%, in addition to a marginal reduction in nitrogen and phosphorus in groundwater. The total nitrogen content in groundwater varied between 1 and 2 mg/L, while the area with total phosphorus content below 0.09 mg/L and 0.13 mg/L increased by 29.04% and 15.58%, respectively. 【Conclusion】Alternate groundwater and surface water for irrigation can improve the utilization efficiency of groundwater and groundwater circulation. It also improved groundwater quality and alleviated the shortage of water resources in this region.

well canal rotation irrigation; groundwater environment; space distribution

1672 - 3317（2023）10 - 0091 - 07

S27.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.2023036

王麗麗, 丁雪華, 韓天凱, 等. 井渠輪灌條件下永濟(jì)灌域地下水環(huán)境的變化研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2023, 42(10): 91-97.

WANG Lili, DING Xuehua, HAN Tiankai, et al. Assessing Groundwater Environment Changes in the Yongji Irrigation District under Rotational Well-canal Irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(10): 91-97.

2023-02-05

2023-06-12

2023-10-18

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52069023，52179037）

王麗麗（1995-），女（蒙古），內(nèi)蒙古興安盟人。碩士研究生，主要從事農(nóng)田水土環(huán)境方面的研究。E-mail: 2992519373@qq.com

丁雪華（1963-），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人。教授，主要從事節(jié)水灌溉研究。E-mail: nmnddxh@126.com

@《灌溉排水學(xué)報(bào)》編輯部，開(kāi)放獲取CC BY-NC-ND協(xié)議

責(zé)任編輯：趙宇龍