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节水灌溉模式下地下水资源的均衡状态与恢复 摘要：【目的】缓解东北粮食主产区地下水超采压力，促进地表水、地下水资源科学配置。【方法】以黑龙江省庆安县和平灌区为研究区，基于耗水均衡的地下水数值模拟模型，采用实测资料对模型进行了验证与识别。在此基础上，应用该模型对2种灌溉模式下共22种情景进行了模拟。【结果】在常量灌溉模式下，地下水占比66%时，灌区的地下水位有所抬升，能够得到恢复；等于66%时，灌区处于平衡状态；66%时，灌区的地下水位持续下降。在节水灌溉模式下，地下水占比68%时，灌区的地下水位有所抬升，能够得到恢复；等于68%时，灌区处于平衡状态；68%时灌区的地下水位持续下降。各占比情景下节水灌溉模式较常量灌溉模式的地下水位波动小。【结论】地下水资源在灌溉用水中的占比对灌区的耗水均衡状态影响显著，随着地下水资源占比的增加，表现为灌区的20a补排差总量逐渐减小为负值。 0 引言【研究意义】随着社会的发展，全球对粮食的需求不断增加1 材料与方法1.1 研究区概况研究区位于中国黑龙江省庆安县境内（图1）。地理坐标为东经125°55′—128°43′北纬45°52′—48°03′之间。研究区范围由东向西呈带状分布在呼兰河冲积平原上，位于呼兰河流域中上游。地处中温带半干旱半湿润的大陆性季风气候区，多年平均气温为1.7℃，其所在地区年降水量450～700 mm，主要集中于7—9月，降水年际年内分配不均，年水面蒸发量462～873mm。研究区的地下水属第四系孔隙水。按水力性质可分为潜水和承压水2个水文地质单元。潜水主要接受大气降水入渗补给、丰水期河水补给，以及地下水侧向径流补给；主要排泄以蒸散发和侧向径流为主。地表水和地下水之间有着密切的水力联系。承压水则主要接受侧向径流补给，以侧向径流排泄为主。1.2 试验设计与方法1.2.1 耗水均衡基本方程我国华北、东北等地区灌区耗水失衡直接表现为地下水超采。根据水均衡法原理，可建立如下地下水均衡方程式：式中：Q1.2.2 模拟范围及边界条件概化研究范围覆盖整个和平灌区，面积为176 km1.2.3 水文地质参数根据灌区的非均质性和相关水文地质调查报告，将含水层的渗透系数和给水度设定在不同的参数区1.2.4 源汇项庆安县和平灌区的源汇项包括补给项和排泄项。地下水补给项主要为大气降水入渗、河道渗漏、渠系渗漏、灌溉入渗、侧向流入。排泄项主要为潜水蒸发和侧向流出。其中面状补给包括大气降水入渗、灌溉回归入渗以及主要支流和渠道渗漏等，降水入渗系数的数值根据统计资料数据和试验结果确定。灌溉回归入渗补给量计算式为：式中：Q主要支流渗漏概化为渠系渗漏，渗漏补给系数的数值同样根据统计资料数据和试验结果确定。其补给量计算式为：式中：Q蒸发蒸腾排泄根据模拟区包气带特征确定蒸发蒸腾最大速率和极限埋深。线状特征，如山前侧向流入流出量，河流渗漏量等，研究区的东南部的边界，设定为常用水头边界，包含侧向流入，主要河流（呼兰河）按照河流边界处理，包含侧向流出。根据研究区农业种植情况，将研究区划分为灌溉区和非灌溉区，进行农业灌溉量参数的分配。研究区中的灌溉区和非灌溉区的蒸散量差异较大，主要与地下水埋深、非饱和带岩性、地表植被、气候等因素有关。根据研究区农业种植情况，因此将研究区蒸散速率按照灌溉分区划分为2个参数区）。根据课题组的相关实测资料设置源汇项，具体参数见表1和表2。1.2.5 数值模型模型构建一般包括网格剖分、边界条件、初始水位、水文参数与源汇项赋值本次数值模拟模型的模拟期为2017年1月—2036年12月，将整个模拟期划分为240个应力期，每个应力期为一个相应的自然月，计算的时间步长为1 d。在每个应力期中，所有外部源汇项的强度保持不变。以2017年1月底流场作为模型的初始流场，2017年8月12日流场作为拟合流场。运用基于有限差分法的MODFLOW程序进行模拟，并选取MODFLOW中相应的子程序包，来实现地下水流的模拟1.2.6 模型应用的情景设置以往研究区主要将地表水用作灌溉水源，地下水用作生活用水。随着灌溉需水量的增加和地表水资源的限制，地下水的开采量越来越大。因此，通过模拟不同的情景来计算合适的地下水开采量。本次模拟在灌区内均匀地设置好虚拟抽水井位，共设置了100个抽水井，由东北至西南方向，将抽水井均匀分布，以此模拟地下水开采情况对灌区地下水位的影响。为了更好地在耗水均衡的基础上调配地表水和地下水资源，改变地下水在灌溉用水中所占的比例，本次试验在保持总灌溉量不变的情况下，改变灌区地下水开采量，设计相应开采方案进行开采，建立研究区20 a的预测模型，分别对常量灌溉和节水灌溉2种灌溉模式中22种方案下的地下水