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海河流域井灌區(qū)在現(xiàn)狀和限水灌溉及休耕模式下淺層地下水動(dòng)態(tài)與糧食產(chǎn)量變化的模擬研究--以河北省太行山山前平原為例(精)
包郵 海河流域井灌區(qū)在現(xiàn)狀和限水灌溉及休耕模式下淺層地下水動(dòng)態(tài)與糧食產(chǎn)量變化的模擬研究--以河北省太行山山前平原為例(精)
作者：任理
開本：
16開
頁(yè)數(shù)：
260
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海河流域井灌區(qū)在現(xiàn)狀和限水灌溉及休耕模式下淺層地下水動(dòng)態(tài)與糧食產(chǎn)量變化的模擬研究--以河北省太行山山前平原為例(精) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030574473
- 條形碼：9787030574473 ; 978-7-03-057447-3
- 裝幀：暫無
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
海河流域井灌區(qū)在現(xiàn)狀和限水灌溉及休耕模式下淺層地下水動(dòng)態(tài)與糧食產(chǎn)量變化的模擬研究--以河北省太行山山前平原為例(精) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書是運(yùn)用土壤和水評(píng)價(jià)工具（SoilandWaterAssessmentTool，SWAT）這一分布式水文模型對(duì)海河流域的河北省太行山山前平原在冬小麥-夏玉米一年兩熟制下開展農(nóng)業(yè)水文模擬研究的學(xué)術(shù)專著，針對(duì)該區(qū)域由于淺層地下水多年超采所導(dǎo)致的含水層面臨疏干的嚴(yán)峻情勢(shì)，就冬小麥的現(xiàn)狀灌溉制度和限水灌溉方案及休耕模式下淺層地下水與輪作周年產(chǎn)量的時(shí)空變化特征開展了情景模擬與分析。定量化地探討了現(xiàn)狀灌溉下淺層地下水的可持續(xù)利用性、限水灌溉下淺層地下水涵養(yǎng)與糧食減產(chǎn)之間的權(quán)衡、淺層地下水采補(bǔ)平衡下考慮非休耕季冬小麥產(chǎn)量很高而推薦的休耕模式對(duì)淺層地下水儲(chǔ)量變化的影響，此外，還基于淺層地下水采補(bǔ)平衡且冬小麥減產(chǎn)很少進(jìn)行了同時(shí)考慮限水灌溉模式和休耕模式的縣域尺度區(qū)劃，并評(píng)估了這種推薦的區(qū)劃下淺層地下水的壓采量與農(nóng)田節(jié)水量。研究結(jié)果可為該井灌平原當(dāng)前所需的兼顧冬小麥適度生產(chǎn)與淺層地下水開采提供科學(xué)決策和管理的參考依據(jù)。
海河流域井灌區(qū)在現(xiàn)狀和限水灌溉及休耕模式下淺層地下水動(dòng)態(tài)與糧食產(chǎn)量變化的模擬研究--以河北省太行山山前平原為例(精) 目錄
目錄
章 緒論 1
1．1 研究背景和意義 2
1．2 研究進(jìn)展概述 5
1．2．1 分布式水文模型SWAT 的相關(guān)應(yīng)用研究進(jìn)展概述 6
1．2．2 限水灌溉和農(nóng)田休耕的相關(guān)應(yīng)用研究進(jìn)展概述 8
1．2．3 小結(jié) 11
1．3 研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線 12
1．3．1 研究目標(biāo) 12
1．3．2 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線 12
第2章 材料與方法 19
2．1 研究區(qū)概況 20
2．1．1 行政區(qū)劃 20
2．1．2 農(nóng)業(yè)氣候 20
2．1．3 耕地資源與利用 22
2．1．4 水文水資源 26
2．2 SWAT 模型 27
2．2．1 SWAT 模型地下水模塊的改進(jìn) 27
2．2．2 SWAT 模型地下水模塊參數(shù)的初始化 31
2．2．3 SWAT 模型的輸入與構(gòu)建 35
2．2．4 參數(shù)率定與模型驗(yàn)證方法 38
2．3 限水灌溉模式的情景設(shè)置及優(yōu)化方法 39
2．3．1 基于模擬試驗(yàn)的限水灌溉模式的情景設(shè)置思路 39
2．3．2 限水灌溉模式的優(yōu)化方法 40
2．4 休耕模式的情景設(shè)置和“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的評(píng)估指標(biāo)及優(yōu)化方法 42
2．4．1 休耕模式的情景設(shè)置思路 42
2．4．2 休耕模式下“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的評(píng)估指標(biāo) 43
2．4．3 休耕模式的優(yōu)化方法 50
第3章 參數(shù)的率定與模型的驗(yàn)證 53
3．1 地下水模塊參數(shù)的率定結(jié)果 54
3．2 以淺層地下水埋深為目標(biāo)的率定和驗(yàn)證結(jié)果 57
3．3 淺層地下水均衡的驗(yàn)證結(jié)果 62
3．4 農(nóng)田蒸散和作物產(chǎn)量的驗(yàn)證結(jié)果 63
3．5 小結(jié) 64
第4章 現(xiàn)狀灌溉情景的模擬分析與評(píng)估 67
4．1 淺層地下水的時(shí)間變化特征 68
4．1．1 淺層地下水埋深的時(shí)間變化特征 68
4．1．2 淺層含水層儲(chǔ)水量的時(shí)間變化特征 73
4．2 淺層地下水的空間變化特征 74
4．2．1 淺層地下水埋深的空間變化特征 74
4．2．2 淺層含水層儲(chǔ)水量的空間變化特征 78
4．3 淺層地下水資源利用的可持續(xù)性 81
4．4 小結(jié) 83
第5章 限水灌溉情景的模擬分析與評(píng)估 85
5．1 模擬試驗(yàn)結(jié)果 86
5．1．1 冬小麥優(yōu)先灌溉的生育階段排序 86
5．1．2 冬小麥生育期不同灌水次數(shù)下的模擬試驗(yàn)結(jié)果 89
5．2 模擬情景分析 90
5．2．1 淺層含水層儲(chǔ)水量和淺層地下水埋深 91
5．2．2 土壤水均衡和水管理響應(yīng)指標(biāo) 103
5．2．3 作物產(chǎn)量和作物水分生產(chǎn)力 107
5．2．4 淺層地下水壓采與農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng) 113
5．3 冬小麥生育期灌溉模式的優(yōu)化 124
5．3．1 考慮淺層地下水位基本保持平穩(wěn)下優(yōu)化的灌溉模式 124
5．3．2 考慮冬小麥可容許減產(chǎn)幅度下優(yōu)化的灌溉模式 136
5．4 淺層地下水涵養(yǎng)與作物生產(chǎn)的權(quán)衡 156
5．5 小結(jié) 158
第6章 休耕情景的模擬分析與評(píng)估 161
6．1 休耕模式的情景設(shè)置 162
6．2 休耕模式的情景模擬與分析 162
6．2．1 淺層含水層儲(chǔ)水量動(dòng)態(tài)和淺層地下水位變化 162
6．2．2 土壤水均衡 167
6．2．3 作物產(chǎn)量 169
6．3 不同休耕模式下“水-糧食-能源”的關(guān)聯(lián)性 179
6．4 考慮“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的休耕模式優(yōu)化 199
6．5 小結(jié) 211
第7章 結(jié)論與討論 215
7．1 主要結(jié)論 216
7．2 討論 219
7．2．1 研究工作的特色 219
7．2．2 研究工作的局限性 221
參考文獻(xiàn) 223
附錄 231
致謝 241
圖目錄
圖1．1 SWAT 模型構(gòu)建及參數(shù)率定與模型驗(yàn)證的技術(shù)路線圖 13
圖1．2 現(xiàn)狀灌溉情景模擬分析與評(píng)估的技術(shù)路線圖 14
圖1．3 限水灌溉情景模擬分析與評(píng)估的技術(shù)路線圖 16
圖1．4 休耕情景模擬分析與評(píng)估的技術(shù)路線圖 17
圖2．1 河北省太行山山前平原的行政區(qū)劃 21
圖2．2 河北省太行山山前平原1993 ～ 2012 年在冬小麥和夏玉米的生育期及自然年內(nèi)的平均降水量的空間分布 22
圖2．3 河北省太行山山前平原1990 年、1995 年、2000 年、2005 年和2010 年的土地利用類型圖 23
圖2．4 河北省太行山山前平原1995 年、2000 年、2005 年和2010 年的主要農(nóng)作物播種面積占農(nóng)作物總播種面積的比例分布圖 24
圖2．5 河北省太行山山前平原1980 年（a）和2005 年（b）的耕地資源利用圖 25
圖2．6 京津以南河北平原淺層地下水一般超采區(qū)和嚴(yán)重超采區(qū)的空間范圍 26
圖2．7 SWAT 模型中地下水模塊改進(jìn)和模型構(gòu)建及率定與驗(yàn)證過程示意圖 30
圖2．8 SWAT 模擬中的子流域和水文響應(yīng)單元的空間位置及模型構(gòu)建、率定和驗(yàn)證所用的多源數(shù)據(jù) 37
圖3．1 淺層含水層給水度的初值和率定后的上下限及*優(yōu)值在水文響應(yīng)單元尺度的空間分布 56
圖3．2 研究區(qū)所涉及的子流域中淺層地下水埋深在率定期（a）和驗(yàn)證期（b）的模擬值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比 57
圖3．3 研究區(qū)所涉及的22 個(gè)子流域以淺層地下水埋深為目標(biāo)在率定期和驗(yàn)證期的統(tǒng)計(jì)指標(biāo) 59
圖3．4 研究區(qū)所涉及的22 個(gè)子流域以淺層地下水埋深為目標(biāo)的率定結(jié)果 60
圖3．5 研究區(qū)所涉及的22 個(gè)子流域以淺層地下水埋深為目標(biāo)的驗(yàn)證結(jié)果 61
圖目錄
圖3．6 以淺層地下水埋深為目標(biāo)對(duì)參數(shù)率定前（模擬值a）后（模擬值b）模型模擬的蒸散量及冬小麥和夏玉米產(chǎn)量與相應(yīng)的實(shí)測(cè)值的對(duì)比 63
圖4．1 研究區(qū)1993 ～ 2012 年土壤水均衡項(xiàng)和地下水均衡項(xiàng)及淺層地下水埋深變化的模擬結(jié)果 68
圖4．2 典型水文響應(yīng)單元內(nèi)冬小麥生育期在平水期（a）、枯水期（b）和特枯水期（c）的土壤水均衡項(xiàng)與淺層地下水埋深的變化 72
圖4．3 典型水文響應(yīng)單元內(nèi)夏玉米生育期在平水期（a）、枯水期（b）和特枯水期（c）的土壤水均衡項(xiàng)與淺層地下水埋深的變化 73
圖4．4 冬小麥生育期（a）、夏玉米生育期（b）和自然年（c）在不同降水水平下淺層含水層儲(chǔ)水量的變化 74
圖4．5 淺層地下水位年均下降速度的模擬值在研究區(qū)所涉及的子流域尺度（a）和縣（市）域尺度（b）的空間分布 75
圖4．6 1992 年、1997 年、2002 年、2007 年和2012 年淺層地下水埋深模擬值在研究區(qū)所涉及的22 個(gè)子流域的空間分布 76
圖4．7 1992 年、1997 年、2002 年、2007 年和2012 年淺層地下水埋深模擬值在研究區(qū)所涉及的48 個(gè)縣（市）域的空間分布 77
圖4．8 1993 ～ 2012 年淺層地下水埋深特定變化范圍內(nèi)井灌耕地面積不同比例時(shí)的淺層含水層儲(chǔ)水量變化 78
圖4．9 研究區(qū)所涉及的各子流域離差標(biāo)準(zhǔn)化的CGWP1（a）和CGWP2（b）的空間分布 82
圖4．10 研究區(qū)所涉及的各縣（市）域離差標(biāo)準(zhǔn)化的CGWP1（a）和CGWP2（b）的空間分布 83
圖5．1 在冬小麥不同生育階段分別灌溉一次的處理下作物產(chǎn)量、淺層地下水位變化和作物地下水生產(chǎn)力的模擬試驗(yàn)結(jié)果 88
圖5．2 在冬小麥生育期內(nèi)不同灌水次數(shù)的灌溉處理下作物產(chǎn)量、淺層地下水位變化和作物地下水生產(chǎn)力的模擬試驗(yàn)結(jié)果 90
圖5．3 研究區(qū)在基本情景和冬小麥限水灌溉情景下模擬分析時(shí)段內(nèi)土壤水均衡項(xiàng)和淺層地下水均衡項(xiàng)及淺層地下水埋深的動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果 94
圖5．4 研究區(qū)在基本情景和冬小麥生育期三種限水灌溉情景中不同降水水平下冬小麥生育期、夏玉米生育期和自然年內(nèi)的淺層地下水均衡的模擬結(jié)果 95
圖5．5 研究區(qū)所涉及的各子流域在基本情景和冬小麥生育期三種限水灌溉情景下淺層地下水位變化的模擬結(jié)果 96
圖5．6 研究區(qū)所涉及的各縣（市）域在基本情景和冬小麥生育期三種限水灌溉情景下淺層地下水位變化的模擬結(jié)果 97
圖5．7 在基本情景、冬小麥生育期“春澆兩水”和“春澆一水”的不同比例時(shí)的淺層含水層儲(chǔ)水量變化 99
圖5．8 對(duì)參數(shù)GW_DELAY 擾動(dòng)-50% 前后模擬的淺層地下水位變化和淺層含水層儲(chǔ)水量變化的相對(duì)誤差在不同時(shí)間尺度上的分布 102
圖5．9 研究區(qū)在基本情景和三種限水灌溉情景下冬小麥生育期、夏玉米生育期和自然年內(nèi)的土壤水均衡 104
圖5．10 研究區(qū)在基本情景和三種限水灌溉情景下當(dāng)作物生育期不同降水水平時(shí)冬小麥和夏玉米的產(chǎn)量及生育期內(nèi)農(nóng)田耗水量和水分生產(chǎn)力的模擬結(jié)果 108
圖5．11 研究區(qū)所涉及的各子流域在三種限水灌溉情景下冬小麥產(chǎn)量與其在基本情景下相比的變化 110
圖5．12 研究區(qū)所涉及的各縣（市）域在三種限水灌溉情景下冬小麥產(chǎn)量與其在基本情景下相比的變化 110
圖5．13 研究區(qū)所涉及的各子流域在三種限水灌溉情景下冬小麥生育期內(nèi)農(nóng)田耗水量與其在基本情景下相比的變化 111
圖5．14 研究區(qū)所涉及的各縣（市）域在三種限水灌溉情景下冬小麥生育期內(nèi)農(nóng)田耗水量與其在基本情景下相比的變化 111
圖5．15 研究區(qū)所涉及的各子流域在三種限水灌溉情景下冬小麥的水分生產(chǎn)力與其在基本情景下相比的變化 112
圖5．16 研究區(qū)所涉及的各縣（市）域在三種限水灌溉情景下冬小麥的水分生產(chǎn)力與其在基本情景下相比的變化 112
圖5．17 基于淺層地下水位基本保持平穩(wěn)約束下優(yōu)化的研究區(qū)所涉及的各子流域內(nèi)冬小麥生育期的灌溉模式和子流域尺度冬小麥平均減產(chǎn)率的空間分布 126
圖5．18 基于淺層地下水位基本保持平穩(wěn)約束下優(yōu)化的保定地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和冬小麥平均減產(chǎn)率的空間分布 127
圖5．19 基于淺層地下水位基本保持平穩(wěn)約束下優(yōu)化的石家莊地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和冬小麥平均減產(chǎn)率的空間分布 129
圖5．20 基于淺層地下水位基本保持平穩(wěn)約束下優(yōu)化的邢臺(tái)地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和冬小麥平均減產(chǎn)率的空間分布 130
圖5．21 基于淺層地下水位基本保持平穩(wěn)約束下優(yōu)化的邯鄲地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和冬小麥平均減產(chǎn)率的空間分布 131
圖5．22 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于30% 約束下優(yōu)化的研究區(qū)所涉層地下水位變化的空間分布 138
圖5．23 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于20% 約束下優(yōu)化的研究區(qū)所涉及的各子流域內(nèi)冬小麥生育期的灌溉模式和子流域尺度淺層地下水位變化的空間分布 139
圖5．24 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于30% 約束下優(yōu)化的保定地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 140
圖5．25 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于30% 約束下優(yōu)化的石家莊地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 141
圖5．26 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于30% 約束下優(yōu)化的邢臺(tái)地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 142
圖5．27 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于30% 約束下優(yōu)化的邯鄲地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 143
圖5．28 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于20% 約束下優(yōu)化的保定地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 145
圖5．29 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于20% 約束下優(yōu)化的石家莊地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 146
圖5．30 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于20% 約束下優(yōu)化的邢臺(tái)地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 147
圖5．31 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于20% 約束下優(yōu)化的邯鄲地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 148
圖5．32 冬小麥生育期的三種限水灌溉方案和三種優(yōu)化灌溉模式下淺層地下水涵養(yǎng)與作物生產(chǎn)之間的權(quán)衡 157
圖6．1 基本情景和所設(shè)計(jì)的冬小麥季六種休耕情景在模擬分析時(shí)段內(nèi)的種植和灌溉的方案 163
圖6．2 模擬分析時(shí)段內(nèi)研究區(qū)的基本情景和不同休耕情景下淺層含水層的平均儲(chǔ)水量在冬小麥和夏玉米生育期內(nèi)的變化 165
圖6．3 研究區(qū)所涉及的22 個(gè)子流域在基本情景和不同休耕情景下的淺層地下水位年均變化速度 166
圖6．4 研究區(qū)所涉及的48 個(gè)縣（市）域在基本情景和不同休耕情景下的淺層地下水位年均變化速度 167
圖6．5 10 個(gè)冬小麥休耕季（a）、10 個(gè)冬小麥非休耕季（b）、10 個(gè)冬小麥休耕季后的夏玉米季（c）、10 個(gè)冬小麥非休耕季后的夏玉米季（d）的作物根系帶2 m 土體的水均衡 168
圖6．6 模擬分析時(shí)段內(nèi)研究區(qū)在基本情景和休耕情景下作物根系帶2 m土體的水均衡動(dòng)態(tài) 170
圖6．7 研究區(qū)所涉及的各子流域在隔年休耕情景下10 個(gè)非休耕季的冬小麥平均產(chǎn)量 172
圖6．8 研究區(qū)所涉及的各縣（市）域在隔年休耕情景下10 個(gè)非休耕季的冬小麥平均產(chǎn)量 173
圖6．9 模擬分析時(shí)段內(nèi)研究區(qū)在基本情景和休耕情景下相應(yīng)于不同降水水平的冬小麥和夏玉米的平均產(chǎn)量 174
圖6．10 模擬分析時(shí)段內(nèi)冬小麥季不同休耕模式下研究區(qū)所涉及的各子流域中夏玉米的雨養(yǎng)與現(xiàn)狀灌溉制度相比的年均減產(chǎn)量 175
圖6．11 模擬分析時(shí)段內(nèi)冬小麥季不同休耕模式下研究區(qū)所涉及的各縣（市）域中夏玉米的雨養(yǎng)與現(xiàn)狀灌溉制度相比的年均減產(chǎn)量 176
圖6．12 研究區(qū)所涉及的各子流域在冬小麥季隔年休耕情景下20 年內(nèi)夏玉米的平均產(chǎn)量 177
圖6．13 研究區(qū)所涉及的各縣（市）域在冬小麥季隔年休耕情景下20 年內(nèi)夏玉米的平均產(chǎn)量 178
圖6．14 大清河淀西平原所涉及的10 個(gè)子流域在研究區(qū)內(nèi)不同休耕情景下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的6 個(gè)評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果 182
圖6．15 子牙河平原所涉及的12 個(gè)子流域在研究區(qū)內(nèi)不同休耕情景下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的6 個(gè)評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果 184
圖6．16 研究區(qū)所涉及的22 個(gè)子流域在不同休耕情景下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的4 個(gè)評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果 185
圖6．17 在不同休耕情景下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的9 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)尺度的計(jì)算結(jié)果 186
圖6．18 以淺層地下水實(shí)現(xiàn)“采補(bǔ)平衡”且水分生產(chǎn)力和能源生產(chǎn)力均較現(xiàn)狀模式有所提高為約束、以冬小麥年均產(chǎn)量*高為目標(biāo)而優(yōu)化的休耕模式在研究區(qū)所涉及的子流域尺度上的空間分布 201
圖6．19 以淺層地下水實(shí)現(xiàn)“采補(bǔ)平衡”且水分生產(chǎn)力和能源生產(chǎn)力均較現(xiàn)狀模式有所提高為約束、以冬小麥年均產(chǎn)量*高為目標(biāo)而優(yōu)化的休耕模式在研究區(qū)所涉及的保定地區(qū)縣（市）域尺度上的空間分布 202
圖6．20 在研究區(qū)所涉及的保定地區(qū)優(yōu)化的不同休耕模式的井灌耕地面積比例及在各縣（市）域的地下水壓采量、冬小麥減產(chǎn)量和節(jié)省的能源消耗成本 204
圖6．21 以淺層地下水實(shí)現(xiàn)“采補(bǔ)平衡”且水分生產(chǎn)力和能源生產(chǎn)力均較現(xiàn)狀模式有所提高為約束、以冬小麥年均產(chǎn)量*高為目標(biāo)而優(yōu)化的休耕模式在研究區(qū)所涉及的石家莊地區(qū)縣（市）域尺度上的空間分布 205
圖6．22 在研究區(qū)所涉及的石家莊地區(qū)優(yōu)化的不同休耕模式的井灌耕地面積比例及在各縣（市）域的地下水壓采量、冬小麥減產(chǎn)量和節(jié)省的能源消耗成本 206
圖6．23 以淺層地下水實(shí)現(xiàn)“采補(bǔ)平衡”且水分生產(chǎn)力和能源生產(chǎn)力均較現(xiàn)狀模式有所提高為約束、以冬小麥年均產(chǎn)量*高為目標(biāo)而優(yōu)化的休耕模式在研究區(qū)所涉及的邢臺(tái)地區(qū)縣（市）域尺度上的空間分布 207
圖6．24 在研究區(qū)所涉及的邢臺(tái)地區(qū)優(yōu)化的不同休耕模式的井灌耕地面積比例及在各縣（市）域的地下水壓采量、冬小麥減產(chǎn)量和節(jié)省的能源消耗成本 208
圖6．25 以淺層地下水實(shí)現(xiàn)“采補(bǔ)平衡”且水分生產(chǎn)力和能源生產(chǎn)力均較現(xiàn)狀模式有所提高為約束、以冬小麥年均產(chǎn)量*高為目標(biāo)而優(yōu)化的休耕模式在研究區(qū)所涉及的邯鄲地區(qū)縣（市）域尺度上的空間分布 209
圖6．26 在研究區(qū)所涉及的邯鄲地區(qū)優(yōu)化的不同休耕模式的井灌耕地面積比例及在各縣（市）域的地下水壓采量、冬小麥減產(chǎn)量和節(jié)省的能源消耗成本 210
表目錄
表2．1 河北省太行山山前平原不同時(shí)期土地利用類型表 23
表2．2 河北省太行山山前平原不同時(shí)期土地利用類型變化表 23
表2．3 SWAT 模型中地下水模塊參數(shù)初始化的方法、數(shù)據(jù)來源、空間尺度和初值范圍 34
表2．4 模型構(gòu)建中所用的自然地理信息和氣象及農(nóng)業(yè)管理措施數(shù)據(jù) 35
表2．5 0-1 規(guī)劃的變量設(shè)置 41
表2．6 冬小麥季休耕模式下“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的評(píng)估指標(biāo) 46
表3．1 以淺層地下水埋深為目標(biāo)率定的參數(shù)在研究區(qū)所涉及的兩個(gè)水資源三級(jí)區(qū)的變化范圍和*優(yōu)值 54
表3．2 研究區(qū)淺層地下水均衡項(xiàng)的模擬結(jié)果與地下水資源評(píng)價(jià)結(jié)果的對(duì)比 63
表4．1 1993 ～ 2012 年在不同降水水平下冬小麥生育期內(nèi)淺層地下水均衡項(xiàng)及地下水埋深變化 70
表4．2 1993 ～ 2012 年在不同降水水平下夏玉米生育期內(nèi)淺層地下水均衡項(xiàng)及地下水埋深變化 70
表4．3 冬小麥生育期和夏玉米生育期及自然年在不同降水水平下研究區(qū)所涉及的各縣（市）域淺層含水層儲(chǔ)水量變化 79
表5．1 冬小麥生育期限水灌溉方案的情景設(shè)置 91
表5．2 在基本情景和冬小麥生育期三種限水灌溉情景下水管理響應(yīng)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果 106
表5．3 研究區(qū)在冬小麥生育期不同降水水平下三種限水灌溉情景中的產(chǎn)量、耗水量和水分生產(chǎn)力的模擬結(jié)果及其相對(duì)于基本情景的變化 109
表5．4 在研究區(qū)所涉及的水資源三級(jí)區(qū)尺度上冬小麥生育期三種限水灌溉方案對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響 114
表5．5 在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上冬小麥生育期“春澆兩水”方案對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響 115
表5．6 在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上冬小麥生育期“春澆一水”方案對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響 118
表5．7 在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上冬小麥生育期“雨養(yǎng)”方案對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響 121
表5．8 本節(jié)所用0？1 規(guī)劃的變量設(shè)置 124
表5．9 淺層地下水位基本保持平穩(wěn)的約束下而優(yōu)化的冬小麥生育期灌溉模式對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響在研究區(qū)所涉及的水資源三級(jí)區(qū)尺度上的計(jì)算結(jié)果 132
表5．10 淺層地下水位基本保持平穩(wěn)的約束下而優(yōu)化的冬小麥生育期灌溉模式對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 133
表5．11 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度的約束下而優(yōu)化的冬小麥生育期灌溉模式對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響在研究區(qū)所涉及的水資源三級(jí)區(qū)尺度上的計(jì)算結(jié)果 149
表5．12 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于30% 約束而優(yōu)化的冬小麥生育期灌溉模式對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 150
表5．13 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于20% 約束而優(yōu)化的冬小麥生育期灌溉模式對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 153
表6．1 模擬分析時(shí)段內(nèi)研究區(qū)在不同休耕模式下冬小麥非休耕季的產(chǎn)量及其變化 171
表6．2 模擬分析時(shí)段內(nèi)研究區(qū)在不同休耕模式下的夏玉米產(chǎn)量及其變化 179
表6．3 不同休耕情景下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的7 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)所涉及的水資源三級(jí)區(qū)尺度上的計(jì)算結(jié)果 187
表6．4 情景F1 下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的7 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 187
表6．5 情景F2 下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的7 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 189
表6．6 情景F3 下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的7 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 191
表6．7 情景F4 下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的7 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 193
表6．8 情景F5 下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的7 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 195
表6．9 情景F6 下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的7 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 197
附表 研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上優(yōu)化的灌溉模式和優(yōu)化的休耕模式 232
章 緒論 1
1．1 研究背景和意義 2
1．2 研究進(jìn)展概述 5
1．2．1 分布式水文模型SWAT 的相關(guān)應(yīng)用研究進(jìn)展概述 6
1．2．2 限水灌溉和農(nóng)田休耕的相關(guān)應(yīng)用研究進(jìn)展概述 8
1．2．3 小結(jié) 11
1．3 研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線 12
1．3．1 研究目標(biāo) 12
1．3．2 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線 12
第2章 材料與方法 19
2．1 研究區(qū)概況 20
2．1．1 行政區(qū)劃 20
2．1．2 農(nóng)業(yè)氣候 20
2．1．3 耕地資源與利用 22
2．1．4 水文水資源 26
2．2 SWAT 模型 27
2．2．1 SWAT 模型地下水模塊的改進(jìn) 27
2．2．2 SWAT 模型地下水模塊參數(shù)的初始化 31
2．2．3 SWAT 模型的輸入與構(gòu)建 35
2．2．4 參數(shù)率定與模型驗(yàn)證方法 38
2．3 限水灌溉模式的情景設(shè)置及優(yōu)化方法 39
2．3．1 基于模擬試驗(yàn)的限水灌溉模式的情景設(shè)置思路 39
2．3．2 限水灌溉模式的優(yōu)化方法 40
2．4 休耕模式的情景設(shè)置和“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的評(píng)估指標(biāo)及優(yōu)化方法 42
2．4．1 休耕模式的情景設(shè)置思路 42
2．4．2 休耕模式下“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的評(píng)估指標(biāo) 43
2．4．3 休耕模式的優(yōu)化方法 50
第3章 參數(shù)的率定與模型的驗(yàn)證 53
3．1 地下水模塊參數(shù)的率定結(jié)果 54
3．2 以淺層地下水埋深為目標(biāo)的率定和驗(yàn)證結(jié)果 57
3．3 淺層地下水均衡的驗(yàn)證結(jié)果 62
3．4 農(nóng)田蒸散和作物產(chǎn)量的驗(yàn)證結(jié)果 63
3．5 小結(jié) 64
第4章 現(xiàn)狀灌溉情景的模擬分析與評(píng)估 67
4．1 淺層地下水的時(shí)間變化特征 68
4．1．1 淺層地下水埋深的時(shí)間變化特征 68
4．1．2 淺層含水層儲(chǔ)水量的時(shí)間變化特征 73
4．2 淺層地下水的空間變化特征 74
4．2．1 淺層地下水埋深的空間變化特征 74
4．2．2 淺層含水層儲(chǔ)水量的空間變化特征 78
4．3 淺層地下水資源利用的可持續(xù)性 81
4．4 小結(jié) 83
第5章 限水灌溉情景的模擬分析與評(píng)估 85
5．1 模擬試驗(yàn)結(jié)果 86
5．1．1 冬小麥優(yōu)先灌溉的生育階段排序 86
5．1．2 冬小麥生育期不同灌水次數(shù)下的模擬試驗(yàn)結(jié)果 89
5．2 模擬情景分析 90
5．2．1 淺層含水層儲(chǔ)水量和淺層地下水埋深 91
5．2．2 土壤水均衡和水管理響應(yīng)指標(biāo) 103
5．2．3 作物產(chǎn)量和作物水分生產(chǎn)力 107
5．2．4 淺層地下水壓采與農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng) 113
5．3 冬小麥生育期灌溉模式的優(yōu)化 124
5．3．1 考慮淺層地下水位基本保持平穩(wěn)下優(yōu)化的灌溉模式 124
5．3．2 考慮冬小麥可容許減產(chǎn)幅度下優(yōu)化的灌溉模式 136
5．4 淺層地下水涵養(yǎng)與作物生產(chǎn)的權(quán)衡 156
5．5 小結(jié) 158
第6章 休耕情景的模擬分析與評(píng)估 161
6．1 休耕模式的情景設(shè)置 162
6．2 休耕模式的情景模擬與分析 162
6．2．1 淺層含水層儲(chǔ)水量動(dòng)態(tài)和淺層地下水位變化 162
6．2．2 土壤水均衡 167
6．2．3 作物產(chǎn)量 169
6．3 不同休耕模式下“水-糧食-能源”的關(guān)聯(lián)性 179
6．4 考慮“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的休耕模式優(yōu)化 199
6．5 小結(jié) 211
第7章 結(jié)論與討論 215
7．1 主要結(jié)論 216
7．2 討論 219
7．2．1 研究工作的特色 219
7．2．2 研究工作的局限性 221
參考文獻(xiàn) 223
附錄 231
致謝 241
圖目錄
圖1．1 SWAT 模型構(gòu)建及參數(shù)率定與模型驗(yàn)證的技術(shù)路線圖 13
圖1．2 現(xiàn)狀灌溉情景模擬分析與評(píng)估的技術(shù)路線圖 14
圖1．3 限水灌溉情景模擬分析與評(píng)估的技術(shù)路線圖 16
圖1．4 休耕情景模擬分析與評(píng)估的技術(shù)路線圖 17
圖2．1 河北省太行山山前平原的行政區(qū)劃 21
圖2．2 河北省太行山山前平原1993 ～ 2012 年在冬小麥和夏玉米的生育期及自然年內(nèi)的平均降水量的空間分布 22
圖2．3 河北省太行山山前平原1990 年、1995 年、2000 年、2005 年和2010 年的土地利用類型圖 23
圖2．4 河北省太行山山前平原1995 年、2000 年、2005 年和2010 年的主要農(nóng)作物播種面積占農(nóng)作物總播種面積的比例分布圖 24
圖2．5 河北省太行山山前平原1980 年（a）和2005 年（b）的耕地資源利用圖 25
圖2．6 京津以南河北平原淺層地下水一般超采區(qū)和嚴(yán)重超采區(qū)的空間范圍 26
圖2．7 SWAT 模型中地下水模塊改進(jìn)和模型構(gòu)建及率定與驗(yàn)證過程示意圖 30
圖2．8 SWAT 模擬中的子流域和水文響應(yīng)單元的空間位置及模型構(gòu)建、率定和驗(yàn)證所用的多源數(shù)據(jù) 37
圖3．1 淺層含水層給水度的初值和率定后的上下限及*優(yōu)值在水文響應(yīng)單元尺度的空間分布 56
圖3．2 研究區(qū)所涉及的子流域中淺層地下水埋深在率定期（a）和驗(yàn)證期（b）的模擬值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比 57
圖3．3 研究區(qū)所涉及的22 個(gè)子流域以淺層地下水埋深為目標(biāo)在率定期和驗(yàn)證期的統(tǒng)計(jì)指標(biāo) 59
圖3．4 研究區(qū)所涉及的22 個(gè)子流域以淺層地下水埋深為目標(biāo)的率定結(jié)果 60
圖3．5 研究區(qū)所涉及的22 個(gè)子流域以淺層地下水埋深為目標(biāo)的驗(yàn)證結(jié)果 61
圖目錄
圖3．6 以淺層地下水埋深為目標(biāo)對(duì)參數(shù)率定前（模擬值a）后（模擬值b）模型模擬的蒸散量及冬小麥和夏玉米產(chǎn)量與相應(yīng)的實(shí)測(cè)值的對(duì)比 63
圖4．1 研究區(qū)1993 ～ 2012 年土壤水均衡項(xiàng)和地下水均衡項(xiàng)及淺層地下水埋深變化的模擬結(jié)果 68
圖4．2 典型水文響應(yīng)單元內(nèi)冬小麥生育期在平水期（a）、枯水期（b）和特枯水期（c）的土壤水均衡項(xiàng)與淺層地下水埋深的變化 72
圖4．3 典型水文響應(yīng)單元內(nèi)夏玉米生育期在平水期（a）、枯水期（b）和特枯水期（c）的土壤水均衡項(xiàng)與淺層地下水埋深的變化 73
圖4．4 冬小麥生育期（a）、夏玉米生育期（b）和自然年（c）在不同降水水平下淺層含水層儲(chǔ)水量的變化 74
圖4．5 淺層地下水位年均下降速度的模擬值在研究區(qū)所涉及的子流域尺度（a）和縣（市）域尺度（b）的空間分布 75
圖4．6 1992 年、1997 年、2002 年、2007 年和2012 年淺層地下水埋深模擬值在研究區(qū)所涉及的22 個(gè)子流域的空間分布 76
圖4．7 1992 年、1997 年、2002 年、2007 年和2012 年淺層地下水埋深模擬值在研究區(qū)所涉及的48 個(gè)縣（市）域的空間分布 77
圖4．8 1993 ～ 2012 年淺層地下水埋深特定變化范圍內(nèi)井灌耕地面積不同比例時(shí)的淺層含水層儲(chǔ)水量變化 78
圖4．9 研究區(qū)所涉及的各子流域離差標(biāo)準(zhǔn)化的CGWP1（a）和CGWP2（b）的空間分布 82
圖4．10 研究區(qū)所涉及的各縣（市）域離差標(biāo)準(zhǔn)化的CGWP1（a）和CGWP2（b）的空間分布 83
圖5．1 在冬小麥不同生育階段分別灌溉一次的處理下作物產(chǎn)量、淺層地下水位變化和作物地下水生產(chǎn)力的模擬試驗(yàn)結(jié)果 88
圖5．2 在冬小麥生育期內(nèi)不同灌水次數(shù)的灌溉處理下作物產(chǎn)量、淺層地下水位變化和作物地下水生產(chǎn)力的模擬試驗(yàn)結(jié)果 90
圖5．3 研究區(qū)在基本情景和冬小麥限水灌溉情景下模擬分析時(shí)段內(nèi)土壤水均衡項(xiàng)和淺層地下水均衡項(xiàng)及淺層地下水埋深的動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果 94
圖5．4 研究區(qū)在基本情景和冬小麥生育期三種限水灌溉情景中不同降水水平下冬小麥生育期、夏玉米生育期和自然年內(nèi)的淺層地下水均衡的模擬結(jié)果 95
圖5．5 研究區(qū)所涉及的各子流域在基本情景和冬小麥生育期三種限水灌溉情景下淺層地下水位變化的模擬結(jié)果 96
圖5．6 研究區(qū)所涉及的各縣（市）域在基本情景和冬小麥生育期三種限水灌溉情景下淺層地下水位變化的模擬結(jié)果 97
圖5．7 在基本情景、冬小麥生育期“春澆兩水”和“春澆一水”的不同比例時(shí)的淺層含水層儲(chǔ)水量變化 99
圖5．8 對(duì)參數(shù)GW_DELAY 擾動(dòng)-50% 前后模擬的淺層地下水位變化和淺層含水層儲(chǔ)水量變化的相對(duì)誤差在不同時(shí)間尺度上的分布 102
圖5．9 研究區(qū)在基本情景和三種限水灌溉情景下冬小麥生育期、夏玉米生育期和自然年內(nèi)的土壤水均衡 104
圖5．10 研究區(qū)在基本情景和三種限水灌溉情景下當(dāng)作物生育期不同降水水平時(shí)冬小麥和夏玉米的產(chǎn)量及生育期內(nèi)農(nóng)田耗水量和水分生產(chǎn)力的模擬結(jié)果 108
圖5．11 研究區(qū)所涉及的各子流域在三種限水灌溉情景下冬小麥產(chǎn)量與其在基本情景下相比的變化 110
圖5．12 研究區(qū)所涉及的各縣（市）域在三種限水灌溉情景下冬小麥產(chǎn)量與其在基本情景下相比的變化 110
圖5．13 研究區(qū)所涉及的各子流域在三種限水灌溉情景下冬小麥生育期內(nèi)農(nóng)田耗水量與其在基本情景下相比的變化 111
圖5．14 研究區(qū)所涉及的各縣（市）域在三種限水灌溉情景下冬小麥生育期內(nèi)農(nóng)田耗水量與其在基本情景下相比的變化 111
圖5．15 研究區(qū)所涉及的各子流域在三種限水灌溉情景下冬小麥的水分生產(chǎn)力與其在基本情景下相比的變化 112
圖5．16 研究區(qū)所涉及的各縣（市）域在三種限水灌溉情景下冬小麥的水分生產(chǎn)力與其在基本情景下相比的變化 112
圖5．17 基于淺層地下水位基本保持平穩(wěn)約束下優(yōu)化的研究區(qū)所涉及的各子流域內(nèi)冬小麥生育期的灌溉模式和子流域尺度冬小麥平均減產(chǎn)率的空間分布 126
圖5．18 基于淺層地下水位基本保持平穩(wěn)約束下優(yōu)化的保定地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和冬小麥平均減產(chǎn)率的空間分布 127
圖5．19 基于淺層地下水位基本保持平穩(wěn)約束下優(yōu)化的石家莊地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和冬小麥平均減產(chǎn)率的空間分布 129
圖5．20 基于淺層地下水位基本保持平穩(wěn)約束下優(yōu)化的邢臺(tái)地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和冬小麥平均減產(chǎn)率的空間分布 130
圖5．21 基于淺層地下水位基本保持平穩(wěn)約束下優(yōu)化的邯鄲地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和冬小麥平均減產(chǎn)率的空間分布 131
圖5．22 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于30% 約束下優(yōu)化的研究區(qū)所涉層地下水位變化的空間分布 138
圖5．23 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于20% 約束下優(yōu)化的研究區(qū)所涉及的各子流域內(nèi)冬小麥生育期的灌溉模式和子流域尺度淺層地下水位變化的空間分布 139
圖5．24 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于30% 約束下優(yōu)化的保定地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 140
圖5．25 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于30% 約束下優(yōu)化的石家莊地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 141
圖5．26 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于30% 約束下優(yōu)化的邢臺(tái)地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 142
圖5．27 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于30% 約束下優(yōu)化的邯鄲地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 143
圖5．28 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于20% 約束下優(yōu)化的保定地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 145
圖5．29 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于20% 約束下優(yōu)化的石家莊地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 146
圖5．30 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于20% 約束下優(yōu)化的邢臺(tái)地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 147
圖5．31 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于20% 約束下優(yōu)化的邯鄲地區(qū)在研究區(qū)內(nèi)的各縣（市）域冬小麥生育期的灌溉模式和淺層地下水位變化的空間分布 148
圖5．32 冬小麥生育期的三種限水灌溉方案和三種優(yōu)化灌溉模式下淺層地下水涵養(yǎng)與作物生產(chǎn)之間的權(quán)衡 157
圖6．1 基本情景和所設(shè)計(jì)的冬小麥季六種休耕情景在模擬分析時(shí)段內(nèi)的種植和灌溉的方案 163
圖6．2 模擬分析時(shí)段內(nèi)研究區(qū)的基本情景和不同休耕情景下淺層含水層的平均儲(chǔ)水量在冬小麥和夏玉米生育期內(nèi)的變化 165
圖6．3 研究區(qū)所涉及的22 個(gè)子流域在基本情景和不同休耕情景下的淺層地下水位年均變化速度 166
圖6．4 研究區(qū)所涉及的48 個(gè)縣（市）域在基本情景和不同休耕情景下的淺層地下水位年均變化速度 167
圖6．5 10 個(gè)冬小麥休耕季（a）、10 個(gè)冬小麥非休耕季（b）、10 個(gè)冬小麥休耕季后的夏玉米季（c）、10 個(gè)冬小麥非休耕季后的夏玉米季（d）的作物根系帶2 m 土體的水均衡 168
圖6．6 模擬分析時(shí)段內(nèi)研究區(qū)在基本情景和休耕情景下作物根系帶2 m土體的水均衡動(dòng)態(tài) 170
圖6．7 研究區(qū)所涉及的各子流域在隔年休耕情景下10 個(gè)非休耕季的冬小麥平均產(chǎn)量 172
圖6．8 研究區(qū)所涉及的各縣（市）域在隔年休耕情景下10 個(gè)非休耕季的冬小麥平均產(chǎn)量 173
圖6．9 模擬分析時(shí)段內(nèi)研究區(qū)在基本情景和休耕情景下相應(yīng)于不同降水水平的冬小麥和夏玉米的平均產(chǎn)量 174
圖6．10 模擬分析時(shí)段內(nèi)冬小麥季不同休耕模式下研究區(qū)所涉及的各子流域中夏玉米的雨養(yǎng)與現(xiàn)狀灌溉制度相比的年均減產(chǎn)量 175
圖6．11 模擬分析時(shí)段內(nèi)冬小麥季不同休耕模式下研究區(qū)所涉及的各縣（市）域中夏玉米的雨養(yǎng)與現(xiàn)狀灌溉制度相比的年均減產(chǎn)量 176
圖6．12 研究區(qū)所涉及的各子流域在冬小麥季隔年休耕情景下20 年內(nèi)夏玉米的平均產(chǎn)量 177
圖6．13 研究區(qū)所涉及的各縣（市）域在冬小麥季隔年休耕情景下20 年內(nèi)夏玉米的平均產(chǎn)量 178
圖6．14 大清河淀西平原所涉及的10 個(gè)子流域在研究區(qū)內(nèi)不同休耕情景下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的6 個(gè)評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果 182
圖6．15 子牙河平原所涉及的12 個(gè)子流域在研究區(qū)內(nèi)不同休耕情景下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的6 個(gè)評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果 184
圖6．16 研究區(qū)所涉及的22 個(gè)子流域在不同休耕情景下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的4 個(gè)評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果 185
圖6．17 在不同休耕情景下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的9 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)尺度的計(jì)算結(jié)果 186
圖6．18 以淺層地下水實(shí)現(xiàn)“采補(bǔ)平衡”且水分生產(chǎn)力和能源生產(chǎn)力均較現(xiàn)狀模式有所提高為約束、以冬小麥年均產(chǎn)量*高為目標(biāo)而優(yōu)化的休耕模式在研究區(qū)所涉及的子流域尺度上的空間分布 201
圖6．19 以淺層地下水實(shí)現(xiàn)“采補(bǔ)平衡”且水分生產(chǎn)力和能源生產(chǎn)力均較現(xiàn)狀模式有所提高為約束、以冬小麥年均產(chǎn)量*高為目標(biāo)而優(yōu)化的休耕模式在研究區(qū)所涉及的保定地區(qū)縣（市）域尺度上的空間分布 202
圖6．20 在研究區(qū)所涉及的保定地區(qū)優(yōu)化的不同休耕模式的井灌耕地面積比例及在各縣（市）域的地下水壓采量、冬小麥減產(chǎn)量和節(jié)省的能源消耗成本 204
圖6．21 以淺層地下水實(shí)現(xiàn)“采補(bǔ)平衡”且水分生產(chǎn)力和能源生產(chǎn)力均較現(xiàn)狀模式有所提高為約束、以冬小麥年均產(chǎn)量*高為目標(biāo)而優(yōu)化的休耕模式在研究區(qū)所涉及的石家莊地區(qū)縣（市）域尺度上的空間分布 205
圖6．22 在研究區(qū)所涉及的石家莊地區(qū)優(yōu)化的不同休耕模式的井灌耕地面積比例及在各縣（市）域的地下水壓采量、冬小麥減產(chǎn)量和節(jié)省的能源消耗成本 206
圖6．23 以淺層地下水實(shí)現(xiàn)“采補(bǔ)平衡”且水分生產(chǎn)力和能源生產(chǎn)力均較現(xiàn)狀模式有所提高為約束、以冬小麥年均產(chǎn)量*高為目標(biāo)而優(yōu)化的休耕模式在研究區(qū)所涉及的邢臺(tái)地區(qū)縣（市）域尺度上的空間分布 207
圖6．24 在研究區(qū)所涉及的邢臺(tái)地區(qū)優(yōu)化的不同休耕模式的井灌耕地面積比例及在各縣（市）域的地下水壓采量、冬小麥減產(chǎn)量和節(jié)省的能源消耗成本 208
圖6．25 以淺層地下水實(shí)現(xiàn)“采補(bǔ)平衡”且水分生產(chǎn)力和能源生產(chǎn)力均較現(xiàn)狀模式有所提高為約束、以冬小麥年均產(chǎn)量*高為目標(biāo)而優(yōu)化的休耕模式在研究區(qū)所涉及的邯鄲地區(qū)縣（市）域尺度上的空間分布 209
圖6．26 在研究區(qū)所涉及的邯鄲地區(qū)優(yōu)化的不同休耕模式的井灌耕地面積比例及在各縣（市）域的地下水壓采量、冬小麥減產(chǎn)量和節(jié)省的能源消耗成本 210
表目錄
表2．1 河北省太行山山前平原不同時(shí)期土地利用類型表 23
表2．2 河北省太行山山前平原不同時(shí)期土地利用類型變化表 23
表2．3 SWAT 模型中地下水模塊參數(shù)初始化的方法、數(shù)據(jù)來源、空間尺度和初值范圍 34
表2．4 模型構(gòu)建中所用的自然地理信息和氣象及農(nóng)業(yè)管理措施數(shù)據(jù) 35
表2．5 0-1 規(guī)劃的變量設(shè)置 41
表2．6 冬小麥季休耕模式下“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的評(píng)估指標(biāo) 46
表3．1 以淺層地下水埋深為目標(biāo)率定的參數(shù)在研究區(qū)所涉及的兩個(gè)水資源三級(jí)區(qū)的變化范圍和*優(yōu)值 54
表3．2 研究區(qū)淺層地下水均衡項(xiàng)的模擬結(jié)果與地下水資源評(píng)價(jià)結(jié)果的對(duì)比 63
表4．1 1993 ～ 2012 年在不同降水水平下冬小麥生育期內(nèi)淺層地下水均衡項(xiàng)及地下水埋深變化 70
表4．2 1993 ～ 2012 年在不同降水水平下夏玉米生育期內(nèi)淺層地下水均衡項(xiàng)及地下水埋深變化 70
表4．3 冬小麥生育期和夏玉米生育期及自然年在不同降水水平下研究區(qū)所涉及的各縣（市）域淺層含水層儲(chǔ)水量變化 79
表5．1 冬小麥生育期限水灌溉方案的情景設(shè)置 91
表5．2 在基本情景和冬小麥生育期三種限水灌溉情景下水管理響應(yīng)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果 106
表5．3 研究區(qū)在冬小麥生育期不同降水水平下三種限水灌溉情景中的產(chǎn)量、耗水量和水分生產(chǎn)力的模擬結(jié)果及其相對(duì)于基本情景的變化 109
表5．4 在研究區(qū)所涉及的水資源三級(jí)區(qū)尺度上冬小麥生育期三種限水灌溉方案對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響 114
表5．5 在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上冬小麥生育期“春澆兩水”方案對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響 115
表5．6 在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上冬小麥生育期“春澆一水”方案對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響 118
表5．7 在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上冬小麥生育期“雨養(yǎng)”方案對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響 121
表5．8 本節(jié)所用0？1 規(guī)劃的變量設(shè)置 124
表5．9 淺層地下水位基本保持平穩(wěn)的約束下而優(yōu)化的冬小麥生育期灌溉模式對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響在研究區(qū)所涉及的水資源三級(jí)區(qū)尺度上的計(jì)算結(jié)果 132
表5．10 淺層地下水位基本保持平穩(wěn)的約束下而優(yōu)化的冬小麥生育期灌溉模式對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 133
表5．11 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度的約束下而優(yōu)化的冬小麥生育期灌溉模式對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響在研究區(qū)所涉及的水資源三級(jí)區(qū)尺度上的計(jì)算結(jié)果 149
表5．12 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于30% 約束而優(yōu)化的冬小麥生育期灌溉模式對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 150
表5．13 考慮冬小麥減產(chǎn)幅度不大于20% 約束而優(yōu)化的冬小麥生育期灌溉模式對(duì)淺層地下水壓采和農(nóng)田節(jié)水的效應(yīng)及其對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力的影響在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 153
表6．1 模擬分析時(shí)段內(nèi)研究區(qū)在不同休耕模式下冬小麥非休耕季的產(chǎn)量及其變化 171
表6．2 模擬分析時(shí)段內(nèi)研究區(qū)在不同休耕模式下的夏玉米產(chǎn)量及其變化 179
表6．3 不同休耕情景下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的7 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)所涉及的水資源三級(jí)區(qū)尺度上的計(jì)算結(jié)果 187
表6．4 情景F1 下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的7 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 187
表6．5 情景F2 下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的7 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 189
表6．6 情景F3 下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的7 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 191
表6．7 情景F4 下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的7 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 193
表6．8 情景F5 下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的7 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 195
表6．9 情景F6 下表征“水-糧食-能源”關(guān)聯(lián)性的7 個(gè)評(píng)估指標(biāo)在研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上的計(jì)算結(jié)果 197
附表 研究區(qū)所涉及的縣（市）域尺度上優(yōu)化的灌溉模式和優(yōu)化的休耕模式 232
展開全部
海河流域井灌區(qū)在現(xiàn)狀和限水灌溉及休耕模式下淺層地下水動(dòng)態(tài)與糧食產(chǎn)量變化的模擬研究--以河北省太行山山前平原為例(精) 作者簡(jiǎn)介
任理，1959年6月生于北京，工學(xué)博士，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院土壤和水科學(xué)系教授，博士生導(dǎo)師。曾受聘：中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所客座研究員（2002—2005年）；中國(guó)科學(xué)院計(jì)算數(shù)學(xué)與科學(xué)工程計(jì)算研究所科學(xué)與工程計(jì)算國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室客座研究員（2002—2004年）；中國(guó)科學(xué)院陸地水循環(huán)及地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室水文水資源研究方向客座研究員（2004—2007年）。曾受邀擔(dān)任：中國(guó)土壤學(xué)會(huì)土壤物理專業(yè)委員會(huì)副主任；國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)地球科學(xué)部與中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)部“中國(guó)地下水科學(xué)戰(zhàn)略研究小組”成員。現(xiàn)受邀擔(dān)任：中國(guó)水利學(xué)會(huì)水資源專業(yè)委員會(huì)委員；中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)環(huán)境地質(zhì)專業(yè)委員會(huì)委員；中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)水文地質(zhì)專業(yè)委員會(huì)委員；中國(guó)自然資源學(xué)會(huì)水資源專業(yè)委員會(huì)委員。目前受聘兼任：南方科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院訪問教授；中國(guó)科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室客座研究員。多年擔(dān)任《水利學(xué)報(bào)》和《水文地質(zhì)工程地質(zhì)》編委。研究領(lǐng)域：土壤物理學(xué)、農(nóng)業(yè)水文學(xué)。近年來的主要研究方向：農(nóng)業(yè)水土資源環(huán)境可持續(xù)利用的模擬與評(píng)估。為本科生和研究生講授的課程有：地下水流數(shù)值模擬、土壤水動(dòng)力學(xué)、土壤物理、土壤溶質(zhì)運(yùn)移。具體指導(dǎo)并獲得學(xué)位的碩士生29名、博士生17名。此外，獨(dú)立指導(dǎo)已于2006年出站的印度博士后1名。曾獲：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)本科教學(xué)很好獎(jiǎng)勵(lì)（1998年）；中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)很好碩士論文指導(dǎo)教師（2002年）；中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)很好博士論文指導(dǎo)教師（2004年和2006年）。所指導(dǎo)的博士學(xué)位論文曾入選“全國(guó)很好博士學(xué)位論文提名論文”（2008年）。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文近100篇，出版學(xué)術(shù)專著1部。
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