华北滹滏平原地下水位下降与灌溉农业关系

针对华北粮蔬主产区滹滏平原浅层地下水位不断下降成因问题,基于大量实测资料和相关分析方法与MapGIS技术,通过对近50年来区内地下水位、粮蔬播种强度、有效灌溉面积变化特征和降水量、气温变化下地下水位下降对粮蔬播种强度响应机制研究,结果表明:1980年前粮蔬播种强度每增加0.01或夏粮和蔬菜播种面积每增加1万hm2,研究区地下水位下降幅度为0.36 m或0.43 m;1980年以来随粮蔬播种强度增大,地下水位下降幅度明显增大,粮蔬播种强度每增加0.01或夏粮和蔬菜播种面积每增加1万hm2,地下水位降幅分别达0.69 m和1.15 m。不仅与因播种强度增大导致农业开采量增加有关,而且还与1980年以来降水量不断减少密切相关。降水量减少100 mm,区内农业开采量增加35.7 mm。

基于STME模型和MODIS数据的滹滏平原实际蒸散量遥感估算

滹滏平原光、热及土壤资源优越,是华北平原重要的粮食生产基地,灌溉是该区农业获得稳产高产的重要保障,持续抽取地下水和无节制利用地表水已经引起了严重的水资源危机,合理高效利用有限水资源进行农业生产势在必行。本文利用单源梯形遥感蒸散发模型(a single-source trapezoid model for evapotranspiration,STME)和中等分辨率成像光谱仪MODIS(2011—2012年共115期)地表温度和反射率产品估算区域地表土壤缺水状况及实际蒸散量,并利用中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称"栾城站")和赵县梨园涡度相关系统地表水热通量的观测值对STME模型估算结果进行验证。结果表明该模型可以很好地估算区域蒸散量,误差在可接受范围内。赵县梨园净辐射Rn的观测平均值为4.10 mm,估算平均值为4.69 mm,均方根差RMSD为0.80 mm;赵县梨园蒸散量观测平均值为2.86 mm,估算平均值为3.01 mm,均方根差RMSD为0.95 mm;栾城站蒸散量的观测平均值为2.67 mm,估算平均值为2.44 mm,均方根差RMSD为0.87 mm。将STME模型应用到滹滏平原估算日蒸散量,明确了区域尺度蒸散发的时空变化特征:10月份果园生态系统蒸散量多于农田生态系统;11月份区域蒸散量整体小于1 mm;第2年春季小麦返青、拔节期,农田生态系统蒸散量多于果园生态系统蒸散量;5月份处于植被生长旺盛期,农田和果园生态系统的蒸散量相差不大;6月份小麦收获,玉米播种,农田生态系统蒸散量少于果园生态系统;7月份整个区域蒸散量达到最大,蒸散量不仅与植被长势相关,而且与土壤湿度相关;8、9月份随着植被的成熟和收获,区域蒸散量整体变小。不同时期区域水分亏缺指数不同,可根据其指导区域灌溉量。STME模型继承了基于数理计算确定梯形顶点的方法和水分亏缺指数,使得计算过程得以简化且物理机制明确。

滹滏平原漏斗区地下水溶解性总固体演变特征研究

为揭示滹滏平原漏斗核心区地下水溶解性总固体(TDS)增大对水位下降的响应特征以及驱动TDS增大的主要化学组分,应用地学数理统计分析、时间序列异变分析和GIS空间特征分析技术,分析了近50年(19722017)研究区地下水水位埋深、TDS及化学组分变化特征。结果表明:(1)随着水位降幅变化,地下水TDS增幅具有阶段性变化特征,在漏斗形成初期(19721980年),地下水水位年均降幅最大,TDS年均增幅也最大;中期(19812000年)地下水水位年均降幅最小,TDS年均增幅也最小;末期(20012017年)地下水水位年均降幅居中,TDS年均增幅也居中。(2)随着水位埋深增大,漏斗核心区地下水水位埋深大小对TDS增大影响呈递减效应。漏斗形成初期水位埋深9.10~23.20 m,中期水位埋深13.40~42.28 m,末期水位埋深21.41~50.29 m,漏斗核心区地下水水位年均降幅每增大1.0 m条件下,TDS年均增幅分别增大21.96,13.54,12.32 mg/L。(3)自初期、中期至末期,地下水中Na^(+)、SO_(4)^(2-)含量增幅占TDS增幅的比率呈不断增大特征,为漏斗核心区TDS增大的主要影响因素。但末期Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_(3)-和Cl^(−)含量增幅占TDS增幅的比率合计仍达65.88%,对漏斗核心区地下水TDS增大仍然发挥至关重要的作用。