黄河流域河套灌区农业面源污染模拟的难点与重点分析

黄河流域河套灌区农业面源污染问题突出,使用模型模拟是对河套灌区农业面源精准溯源、准确预测、评估治理措施治理效果和生态环境影响的有效途径,也是全面应用“监测-溯源-核算-治理-管理”农业面源污染全链条防控技术体系的关键核心步骤.经梳理发现,目前河套灌区农业面源污染模型由于缺乏对“源-汇”关系的精准表述和输移转化机制的阐明,导致存在一定的“假拟合”现象,致使后续使用模型模拟得到的结论存在较大的误差和不确定性,其结果在溯源、核算、评估等方面均无法完全成为具有实际指导意义的工具;除此之外,目前河套灌区现有的水文水质数据监测网络一定程度上难以满足日益增长的农业面源模型建立、率定和验证的需要,因此率定与模拟的结果很难具有更高的时空分辨率,导致对月尺度以下发生的面源污染行为和相应的环境危害评估与实际情况具有较大偏差.因此,建议建立流域层面农业面源污染监测网和数据分享平台以获取来自河套灌区具有更高时空精度的实测数据,并通过实地实验的方式阐明在河套灌区这一特殊“农业-环境”系统中面源污染物的输移转化机制,并在此基础上开发新的可以复现并模拟该机制的机理-大数据耦合模型来为区域内的科学研究与政策决定提供帮助.

潘庄引黄灌区土壤盐分空间变异特征及影响因素

针对引黄灌区土壤次生盐渍化等问题,以山东省潘庄引黄灌区为例,通过野外分层取样与室内实验获取研究区土壤盐分数据,运用地理信息系统和地统计学相结合的方法分析研究区土壤含盐量的空间变异特征,研究土壤盐分空间分布的规律,采用地理探测器分析影响研究区土壤盐分分布的主要因素。结果表明:从剖面尺度来看,研究区土壤盐分整体呈现两端聚集型的分布特征,表层、中层和底层土壤的盐分含量均处于中等变异水平,其中底层土壤含盐量的变异系数为0.811,变异性最强;在空间尺度上,研究区土壤含盐量呈现从东北、西南区域向中部区域明显增加的趋势;研究区土壤盐分分布与高程、含水率和酸碱度的相关性较强,各影响因素交互作用后对研究区土壤盐分空间分布解释力均有不同程度的增强。

引黄灌区水资源承载力多目标决策模型

开展灌区水资源承载力多目标决策研究,探究灌区水资源、社会经济以及生态环境三者之间的互动关系,对可持续性灌区建设具有重要意义。以赵口引黄灌区二期工程为研究对象,以灌区经济效益最大、缺水率最小、承载人口总量最多、污染物排放量最小以及粮食产量最大为目标,综合考虑灌区供需水能力、灌溉面积、污染物排放等多维临界约束,构建了赵口引黄灌区二期工程水资源承载力多目标决策模型,运用第3代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)进行求解,获得Pareto最优解集,并依据不同的目标偏好和熵权法从中选取多套决策方案。研究结果表明:文中经济效益最大、社会效益最大、生态效益最大、人口总量最大以及粮食产量最大5个目标相互制约,Pareto非劣解侧重于追求其中一方效益最优的同时,必然会引起其他目标值(至少一个)变劣。因此,文中得到的多种决策方案可为灌区未来水资源承载力的提升提供科学理论指导。

水资源约束下河套灌区农业高质量发展路径探究

内蒙古河套灌区地处黄河中上游干旱区域,农业灌溉依赖从黄河引水,黄河水资源对其农业发展水平有较大影响。为探究水资源约束下河套灌区农业高质量发展的路径,该文通过分析巴彦淖尔市河套灌区农业高质量发展的现状,厘清现有水资源对灌区农业高质量发展的限制机理,进而探讨河套灌区农业高质量发展的可能路径。结果显示,目前河套灌区农业高质量发展虽然取得一定成效,但仍存在着诸如用水结构不合理、农业退水水质差等问题。因此要在水资源约束下实现河套灌区农业的高质量发展,可以通过加强沿黄地区生态环境治理、推进灌溉技术升级、加快盐碱地治理和提高农业从业人员综合素质等途径,走“以水而定、量水而行”的农业高质量发展之路。

新形势下济南邢家渡引黄灌区生态建设探讨

济南邢家渡引黄灌区作为全省六大灌区之一,位于济南市新旧动能转换起步区的核心位置,灌区生态建设在新旧动能转换与高质量发展的背景下显得尤为重要。灌区的生态建设需要坚持生态优先、绿色发展的原则;需要注重生态系统的整体性和协同性;需要强化科技创新和人才支撑;需要完善政策体系和管理机制。基于此,本文提出了邢家渡引黄灌区生态建设策略。

宁夏引黄灌区农业水价改革存在问题及解决对策——以宁夏平罗县为例

为全面贯彻落实习近平总书记“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”的重要指示,文章围绕如何进一步优化用水结构、转变用水方式、提高用水效率,强化水资源刚性约束,推动用水权改革各项措施展开了讨论,并以宁夏平罗县为典型案例,针对宁夏引黄灌区农业水价改革中存在的问题提出了相应的对策。

聊城引黄灌区破解信息化发展瓶颈建议

引黄灌区的信息化发展是提高灌区管理水平、提高灌溉效益的有效手段。目前,灌区水利设施的信息化发展涉及面广、影响大,本文立足聊城引黄灌区,分析在信息化建设中存在的问题,从规划、建设、管理和人才队伍建设等方面提出具体应对措施,以进一步提高聊城黄河灌区的信息化管理水平。

灌区稻田控制排水对排水量及盐分影响的试验研究

宁夏银南灌区每年从黄河引水约16亿m3,其中超过一半的水量以排水形式退回黄河或湖泊湿地。监测数据显示目前排水的含盐量较低,排水过量现象严重,不仅导致了水资源的浪费,而且加剧了黄河及湖泊湿地的污染。造成这种现象的主要原因之一是现有灌区排水系统能力过剩。本文介绍了在该灌区水稻田进行的一项控制排水试验,研究了在生长期内抬高排水沟出口对田间排水和盐分变化的影响。试验结果表明,将深度为1m的排水农沟控制到60cm时,生长期内农沟地下排水量减少了50%左右。排水量减少后,田间地下水含盐量增长幅度仅为3.7%,远远低于影响作物生长的临界含盐量。因此,控制排水措施具有节约灌溉用水和减少农业非点源污染的重要意义。

德州引黄灌区主要河系水化学空间特征分析

通过对德州引黄灌区主要河流及引黄灌渠水质的离子化学成分分析,探讨了引黄灌区地表水化学成分特点、水化学类型及其空间变化和主要离子来源,为长期观测引黄灌溉对该区地表水、地下水的水化学特征变化的影响及地表水、地下水的循环交换提供依据,同时为该区水环境评价以及水体污染防控提供理论指导。研究结果显示,该区地表水的pH、电导率（EC）及各主要离子含量存在明显的空间差异。水体pH的变化范围为7.65~9.34,属弱碱性水;EC的变化范围为965~1 530μs.cm 1;主要阴阳离子的浓度范围分别为：NO3 1.32~60.15 mg.L 1、SO42 53.41~781.90 mg.L 1、HCO3 143.35~823.50 mg.L 1、Cl 98.00~564.00 mg.L 1、Ca2＋22.57~265.00 mg.L 1、Mg2＋29.41~195.50 mg.L 1、Na＋103.20~472.00 mg.L 1、K＋0.83~59.05 mg.L 1。该研究区水化学类型以Na＋.Ca2＋—HCO3.SO42水为主。各阴离子浓度的平均值HCO3（330.45 mg.L 1）SO42（308.48mg.L 1）Cl（286.83mg.L 1）NO3（29.60 mg.L 1）,阳离子浓度的平均值Na＋（236.85 mg.L 1）Ca2＋（98.15mg.L 1）Mg2＋（82.62 mg.L 1）K＋（9.05 mg.L 1）。pH、Cl的最高值均出现在马颊河流域,并且该流域Mg2＋浓度均值高于其他两个流域。德惠新河流域EC、NO3和HCO3的均值最高。引黄灌渠的SO42、Na＋、Ca2＋和K＋的平均浓度高于其他两个流域。通过Piper图分析得出,不同小流域水体类型不同。对研究区灌溉水质评价结果显示,该区地表水适合灌溉。经相关分析发现,该研究区地表水中,Ca2＋、Mg2＋、Na＋与SO42和Cl均具有极显著的相关性,此外,Ca2＋与Mg2＋、Na＋与K＋、SO42与Cl也显示出了极显著的相关性,表明这些离子相互影响,或者具有相同的来源,受人类活动影响较大。

不同耕作措施对甘肃引黄灌区耕地土壤有机碳的影响

为了探明不同耕作措施对甘肃引黄灌区耕地土壤有机碳的影响,2014-2017年在连续翻耕8a的玉米地上设置翻耕(CT)、旋耕(RT)、深松(ST)、免耕(NT)4个单一耕作处理和翻耕-免耕(CT-NT)、深松-免耕(ST-NT)2个轮耕处理开展了研究。结果表明,连续免耕(NT)显著增加了0～40cm土层有机碳含量和有机碳储量(P<0.05),平均比CT增加4.45%和5.27%,比RT增加7.23%和8.50%;连续深松(ST)也有较好的固碳效果,在4个单一耕作措施中仅次于NT;连续翻耕(CT)和旋耕(RT)显著降低了土壤有机碳含量和有机碳储量(P<0.05),RT的降低幅度大于CT。CT-NT和ST-NT2个轮耕处理既有较好的固碳效果,又符合当地农民操作习惯,有机碳含量分别比CT增加2.44%和4.82%,比RT增加5.12%和7.55%;有机碳储量比CT增加2.50%和5.47%,比RT增加5.64%和8.70%。不同耕作制度会使土壤有机碳发生层化,但有机碳含量的层化更多表现在不同土层之间,相同层次各处理之间变化不大;而有机碳储量只在耕层以下发生了层化,相同土层各处理之间也表现出比较明显的层化特征。因此,综合分析认为,任何一个单一耕作措施都有其局限性,CT-NT和ST-NT是比较理想的耕作模式,在该区域农业可持续发展中具有一定的应用价值。

基于典范对应分析的甘肃引黄灌区土壤盐渍化特征研究

【目的】研究甘肃引黄灌区耕地土壤全盐量(TS)、pH和盐分离子组成的空间分布特征及数量关系,并探讨它们之间的相互关系、影响程度以及对盐碱地类型、分布的影响。【方法】以兴电和景电两个典型灌区为研究取样区,样点布局既涵盖了上游新垦盐碱荒地、中游轻度盐渍化耕地、下游中重度盐渍化耕地和弃耕盐碱荒地,又兼顾了耕地土壤盐渍化类型(硫酸盐型、氯化物-硫酸盐型、硫酸盐-氯化物型)和程度(轻度、中度、重度)的差异。运用常规统计学方法研究了土壤TS、pH、盐分离子的剖面分布特征,运用典范对应分析方法(CCA)研究了土壤TS、pH与盐分离子含量之间的数量关系及各土层TS、pH、盐分离子与研究对象前2个CCA排序轴的相关系数、特征值和解释方差。【结果】甘肃引黄灌区耕地土壤为轻度至重度盐化,0—40 cm土层含盐量随土层深度的增加而降低,40—80 cm土层含盐量随土层深度的增加而增加。剖面中的阳离子以Na+为主,阴离子以SO42-为主,土壤pH介于7.93—9.98之间。不同土层内,K+与HCO3-、Ca2+与Mg2+始终有较好的关联性,Na+与Cl-之间的关联性越往下层越强,SO42-与Na+之间主要是负相关,K+与Na+以及SO42-、Cl-、HCO3-之间的关联性不强。在0—100 cm全剖面上,pH的空间分布受HCO3-的影响较大,TS受Na+、Cl-、SO42-的影响较大。分层与全剖面的情况有所不同,0—20 cm土层内TS和pH的空间分布主要受控于SO42-含量,20—40cm土层内主要受控于Cl-和Na+含量,40—60 cm土层内受Ca2+、Mg2+、SO42-和HCO3-的共同影响,60—80 cm土层内Mg2+是主要影响因素,80—100 cm土层内主要受控于Mg2+和Cl-。CCA第1排序轴反映了TS的变化情况,第2轴反映了pH的变化情况,第1轴特征值在0.53—0.70,解释方差在38.7%—57.7%;第2轴特征值在0.36—0.64,解释方差在30.6%—44.7%。【结论】甘肃引黄灌区的盐渍化耕地中同时存在盐分表聚和底聚两个过程,上游新垦盐碱荒地和中游轻度盐渍化耕地以底聚为主,下游中重度盐渍化耕地和弃耕盐碱荒地以表聚为主。60—80 cm的泥质胶结砂层含盐量高达93.7 g·kg-1,对水盐运移和盐分离子分布产生了重要影响,是造成灌区发生土壤次生盐渍化的主要原因之一。盐渍化耕地的钠质化现象只在重度次生盐渍化区发生,TS、Na+和SO42-是决定项目区盐碱地类型和分布的主要因素。典范对应分析通过箭头连线的长短、所处的象限、箭头之间的夹角以及与角符号间距离的远近等,在CCA二维排序图上可以直观地给出各盐分离子之间以及土壤TS、pH值与盐分离子之间的关系,并通过各土层TS、pH、盐分离子与研究对象前2个CCA排序轴的相关系数、特征值和解释方差等,来确定不同土层的主控因子和影响甘肃引黄灌区盐碱地类型和分布的主要因素,是一种更加科学的区域盐碱地特征及改良利用情况评价方法。

引黄灌区水资源联合利用耦合模型

随着引黄水量日益减少,如何有效利用有限的地表水和地下水,成为内蒙河套灌区亟待解决的问题。该文以引黄水量最小和地下水开采量最大为目标,以控制各用水区地下水位在适宜范围作为约束条件,通过动态耦合地下水模拟模型与地表地下水联合利用优化模型,建立了灌区水资源联合利用耦合模型,最后应用此耦合模型对灌区2020和2030年的引黄水和地下水进行了优化分配。结果表明:通过合理调整产业结构和有效利用地表地下水,灌区2020和2030年的引黄水量分别为39.15、38.54亿m3/a,可以达到国家规定的40亿m3/a指标。研究成果可为黄河流域乃至全国其它干旱灌区的水资源高效利用、盐碱化防治等方面提供借鉴和参考。

黄河下游灌区河南段农业非点源污染现状及原因分析

探明黄河下游大型灌区农业非点源污染状况,对区域环境质量安全和农业可持续发展具有重大意义。笔者分析了近年来黄河下游灌区河南段农业非点源污染相关数据,概述了该地区农业非点源污染形成的主要原因,指出了农用化学物质的不合理使用、生活与养殖废弃物随意排放等均不同程度地产生了农业污染,对地下水水质造成了影响。地下水硝态氮平均含量达9.31mg/L,接近世界卫生组织地下水硝态氮含量的最大允许浓度。畜禽排泄物中COD和氨氮量分别为458.15万t和44.86万t,是河南省工业及生活污水产生COD和氨氮量的7.03倍和5.89倍。

入田泥沙对黄河三角洲地区土壤物理性状的影响——以小开河引黄灌区为例

为研究入田泥沙对小开河灌区自然土壤的影响,用分析化验和工程测试等方法,分析了引黄泥沙和输沙入田后土壤颗粒组成、容重、孔隙状况等物理性状。结果表明:引黄泥沙中0.02～0.002mm的细粉粒比例最高,平均39.31%。小开河自然土壤中0.05～0.02mm的粗粉粒比例最高,为53.41%,泥沙中细粉粒和粘粒含量明显高于当地土壤。输沙入田使灌区土壤中0.02～0.002mm的细粉粒和﹤0.002mm的粘粒比例明显增加,>0.02mm的颗粒比例下降,虽有效避免了因渠首集中沉沙造成的土壤沙化和生态环境恶化,但增加了土壤的粘重程度。农田耕作在一定程度上增加土壤通气孔隙比例、降低土壤容重,但土壤毛管孔隙度依旧稳定在40%左右,毛管作用旺盛,使土壤通气状况不能满足作物需求。在黄河三角洲地区输沙入田的泥沙处理,应结合当地土壤的基本性质和水盐运动规律配置泥沙,以免增强当地土壤紧实、通透性差的性状。

黄河干流大型自流灌区节水潜力分析

黄河灌区年均用水量占黄河用水总量的90%左右。受经济条件、灌区设施、管理手段等多种因素制约,灌溉水浪费严重,灌溉水利用水平较低,一般不足0.5,更加剧了黄河水资源短缺的矛盾。根据黄河灌区用水现状,提出了节水潜力的概念和节水潜力的分析计算方法,对黄河干流大型自流灌区的节水潜力进行了分析。

浅谈引黄灌区区域泥沙资源化实践中的若干问题

介绍区域泥沙资源化的实践:淤临淤背加固大堤;放淤改良土壤;淤筑高地;建立两用水库,既沉沙又蓄水;坑塘蓄水,分散沉沙;浑水灌溉、输沙入田;作为建筑原料利用等等。指出:资源水利治水思路在引黄灌区水沙配置理论、关键技术的深入研究中具有指导性理论作用。在资源水利思想的框架下,区域泥沙资源化实践中应予关注的基本方面是观念更新、配置优化、关键技术和资源管理。

有机无机肥配施对新垦盐碱荒地土壤理化性状和作物产量的影响

通过田间小区试验研究了有机无机肥配合施用对甘肃引黄高扬程灌区新垦盐碱荒地土壤理化性状和玉米产量的影响。结果表明：有机无机肥配合施用能显著改善土壤物理性状,0～10、10～20 cm和20～40 cm土层平均容重分别降低了9.31%、6.16%和4.29%,总孔隙度分别提高了10.00%、7.56%和4.95%;有机无机肥配施降低了0～20 cm土层紧实度,且随着有机肥用量的增加,降低的幅度越大;施肥能改善新垦盐碱荒地土壤养分状况,与N0M0（CK）处理相比,耕层土壤有机质含量增加了5.2%～24.0%,全氮、磷、钾分别增加了20.83%～58.33%、10.85%～81.40%和2.80%～15.42%,碱解氮、速效磷、速效钾分别增加了4.18%～113.42%、51.43%～312.38%和5.84%～32.22%。施肥能显著提高玉米籽粒产量,增幅在13.4%～168.8%;氮肥在作物产量增加中起到了主导作用,增幅达53.5%～130.7%,而有机肥的增幅只有8.8%～22.1%。同时,有机无机肥配施也能显著改善玉米植株性状,施氮肥300 kg·hm^-2、有机肥24 t·hm^-2处理的株高、穗长、行粒数最高,施氮肥600 kg·hm^-2、有机肥24 t·hm^-2处理的穗粗、穗行数和百粒重最高。

玉米／鹰嘴豆间作条件下不同施磷量对灌耕灰钙土无机磷组分的影响

在甘肃引黄灌区的灌耕灰钙土区域,通过玉米/鹰嘴豆间作种植,采用蒋柏藩、顾益初石灰性土壤无机磷分级方法研究了施磷水平和间作种植方式对玉米、鹰嘴豆土壤无机磷素形态的影响。结果表明:研究区各无机磷形态含量顺序为O-P>Ca10-P>Ca8-P>Al-P>Fe-P>Ca2-P,施磷能够显著提高玉米和鹰嘴豆土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的含量,O-P和Ca10-P的含量不随施磷量增加发生显著性变化;与单作相比,间作种植对鹰嘴豆土壤带各无机磷组分含量没有显著影响,但间作玉米种植带土壤各组分无机磷含量均低于单作土壤,其中不施磷肥处理下Fe-P、施纯磷40 kg·hm-2处理下Al-P及施纯磷80 kg·hm-2处理下Ca10-P的含量显著低于单作土壤。

半偏减法集对势在引黄灌区水资源承载力动态评价中的应用

为有效处理、充分挖掘水资源承载力动态评价中评价样本与评价标准之间的不确定性,分析识别区域水资源承载状态及其变化的物理机制,构建了引黄灌区水资源承载力动态评价的半偏减法集对势方法(SSSPP)。SSSPP在河南省大功灌区的应用结果表明:从承载力系统角度看,灌区总体承载状态得到改善,且从2013年起更为明显,2017年灌区5县均为水资源临界超载,其中距离黄河干流越远的县承载状态越差;从承载力子系统角度看,各县的承载支撑力均呈小幅恶化态势,这是限制灌区承载力提升的主要原因,承载压力在波动中减小、承载调控力显著增强;从承载力评价指标角度看,各县的支撑力指标人均水资源可利用量、水资源开发利用率长期处于反势,压力指标人均GDP、缺水率长期处于反势或偏反势,这些均是灌区承载力调控的重点对象,而部分县调控力指标灌溉水有效利用系数、生态环境用水率由反势逐步发展为偏同势或同势,这是承载力提升的重要原因,反映其对农业和生态用水的管控。可见,SSSPP可分别从承载力系统、子系统和评价指标三个层次定量解析引黄灌区水资源承载状态及其演变特点,既可测度灌区承载力的强弱,又可诊断影响承载力的重要子系统和关键指标。半偏减法集对势的内涵更具解释性、方法直观、计算简便,是减法集对势与一阶效应全偏联系数相结合的一种改进减法集对势,为准确判别资源、环境、生态承载力动态评价等集对系统所处状态及其发展趋势提供了新的有效途径。

黄河下游引黄灌区渠系工程技术问题及解决对策

受黄河流域水沙条件变化影响,加之小浪底水库建成运行,黄河下游河道的水沙条件越来越受人为控制,基本失去了自然河道的特性,引黄灌区引水条件明显改变,灌区设计流量输水概率越来越少,长时间小流量引水概率越来越大。目前灌区渠系设计改造和建设方式,仍然沿用传统的设计流量下的输水输沙设计模式,与当前的黄河下游水沙条件和灌区区域发展的需求不适应。大量的续建和配套改造工程投入后,渠系仍不能达到有效的水沙配置需要,甚至使供水保证率和经济产出率下降,沙化和环境负面影响增加,亟待研究提出更加合理科学的渠系改造和管理运行模式。