青铜峡灌区水循环主要因子及演变规律研究

苏欣++常布辉++黄福贵++乔振芳

摘要 当前灌区水循环演变规律研究已经成为研究区域水循环过程的热点。选取蒸散量、降水量、引水量和排水量等对地下水系统有直接影响的因子，分析其变化趋势，对于查明青铜峡灌区水循环因子的演变规律，缓解各种水问题至关重要。结果表明：从2000年以后，青铜峡灌区蒸散量、引水量、排水量明显减少。原因是从2000年开始，青铜峡灌区开展了续建配套与节水改造工程，提高了水资源的利用率。

关键词 青铜峡灌区；水循环；因子；演变

中图分类号 P343.9 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）20-0143-03

Study on Main Factors and Evolution Law of Water Cycle in Qingtongxia Irrigation District

SU Xin 1 CHANG Bu-hui 1 HUANG Fu-gui 1 QIAO Zhen-fang 2

（1 Yellow River Institute of Hydraulic Research，Zhengzhou Henan 450000； 2 Yijinhuoluo Banner Water Conservancy Burea）

Abstract At present，the study on the trait and simulation model of water cycle model has become a hotspot in regional water cycle process.The evapotranspiration，precipitation，water diversion and displacement were selected，which had direct impact on the groundwater system.Its important to identify the evolution of irrigation district hydrological cycle，relieve a variety of water issue based on analyzing their trends.The results showed that the evapotranspiration，water diversion，displacement decreased significantly since 2000.The reason was that irrigation rehabilitation and water saving renovation project were carried out in Qingtongxia irrigation district since 2000，which improved the utilization rate of water resources.

Key words Qingtongxia irrigation district；water cycle；factor；evolution

青铜峡灌区属干旱半干旱地区，降水少、蒸发大，蒸发量是降雨量的6倍左右[1]。该区域引水条件便利，引黄灌溉渠系发达，是气候变化的敏感区和人类活动的密集区。灌区水循环要素与降水、蒸发等气候因子和人类活动因子（人工开采及灌排活动）息息相关。通过对灌区水循环主要因子的科学认知，分析“自然—人工”双重驱动力作用下的灌区水循环特点，可以揭示人类活动对灌区水资源演化影响的内在机理[2]，而水又是灌区土壤侵蚀、泥沙运移以及污染物迁移的载体。因此，加强灌区水循环的研究就成了解决目前水资源和水管理问题的基础[3]。

灌区地下水是水资源循环系统的一个主要组成部分。已有研究文献表明[4]，地下水位动态的影响因素由大到小的排序为蒸发、降水、渠首引水量、地下水开采。因此，选取蒸发量、降水量、引水量和排水量等对地下水系统有直接影响的因子，分析其变化趋势，对于查明青铜峡灌区水循环特征及演变规律，缓解各种水问题，提出灌区水资源管理方案至关重要。

1 灌区概况

宁夏青铜峡灌区是我国古老的特大型灌区之一，位于宁夏北部，黄河上游下段，属于黄河河套平原（前套）的重要组成部分。灌区地处银川平原，南起青铜峡水利枢纽，北至石嘴山，西抵贺兰山，东至鄂尔多斯台地西缘，位于北纬37°74′～39°25′，东经105°85′～106°90′，为宁夏平原地势的最低之处。

青铜峡灌区多年平均降水量为180～220 mm，年均蒸发量为1 000～1 550 mm。灌区多年平均气温8.5 ℃，年>10 ℃平均积温为3 630～3 830 ℃，日照时数为2 870～3 080 h，无霜期164 d。灌区总土地面积70万hm2，现灌溉面积33万hm2，其中自流30万hm2，扬水3万hm2。

2 气候因子及演变规律

通过中国气象科学数据共享中心收集了灌区气象资料，包括最高/最低气温、相对湿度、平均风速、日照时数、降雨量、蒸发量等。分析了气象因子的影响。灌区的主要站点资料如表1所示。

2.1 蒸散量演变规律

根据3个气象站的海拔高度、经纬度、风高以及近26年的最高/最低气温、相对湿度、平均风速、日照时数和降雨量等气象资料，采用FAO推荐的1998年修正Penman-Monteith公式来计算3个气象站的逐月ET0，其结果具体如图1、2所示。

从ET0值的年际变化来看，青铜峡灌区多年平均ET0值介于1 000 mm左右，其中惠农站最高，而且ET0值呈现逐年减小的趋势。2000年参考作物蒸发蒸腾量急剧减小，达到一个谷值，2000年之后到2012年比较平稳。可能是2000年灌区实施续建配套与节水改造工程后，提高了灌溉水利用系数，改变了以往大引大排的模式，灌区引黄水量减少，耗水量随之减少。

从ET0值的年内变化来考察，发现各站参考作物蒸发蒸腾量的年内变化规律基本上是一致的，具体如图3所示。1—5月ET0呈递增状态，峰均出现在6月或7月，7—12月ET0逐渐减少。

2.2 降水量演变规律

银川站、惠农站、陶乐站1987—2012年降水基本在均值线上下波动。基本上是每10年1次低降水（谷值）、1次高降水（峰值）。年降水的峰值一般在200～300 mm，降水量谷值在100 mm以下。最大值和最小值之间波动比较大，如图3所示。

对各站多年降水量的统计结果如表2所示。

3 人类活动因子及演变规律

3.1 引水量演变规律

青铜峡灌区由河西灌区和河东灌区两部分组成。自流灌溉系统采用干、支、斗、农4级或干、支、农3级组成渠系灌溉网，干渠总长度1 026 km，引水能力685 m3/s。扬水灌溉分布在自流灌区周边；此外灌区西部及渠道末梢灌水困难地区还有机井灌溉面积约0.7万hm2。各分区引水量均由各渠口设站进行水文观测，控制引水量95%以上。

1980年以来，青铜峡灌区的引水量呈逐步递增趋势，到1999年达到68.7亿m3，1999年以后引水量呈明显下降趋势，并在2003年降至近年来的最小值40.6亿m3，如图4所示。从年代平均引水量来看，20世纪80—90年代，平均引水量逐步增加，分别为56.0亿、63.9亿m3，21世纪后平均引水量大幅度回落至50.3亿m3。

从年内各月引水量来看，青铜峡灌区引水量主要在每年的4—11月。其中5—8月平均引水流量在360 m3/s以上。从20世纪80—90年代，4—8月、11月平均引水量呈增加趋势；21世纪以来，除4月平均引水量增加外，其他各月引水量均有所减少如，如图5所示。

3.2 排水量演变规律

青铜峡灌区排水主要以明沟排水为主，灌区直接排入黄河大小排水沟103条（不包括陶乐7条）。水文站控制20条，控制排水面积4 034.2 km2，占总排水面积的80.7%。

1980年以来，青铜峡灌区总排水量呈现3个阶段：缓慢增长期（1980—1998年）、快速减小期（1998—2003年）、缓慢减小期（2003—2012年）。在1998年达到历史最大值34.8亿m3，之后在2003年急剧下降到近40年的最小值15.9亿m3，如图6所示。

从年代变化情况来看，非灌溉期1—3月、12月排水量呈缓慢增加趋势，灌溉期各月排水量受引水量减少的影响，具体如图7所示，1990—1999年达到高峰后，2000—2012年排水量明显减少，其中5—9月排水量下降都在40%以上。主要是从 2000年开始，青铜峡灌区开展了续建配套与节水改造工程，在灌溉面积逐年增加的情况下减少了引黄水量，既保证了农业灌溉，也保证了宁夏一些重大建设项目的用水需求[9]。

4 结论

4.1 蒸散量演变规律

青铜峡灌区多年平均ET0值介于1 000 mm左右，其中惠农站最高。从年际变化来看，ET0值呈现逐年减小的趋势。2000年参考作物蒸发蒸腾量急剧减小，达到一个谷值，2000年之后到2012年比较平稳。

各站参考作物蒸发蒸腾量的年内变化规律基本上是一致的。1—5月ET0呈递增状态，峰均出现在6月或7月，7—12月ET0逐渐减少。

4.2 降水量演变规律

3站1987—2012年降水基本在均值线上下波动。基本上是每10年1次低降水（谷值）、1次高降水（峰值）。年降水的峰值一般在200～300 mm，降水量谷值在100 mm以下。最大值和最小值之间波动比较大。

4.3 引水量演变规律

1980年以来，青铜峡灌区的引水量呈逐步递增趋势，到1999年达到68.7亿m3，1999年以后引水量呈明显下降趋势，并在2003年降至近年来的最小值40.6亿m3。从年代平均引水量来看，20世纪80—90年代，平均引水量逐步增加，分别为56.0亿、63.9亿m3，21世纪后平均引水量大幅度回落至50.3亿m3。

从年内各月引水量来看，青铜峡灌区引水量主要在每年的4—11月。其中5—8月平均引水流量在360 m3/s以上。从20世纪80—90年代，4—8月、11月平均引水量呈增加趋势；21世纪以来，除4月平均引水量增加外，其他各月引水量均有所减少。

4.4 排水量演变规律

1980年以来，青铜峡灌区总排水量呈现3个阶段：缓慢增长期（1980—1998年）、快速减小期（1998—2003年）、缓慢减小期（2003—2012年）。在1998年达到历史最大值34.8 亿m3，之后在2003年急剧下降到近40年的最小值15.9亿m3。

从年代变化来看，非灌溉期1—3月、12月排水量呈缓慢增加趋势，灌溉期各月排水量受引水量减少影响，1990—1999年达到高峰后，2000—2012年排水量明显减少，其中 5—9月排水量下降都在40%以上。

5 参考文献

[1] 姜秀芳，张霞，张钦武，等.青铜峡灌区引黄用水与地下水位响应关系分析[J].水资源与水工程学报，2012，23（4）：148-150.

[2] 王浩，秦大庸，陈晓军.水资源评价准则及其计算口径[J].水利水电技术，2004（2）：1-4.

[3] 张济世，陈仁升，吕世华，等.物理水文学—水循环物理过程[M].郑州：黄河水利出版社，2007.

[4] 韩叶珍.基于变化环境的灌区地下水动态时空变异规律研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2010.

[5] 杨志勇，胡勇，袁喆，等.井灌区水循环研究进展[J].灌溉排水学报，2015（3）：56-60.

[6] 王彩鸽.泾惠渠灌区水循环特征及其主要驱动因素研究[J].水利与建筑工程学报，2015（4）：173-177.

[7] 黄晓荣.灌区水循环模拟研究进展[J].水资源与水工程学报，2010（2）：53-55.

[8] 岳勇，郝芳华，李鹏，等.河套灌区陆面水循环模式研究[J].灌溉排水学报，2008（3）：69-71.

[9] 郝芳华，欧阳威，岳勇，等.内蒙古农业灌水区水循环特征及对土壤水运移影响的分析[J].环境科学学报，2008（5）：825-831.