（农业工程专业论文）内蒙古河套灌区区域地下水与土壤水盐时空变化规律研究.pdf

摘要 内蒙古河套灌区由于农业灌溉引起地下水位升高，加之特殊的气候条件，导致土壤盐渍化， 阻碍了当地农业的进一步发展。为了揭示灌区的水盐运动规律，该文主要进行了河套灌区和解放 闸灌域的地下水埋深、矿化度、主要离子的分布、蒸发、降雨、土壤墒情含水率的时空分布与变 化规律的分析与研究研究结果表明河套灌区地下水位在年内的变化呈明显的周期变化规律， 与灌区的灌溉时间同步变化。由于灌区灌溉引水量的逐年减少，灌溉水利用效率提高，地下水埋 深在时阃上呈逐年下降的趋势。地下水埋深在空间上分布很不均匀，并呈现规律性变化。矿化度 和地下水埋深成正比关系，即地下水埋深越大矿化度越大；反之，地下水埋深越小矿化度越小 c a 2 ，m 矿、k + + n 矿、c 1 。，h c 0 3 - 、s o ：- ，c o ，年内分布具有不同的规律性；灌域地下水s a i l 值时间上波动较小，空同分布上差异较大，s a r 值的时空变化与矿化度的时空变化规律极为相似； 在利用灌溉水系数k a 对地下水进行评价，灌域地下水灌溉水质较差，灌溉时必须配以良好的捧 水条件灌区降雨在时间上分布不均，主要集中在6 9 月，且在空间上分布也不均匀，时空变 冥性较蒸发量大。蒸发受气温影响较大，蒸发最强约发生在7 月份同时土壤墒情含水率也和气 温及灌溉有关；上述研究结果可以为灌区的水盐动态模拟和土壤盐渍化防治提供了参考依据。 关键词：河套灌区，地下水、土壤永盐，时空变化 m a b s t r a c t d u et ot h er i s i n go fg r o u n d w a t e rl e v e la sa g r i c u l t u r a li r r i g a t i o nc o r l t i m u e s , a n du n d e rt h es p e c i a l c l i m a t ec o n d i t i o n s , t h es o i ls a l i n i t ys i t u a t i o ni nt h eh e t a oi r r i g a t i o nd i s t r i c ti ss e r i o u s ，w h i c hb l o c k s f u r t h e rd e v e l o p m e n to fl o c a la g r i c u l t u r e t h i sp a p e rm a i n l yi n v e s t i g a t e dt h eg r o u n dw a t e rl e v e l ，s a l t c o n c e r t r a t i o na n dm a i ni o n sd i s t r i b u t i o n si ng r o u n d w a t e r , t h ee v a p o r a t i o n , r a i n f a l l ，s o i lm o i s t u r e , s o i l t e x t u r ei nt h e ao f t h ej i e f a n gs l u i c eg a t e s , h e t a oi r r i g a t i o nd i s t r i c t , a n dc a l c u l a t e dt h es o i lm o i s t u r e c h a r a c t e r i s t i cc u r v ep a r a m e t e r si nt h a is i t e t h es t u d yr e s u l t ss h o wa sf o l l o w s ：t h et e n d e n c yo f g r o u n d w a t e rl e v e ld r o p sy e a rb yy e a r , a n di sv e r yn o n - u n i f o r mi ns p a c e t h es a l tc o n c e r t r a t i o na n dt h eg r o u n d w a l e rl e v e la r ei nr e v e l p r o p o r t i o n , i e ，t h eg r e a t e rt h eg r o u n d w a t e r l e v e l ，t h es m a l l e rt h es a l t c o n c e r t r a t i o ni s ；a n dv i c ev e r s a i o n so fc a 2 + m 矿。k + n tc r , h c 0 3 s 0 4 2 jc 0 3 2 i nt h ea n n u a l d i s t r i b u t i o nh a st h ed i f f e r e n tr e g u l a r i t y ；t h er a i n f a l ld i s t r i b u t e su n e v e n l yi nt h et i m e , m a i n l y c o n c e n l r a t e si nj u n et os e p t e m b e r , a n da l s on o n - u n i f o r md i s t r i b u t e di ns p a c e t h ee v a p o r a t i o ni s i n f l u e n c e d 衄t e m p e r a t u r eo b v i o u s l y , t h el a r g e s te v a p o r a t i o na p p r o x i m a t e l y o c a ：u r si n j u l y s i m u l t a n e o u s l ys o i lm o i s t u r ew a sa l s oh i 曲l yr e l a t e dw i t ht e m p e r a t u r e ；t h es a r h a dl i t t l ev a b e r a t i n ni n t h et i m e b u t , i th a ds i g i n a i i c e u tc h a n g ei nt h es p a c e t h ec h a n g eo f c h a n g es a ri nt h et i m e - s p a t i a lw a s s i m i l a rt og r o u n d w a t e rq u a l i t y t h er a i n f a l li nt h ea r e aw a sd i f f e r e n ti nt i m ea n ds p a c e t h i sr e s e a r c h r e s u l t sw i l lh a v ei m p o r t a n tm e a n sf o r t h em a n a g e m e n to f i r r i g a 6 0 nd i s t r i c ta n ds i m u l a t i o no f w a t e ra n d s a l ta n do n n t r o io f s o i ls a l i n i z a t i o n k e yw o r d s ：h a t a ni r r i g a t i o nd i s t r i c t ，g r o u n d w a t e r ，s o i lw a t e ra n ds a l t t e m p o r a la n ds p a t i a lm o v e m e n t i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：花译竿 帆词年6 玛l l 日 f 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) i i 时间：刁年6 月，阳 时间：二如一口7 年月c 汐日 辟 却 彩势 签 弘 懿 潞 魈 隧 第一章绪论 1 1研究背景 内蒙吉河套灌区是内蒙古自治区的最大用永户，占自治区黄河水量配额的近8 5 左右t 然而 随着黄河来水与水资源统一调度，便河套灌区的引黄水量受到限制，不仅灌区的农业生产受到严 重影响，也阻碍了内蒙古自治区的国民经济发展，河套灌区的水问题已经成为内蒙古经济发展的 瓶颈，不解决好河套灌区水资源的赢效晕j 用及合理配置皿题，不解决好灌区与水相关的生态恢复 和建设问题，内蒙古的经济就难以快速发展。 自1 9 9 8 年以来，河套灌区续建配套与节水改造工程开始试点实施，截止2 0 0 6 年，累计投资 4 6 6 亿元，完成千渠，分干渠衬砌1 1 4 ，2 2 k m ，河道整治1 0 4 7 9 k i n ，配套建筑物3 3 5 座，建立了 隆胜节水示范区( 4 8 6 7 h m 2 ) 加之实施节水灌溉管理，引黄水量逐年下降，由9 0 年代的平均5 2 亿一下降到5 0 亿l 一左右。取得了显著的经济效益。由于引黄水量的减少，排水量也逐年减少， 地下水位呈下降趋势，随之出现了些节水灌溉的负效应在衬砌渠道周边及部分井灌区由于地 下水位下降，淡水补给来源阻断。出现入畜饮水承质恶化和植被减少，干桔的现象，乌兰布和沙 区地下水资源急剧减少，造成海子萎缩、干桔，生态环境恶化。随着灌区节水工程的大面积实施 及国家引黄水量的控制，灌区引水量将大幅度减少，节水灌溉措旋改变了农田水文循环变化规律， 而渠道村砌、井渠结合及田间节水灌溉技术的改进必将打破原有的农田水、盐动态平衡，使区域 农田水，盐平衡和灌区的生态环境的动态发生非线性变化节水灌溉的实施使灌区内灌溉水的渗 漏量及排水量减少，从而引起地下水位下降、水质恶化，土壤中的盐分淋洗、化肥的淋失、地下 水对作物生长的补充发生量和质的变化，可能引起灌区原有灌溉制度的改变和农田水环境及生态 环境曲变化。由于地下水位对河套灌区的生态环境起着非常重要的支持作用。灌区承位的变化有 可能造成灌区的次生盐渍化或士壤荒漠化，为此，对河套灌区未来节水工程实施后的水环境变化 趋势预测及河套灌区适宜节水规模的研究尤为必要 对于河套灌区两言，农业生产蕊临的重要生态环境问题就是主壤盐渍化，壤盐溃化的研究 涉及灌区的水盐平衡，而传统的水盐均衡方法没有完全搞清楚永盐的迁移与存储问题，对河套灌 区盐分的积累、排泄与消耗缺乏系统的研究，需要详细研究灌区农田，非农田、捧水中的盐分分 布与成分，对灌区的水盐均衡进行重新的计算与评价。 国家目前也开展了“十一五”国家科技支撑计划重点项目“大型农业灌区节水改造工程关键支 撑技术研究”，说明大型灌区节水改造的有关技术问题的得到了国家的高度重视特别是河套灌 区作为自治区最大的用水户，灌区的水资源配置及科学的节水将对自治区的经济发展起到举足轻 重的作用，虽然灌区几十年来进行了大量的科学实验研究，取得了不少研究成果，积累了大量的 基础资料，但河套灌区关于水资源管理的研究基础工作还非常薄弱，特别是以往的研究大多侧重 l 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 于农业用水，而对灌区的生态用水研究的较少，尤其在用水管理上，存在耗水机理不清，区域计 算水量、盐量不平衡、用水资料不系统，水的利用效率低等许多问题。随着灌区节水规划的实旌。 不仅已有的许多问题需要搞清楚，而且对于节水改造而引起的新的生态、水环境问题更需要进行 深入的研究。因此，借助于目前河套灌区的节水专项改造资金，以节水示范区为研究重点，开展 与河套灌区水生态有关课题的研究，从河套灌区的水利经济发展及内蒙古社会经济的发展角度 看，都具有十分重要的意义 目前世界各地有相当面积的耕地受到了盐碱化的危害。同时还有相当比例土地正面临着盐碱 化的潜在威胁，土壤次生盐碱化问题已经受到了全世界的广泛关注，同时如何解决土壤次生盐碱 化问题也成为了当今世界的一大难题世界上盐碱土主要分布于干旱，半于旱区，在这里干旱与 盐碱是相互关联的两大问题，都对农业起着限制作用。而且随着人口的日益增长。灌溉面积不断 扩大，土壤次生盐碱化态势也呈现日益严重的趋势尤其在发展中国家，其灌溉方式相对更为落 后，土壤次生盐碱化问题更为显著 干旱、半干旱地区落后的农业灌溉方式引起地下水水位的抬高，加之干早的地理条件，耕地 土壤水分和潜水强烈蒸发，造成土壤表层和地下潜水成化。产生土壤次生盐碱化危害，严重限制 了当地农业的不断发展因此，为了解决干旱、半干旱地区土壤次生盐碱化外问题，多年来人们 大力致力于研究地下水水盐动态的规律以调控地下水水位，减轻盐碱化危害，促进世界农业的可 持续发展 内蒙古河套灌区便是上述盐碱化情况的典型代表之一本文主旨在利用灌区的多年实测资 料，研究内蒙古河套灌区解放闸灌域地下水盐动态变化及其潜在的规律性，为后续利用m o d f l o w 模型进行地下水盐的动态模拟和预测提供依据，同时为解决灌区盐渍化问题提供基本的参考 1 2地下水水盐动态简介 1 2 2 基本概念 地下水水盐动态指地下水水位( 埋深) ，水温、流量、水质、化学组成等要素的时空变化及 其规律。它反映了地下水的形成和变化过程，也是研究地下水水量平衡及其形成过程的一种手段 1 2 3研究内容 地下水水盐动态受到一系列自然因素和人为因素的影响。并有周期性和随机性的变化。地下 水水盐动态的研究任务便是找出其变化规律性，以便为农业生产服务。 地下水水盐动态的研究内容可以包括如下：( 1 ) 探索地下承形成条件，利用地下水长期观测 资料评价地下东的补给与捧泄条件，进行水均衡分析，确定各种影响因素对地下水盐动态变化的 影响程度，为编制地下水动态预报与实现各种水文地质计算服务：( 2 ) 研究年内或多年的地下承 2 中国农业大学硕士学位论文第一章 绪论 天然补给量及其变化规律，弄清地下水补给是合理利用地下水资源提出保护措施的基础；( 3 ) 对 区域地下水相动态的研究，包括水位、埋深、矿化度、含盐状况等动态要素及其变换规律；( 4 ) 地下水动态区域分布规律的研究。不同地质，水文地质单元的水位地质边界类型与性质：含水层， 水文地质构造的各种水文地质参数的地区分布等正是这些参数从数量上反映了地下水圈、地表 水圈、大气圈之间的水量交换以及地下水圈的固有特征。( 5 ) 水文地质模型与地下水动态预报方 法的研究，在实际工作中人们要求更多的能适应不同地质，水文地质条件并能进行解析或数值求 解的数学模型( 6 ) 地下水动态要素玉水文过程线统计学特征及参数的地区性规律研究。( 7 ) 全 国或地区地下水动态观测资料整理自动化及传输技术的研究，建立地下水动态监测网、地下水动 态数据库与地下水资源调度中心等”l 。 1 3地下水水盐动态研究状况 1 3 1地下水盐动态模型 在地下水盐动态的研究中，国内外已建立了众多的模型，对地下水盐动态进行模拟和预测早 期主要是针对地下水水位模型的研究，随着研究的深入，人们进一步开始对地下水物理化学等 动态进行模拟和预测研究，其中尤其在人们最为关注的水质方面取得了重大的进展 早期对地下水动态进行预测，采用的都是比较简单的水均衡方法和水文地质比拟方法等确定 性模型后来w 1 l i ( 1 9 7 7 ) 通过响应方程法，通过g a l e 嘲n 有限元法将系统的偏微分方程转换为 一般的微分方程来分析地下水偏微分方程的特征并预测其地下水水位变化a i i c 广嗨( 1 9 8 6 ) 应 用电网络模拟模型分析地下水抽取量对内布拉斯加州蓝河流域地区地下水水位影响并预测了的 下水水位变化 丑前，对地下东动态预报研究的数学模型已超过了传统的解析法和数值解所论及的数学模型 范围，从早期采用地说均衡方法到应用的三维有限元差，有限元数值预报方法，形成了一系列有 效的实用方法及模型这些研究方法大致分为如下两类：确定性方法和随机性方法根据介质特 性，确定性模型可分为连续性模型和非连续性模型，其中连续性模型又可分为等效连续介质模型 和双重介质模型：非连续性模型也可分为网络介质和随机网络介质模型 当前用于地下水动态预测的确定性模型的求解方法主要有解析法、数值法和物理模拟法等， 确定项耳性能比较准确的预测地下水动态变化，特别是对研究区水文地质条件简单、含水层系统 较均一的情形更为有效但是，该模型是在许多假设条件解除之上建立起来的。需要大量的实验 以获得含水层的相关数据，实际上很难真实地模拟实际复杂的水文地质条件，用它进行地下水动 态预测可能会引起较大的误差，因此其应用受到了较大的限制 随机方法包括回归分析法、频谱分析法、时问序列法以及随机微分方程等相应的建立的随 机模型有回归模型、灰色模型g m ( 1 1 ) 、组合模型，d m ) 模型和神经网络模型( a n n ) 等。 3 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 目前，关于随机模型的应用，己进行了大量的研究，c o o l e y l 4 1 ( 1 9 7 9 ) 在美国的内华达州的t r u c k e e 草地和以色列h u l a 盆地两个地区。用非线性回归既是对地下水的水文地质参数、回灌水，流出 量、边界的迁移量进行了估计。g i s k o u n a r k i s l 5 i 等( 1 9 9 5 ) 在希腊克里特岛附近一条典型的地中海 河流，用分布式模型预测地表水的月均径流量，用线性参数模型预测地下水水位的月均值目前 又出现了许多新的地下水动态预测研究方法。d e m c t r i o u l 6 1 等( 1 9 9 9 ) 应用m i k es h e 综合积水 模型包( m i k es h ei n t e g r a t e dc a t c h m e n t - m o d e l l i n gp a d l a g e ) 来模拟澳大利亚南部墨累河w a k o o l 灌区的地下水动态变化。c 叩p o l a i7 】等( 2 0 0 3 ) 应用人工神经网络模型( a n n ) 来预测美国弗罗里 达州坦帕海湾地区的地下水水位变化。国内在随机模型的应用上也取得了许多成果，胨南祥等同 通过相空间重构，把一维地下承永位时间序列拓展为多为序列，运用混沌方法构造训练样本并确 定神经网络的网络结构，用神经网络拟合空间相点演化的非线性关系，有效揭示水资源系统复杂 的非线性结构及变化规律。吴瑕 9 1 ( 1 9 9 9 ) 提出了一种用于描述和分析具有趋势性、周期性、时 变性的时间序列的新的组合模型时变a r ( a u t or e g r e s s i o n ) 组合模型，并采甩之中方法对黄 河某灌区的地下水动态进行了预测，结果表明预测效果好高黎明l l o l 等采用优化g m o ，1 ) 模型。 对地下水埋深进行了预测，拟合精度较高，预测效果好，对于指导创业农场合理开发利用地下水 提供数量指标和科学理论数据。成兴广1 1 1 】等通过频谱分析模型和季节模型对黄河下游鲁西平原某 引黄灌区的背河洼区、漫滩区、卫河淤积区的地下水水位继续了预测，发现在三个区域内频谱分 析模型的预测精度都要优于季节模型。董东林1 1 2 1 ( 1 9 9 8 ) 提出了将非相信的维尔赫斯特( v e r h u l s t ) 模型与线性的g m ( i 。1 ) 残差分析模型结合起来的一种新的综合模型 近年来，地理信息系统、遥感、全球定位系统已经在地下水动态预报研究中得到了重视和应 用尤其g i s 在地下水动态模型中有广泛应用，o i s 技术在地下水研究模型建立中的应用多集中 在单层和多层区域地下水流域模型方面定量地模拟地下水输入量、流量和地下水位，将涉及到 g i s 的信息交换、地下水模型的设计、模拟成果的可视化、分析工具很开发系统等原理，这些原 理在研究中已有相当应用，1 9 9 2 年r o a z a 和m c g r a t h 修改了一个地下水模型，使它能够直接读 写g i s 的所有文件；1 9 9 3 年r i c h a u d e t a l 等在一个水源地设计和含水层影响分析中也应用了g 1 s ： 后来他又在分析了一个地区水流和污染运移问题中把g i s 技术和有限元方法进行了成功的结 合：k u n i a n s k y 和l o w t h e r 还应甩g i s 研制了一种自动生成有限元网络的数值模撅方法 习。国内 张礼中f 1 4 1 等基于o l s 技术，利用多元线性回归和逐步回归分析方法，从空问数据库提取水位相关 数据系列，建立了地下水位与降水量、开采量、蒸发量之间的回归模型进行数据分析和水位预测。 采用壳里格插值法生成水位等直线。实现预测结果的可视化表达，模型将地下水位动态相关预测 方法和g l s 结合起来形成应用型g i s 专业模型，可用于单井点或区域地下水动态预测评价在应用 和改进模型方面也取得了众多成果 在水质模型方面，向速林1 1 5 1 运用回归分析理论和方法，建立了一个基于多元线性回归分析法 的地下水水质评价模型，并将该模型用于遵义市海龙坝地下水水质评价结果表明，建立的模型 4 较符合本研究区的实际情况黄志洪f l q 等运用人工神经网络理论和方法，建立可水质评价的b p 神经嬲络模型，并对长治市1 0 跟永势的地下水水质进行了评价，共与综合指数法、模糊综合评 判法的评价结果进行了比较。结果表明，用b p 神经网络模型评价水资源水质是可行的，为水资 源水质评价提供了一个新的方法 1 3 2地下水盐动态数值模拟及模拟软件 国外对地下水的数值模拟也做了大量研究工作，数值解法是20 世纪60 年代后期伴随计算 机科学发展而出现的一种模拟地下水动态的方法。数值解法具有广泛适用性，可以用于水位预测、 水质、水温预测及地下水管理等能方便地利用输入，输出设备。修改算法和模型，可以程序化 目前主要为有限差分法( f d m ) 、有限单元方法( f e m ) 、边界元法( b e m ) 和有限分析法( f a m ) 等，应用这些方法进行求解，可以预测一个水文地质单元内地下水动态的变化将求解结果用水 位等值线表示，用内插法推求任一点对劾的水位 国内已经开发了种类繁多、功能多样的地下水模拟软件，据国际地下水模型中心( i g w m c ) 的软件清单和其它相关资料显示，非常有影响力的地下水模拟软件有；m o d f l o w ， n s u a l m o d f l o w 、 g m s 、v b u a l g r o m d w a t e r 、m t 3 d 、p e s t 、m o d p a t h 、f e f l o w 等下面主要介绍m o d f l o w ( 美 国地质调查局的模块化三维有限差分地下水流动模型) ，m o d f l o w 由美国地质调查局( u s g s ) 的m c d o n a l d 和h a f h 鲫曲于八十年代开发出的一套用于空隙介质中地下水流动数值模拟的软件， m o d f l o w 应用有限差分方法模拟含水层中的地下水流情况，可以模拟水井、河流、溪流、捧 泄、水帐，蒸发和补给对非均质和复杂边界的水流系统的影响求解过程中。m o d f l o w 从空 间y _ x t 含水层采用等距或不等距正交长方体部分网格这种网格可以使用户易于准备数据文件， 便于输入文件的规范化但同时也增加了许多额外计算单元其主要目的就是发展一套容易修改、 实用、耩加修改就毖在多种计算枧上运行、能有效地剥用计算机的内存并提高运算速度的计算机 软件供水文地质工作者使用m m o d f l o w 是目前国际上最盛行、且被各国同行一致认可的三 维地下水流和溶质运移模拟评价的标准可视化专业软件包，它具有强大的可视化于模拟功能目 前。已经在全世界范围内，如科研、地质、工业、环境保护，水资源利用等领域得到了十分广泛 的应用在地下承数值模拟以及开发模拟软件方面，国内还是应用国外研发成果为主，根据实际 情况对模拟软件程序进行相应调整后再运用，自我研发能力目前还较弱。 ，4 本文研究的目标，内容及技术路线 1 4 1 研究目标 以河套灌区多年地下水( 水位、水化学) 常年监测资料和解放闸灌域土壤墒情及影响因子观 测试验结果，通过时间、空间的变化分析，研究河套灌区地下水埋深，水化学的时空分布和变化 s 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 规律，对灌区的地下水进行评价；通过土壤墒情监测和相关因子分析，对解放闸灌域的墒情分布 和变化规律进行分析和评价。从而为河套灌区的灌溉管理和水资源评价提供参考依据， 1 4 2 研究主要内容 包括河套灌区解放闸灌域地下水、盐( 矿化度) 时空变化规律分析；水化学分析；水质分析与 评价：河套灌区地下水、盐时空变化规律；河套灌区矿化度动态分布；河套灌区水化学年内变化 规律：河套灌区有害离子的空问分布；河套灌区土壤墒情时空分布规律分析 降雨，蒸发时空 分布规律与土壤墒情变化规律分析等。 1 4 3 主要技术路线 以多年灌区常规观测资料为主。结合项目试验资科，从灌区的一个灌区的研究起步，逐步扩 大发到全灌区通过对灌区不同区域的地下水，盐时空变化规律的分析，对灌区的地下水资源的 质量时空变化过程及规律进行评价。从而使灌区的常规资料分析成果对灌区的管理和水资源评价 与利用提供参考依据。 6 中国农业大学硕士学位论文第二章河套灌区基本情况 第二章河套灌区基本情况 河套灌区位于内蒙古自治区西部，黄河北岸的冲击，洪积平原，西与鸟兰布和沙漠相接，东 至包头市郊区，黄河环绕其南，阴山山脉的狼山、乌拉山屏立其北，东西向长2 5 0 余k m ，南北 宽达5 0 余k m 总土地面积1 1 8 9 万h m 2 ，其中：平原区1 1 6 2 万h r a 2 ，山前洪积赢区2 , 7 万h m 2 按地貌特征及历史习惯划分为三个灌域，即保尔套勒盖灌域、后套灌域及三湖河灌域。 保尔套勒盖灌域位于河套灌区西部，灌域西端与狼山洪积扇相接，域内星罗棋布地分布着高 低不等的沙丘，地势东南高，西北低，地面坡酶1 3 0 0 0 , , 1 5 0 0 0 ，地面高程1 0 4 8 , q 0 3 6 ( 黄海) ， 总土地面积是1 6 万h m 2 ，由于沙丘密布，引黄可灌净面积2 9 万h m 2 后套灌域西接保尔套勒盖灌域，东至乌梁素海，北抵狼山山麓，南界黄河，东西长达2 0 0 k m ， 南北宽5 0k m 左右，总土地面积9 8 i 万h m 2 其中：引黄灌溉区面积9 5 4 万h m 2 ，可灌净面积 6 7 万h m 2 ；山前洪、库、井灌区面积为2 7 万h m 2 灌域地势南向东北倾斜，东西向地面坡降 1 5 0 0 0 1 8 0 0 0 ：南北向坡降1 4 0 0 - 1 8 0 0 0 ，地面高程1 0 5 0 q o g o m 域内沙丘、海子零星分布， 其中以乌梁素海最大水域面积3 万l - a n 2 ，它是上述灌域捧水和狼山洪水的容泄区，也是后套灌 域向黄河捧水的。平原调节水库一 三湖河灌域，西起乌粱素海泄水渠，东至包头市郊区，系一介于黄河及乌拉山麓之间的带状 灌域，南北宽3 卅5j c m ，总土地面积4 8 万h m 2 ，净可灌面积3 7 万h m 2 地势由西北向东南倾斜， 地面坡降1 7 0 0 0 左右，地面高程1 0 8 0 - q o l o m 。 解放闸灌域基本情况 河套灌区解放闸灌域位于河套灌区西部，灌域总控制面积2 1 6 x10 ih m 2 ，灌溉面积1 4 2 x10 i l 埘2 ，其中耕地1 2 2 x l o h m 2 ，林草地2 0 1 x l o h m ：灌溉面积占全河套灌区灌溉面积2 5 解 放闸灌域是河套灌区重要的粮食基地，年均引水量( 近十年) 1 3 亿矗，排水量1 7 亿矗，毛灌溉 定额9 4 5 0 m 3 h m 2 ，净灌永定额2 2 5 0m 3 h m 2 近几年由于黄河来水不足，加之水费的上涨和管理 水平的提高，农民节水意识增强，弓l 水量和捧水量( 退水量减少) 呈逐年下降趋势。多年( 1 9 8 6 - 2 0 0 2 ) 年均地下水埋深1 6 9 m 从1 9 8 5 年开始灌域内布置有6 7 眼长期地下水观测井，灌域平均地下水 埋深根据所有观测井的观测值进行面积加权求得 7 s 匝匿凶攥韩宸凶瘿血忸氍霍_d匝 中国农业大学硕士学位论文第二章河套灌区基本情况 2 1自然条件 2 1 1 气象 灌区地处干旱半干旱气候带，降水稀少，年降水量1 3 0 - - , 2 2 0 r n m ；蒸发强烈，年蒸发量为 1 9 0 0 2 5 0 0 m m ，干燥多风，日温差大，日照时间长年平均气温5 8 。全年日照3 1 0 0 - , - 3 3 0 0 h ( 一) 气温 年平均气温6 3 7 7 c ，由西向东递减。1 月份极端低温- 3 8 c ，7 月份极端高温3 8 c ，全年大 于等于i o c 的积温为3 0 0 0 h 。年平均无霜期1 6 0 1 8 0 d 日照时数较长，全年日照时数3 1 0 0 多h ， 太阳总辐射量达6 2 0 0 多m j i m 2 ，是我国光能资源最丰富的地区之一 ( = ) 降水 表2 - 11 9 9 7 - 2 0 0 0 年河套灌区降雨量统计表( 单位= 哪) 站别海力素苎拉特后五原县疆口县杭锦后旗 乌拉特前 临河市 平均 站别海力素五原县疆口县杭锦后旗临河市 平均 旗旗 1 月 1 0 7 1 3 0 1 5 5 o 4 0o 2 2 1 2 50 6 30 9 2 2 月1 0 5o 8 30 鹋o 5 0o o - 6 22 1 0o 9 2 3 月 3 8 02 5 5 5 4 2 2 3 5 2 5 6 07 1 34 1 3 4 月& 2 5 5 4 0 7 8 57 2 7丘8 l 2 6 9 3lo 0 5 5 月 i 3 62 1 1 71 7 1 52 1 7 01 7 5 3 1 9 1 2 2 1 8 01 7 1 2 6 月2 1 8 3 8 2 2 1 8 2 8 3 21 9 8 71 8 2 72 7 3 01 9 6 l 7 月 3 4 93 4 3 0 3 0 0 3 1 8 4 5 2 8 9 55 0 6 04 0 3 32 9 4 5 8 月2 4 盯2 2 2 34 0 如3 8 6 22 9 4 55 2 5 02 0 4 83 2 郇 9 月 1 3 1 01 0 5 3 2 7 3 0 1 9 9 7 2 3 6 73 5 8 23 1 31 9 0 7 l o 月 2 8 84 3 04 1 04 2 02 鹤 6 鸺o 龉3 的 1 1 月1 2 81 1 00 5 31 2 50 3 8o 7 0o 9 0n 8 8 1 2 月 2 1 81 1 0 30 7 71 0 2 1 5 20 0 01 合计6 6 3 11 2 3 1 81 5 8 3 21 4 3 7 81 3 2 5 32 0 0 l7 01 5 1 6 01 3 9 4 9 注l1 1 1 月一翌年3 月降水量占全年矗6 。降水量为7 9 3 1 2j - 3 月辟水量占全年 2 8 1 ，降承重为& 9 & 4 - 6 月辟水量占全年3 3 5 幅，辟水量为4 6 , 7 9 ； 4 6 - - 8 月辟水量占全年5 8 5 9 i 降承重为8 1 ，7 3 l e7 呻月肆术量占全年5 2 0 。降水量为8 1 1 9 ； 6 1 0 - - 1 2 月降水量占全年& g 雕t 辟水量为5 5 5 年平均降水量6 6 3 2 0 0 m m ，白西向东递增，降雨集中在6 曲月份，占全年降水量的7 2 ， 4 巧月降雨量占3 3 5 4 左右，系一无灌溉即无农业的地区 9 中国农业大学硕士学位论文第二章河套灌区基本情况 ( 三) 蒸发 年平均蒸发量1 9 2 0 4 4 4 6 3 7 5 m m ，白西向东递减，5 7 月份蒸发量最大，占全年蒸发量 的4 5 以上，1 1 月份至翌年的1 月份蒸发量仅占全年的6 左右 表2 - 21 9 9 7 2 0 0 0 年河套灌区蒸发量统计表( 单位：_ ) 站别海力素乌拉特乌拉特五原县大余太磴口县 杭锦后 乌拉特临河市平均 后旗中旗旗前旅 1 月4 3 4 4 3 72 4 82 9 22 6 64 5 43 3 63 3 53 2 63 4 7 2 月 7 2 86 5 i4 5 65 4 55 1 77 2 75 6 76 3 85 3 65 9 6 3 月1 8 1 21 6 0 61 3 4 01 3 4 81 3 9 11 6 2 21 3 3 21 5 4 91 3 9 41 4 8 8 4 月 3 6 0 63 1 0 92 7 3 12 6 6 62 7 8 72 9 5 12 3 9 9 2 7 & 42 6 2 5 2 8 5 1 5 月5 lo 24 1 5 33 7 1 83 4 4 43 6 6 23 7 2 82 9 1 13 7o 63 4 4 43 7 6 3 6 月 5 3 6 14 1 5 93 8 7 53 2 4 13 8 4 53 7 1 1 2 8 2 53 9 4 93 5 7 93 8 3 8 7 月 5 5 3 0 , t 1 3 43 3 4 6 3 1 乞6 3 5 7 13 5 6 82 6 7 3 7 2 93 3 9 03 6 1 6 8 月4 4 5 13 3 6 62 7 6 52 7 1 73 2 t 33 1 3 42 3 4 83 3 7 02 9 0 63 1 4 1 9 月3 6 5 82 8 7 12 2 6 62 0 7 92 4 6 52 4 6 91 8 8 62 4 6 72 l o 12 4 7 3 l o 月2 2 1 61 8 7 11 3 8 51 3 7 41 4 8 31 8 0 11 2 6 71 4 7 51 3 6 11 5 8 1 1 1 月 1 0 9 01 0 7 85 9 15 9 35 9 41 0 1 4 6 4 87 3 8鹋37 8 1 1 2 月4 7 95 6 02 1 63 0 12 8 76 2 93 9 63 8 74 1 04 1 4 年合 2 2 9 9 52 1 7 2 32 4 0 8 02 6 7 2 31 9 2 0 52 5 1 2 52 2 7 5 52 4 9 4 9 3 4 4 6 42 7 9 9 4 计 注：1 1 _ 3 月蒸发量占全年9 7 4 5 ，蒸发量为2 4 3 1 1 ； 2 4 - 6 月蒸发量占全年4 1 8 镰，蒸发量为1 0 4 5 1 9 ； 3 - 7 _ 9 月蒸发量占全年3 7 2 “，蒸发量为9 2 9 0 2 ； 4 1 0 - 1 2 月蒸发量占全年1 1 1 揣，蒸发量为2 7 7 5 8 ( 四) 风 全年以西风及西北风为主，年平均风速在2 5 - 一3 m s 。冬春两季多风沙，年风沙日数4 弘1 0 5 d ， 最大平均风速为1 9 6m s 。 ( 五) 土壤冻结 土壤冻结始于每年的1 1 月中下旬，冻土层厚度l 一1 3 m ，冻层全部消融在五月中旬土壤冻 结至融通的历时长达1 8 0 d 2 1 2水文、水域 ( 一) 黄河 黄河流经灌区南缘，水量丰沛，水质好，是灌域的优质水，现分述如下。 年径流：据磴口站( 三盛公枢纽入库站) 1 9 6 9 - , , 1 9 8 5 年资料，多年平均径流量2 9 4 亿m 3 ，最 中国农业大学硕士学位论文 第二章 河套灌区基本情况 大4 0 6 亿m 3 ，最小1 8 3 亿一多年平均流量9 3 0 m 。 泥沙：据磴口站t 9 6 9 - 1 9 8 5 年资料，多年平均输沙量为9 1 1 5 万t ，多年平均含沙量3 1k g m ， 最大含沙量5 1 7k g m 3 ( 8 月份) 最小含沙量0 9 3 3k g m ，( 1 月份) 。黄河泥沙粒径较细，粒径 0 1 o 0 5 m 的占1 2 ，0 0 5 0 0 1 m 的占4 3 $ ，小于0 0 1 m 的占4 5 5 。 冰凌；封冻期一般在1 1 月下旬到1 2 月上旬，解冻期一般在3 月中旬，封冻期1 0 0 d 左右。 冰层厚一般0 6 o 8 m ，最厚1 5 m ，每年3 月2 0 日左右，黄河开始解冻，出现凌汛，冰块面积 8 1 0 时，厚0 5 1 9 m ，冰块流速1 1 5 m s 。每年4 月初凌汛结束。 水质：据石咀山水文站1 9 6 0 1 9 7 1 年实测资料，黄河水含盐0 3 4 9 l 盐分组成以 c a ( h c o o2 为主。占5 0 5 ，n a c l 占1 6 5 ，m g s o 占锚，m g ( h c o ) ：占1 2 9 6 ，n a 2 s o , 占8 。近几年 来黄河水质有变化，河水含盐量逐年增加。据石咀山( 二站) 资料，1 9 7 5 年5 1 1 月河水平均含 盐量为0 3 6 9g l ，1 9 7 8 年同期平均含盐量增加到o 4 2 7g l 。1 9 7 9 1 9 8 2 年黄河水含盐量一般 在o 4 0 o t6 3g l 之间，重碳酸根和钙较稳定，硫酸根及镁离子稍有变化，变化大的是氯离子 和钠离子。黄河水无残余碳酸钠，钠吸附比在0 8 7 2 1 之间。灌溉系数很高，般大于3 0 ，含 盐量较大的年份( 1 9 7 9 年) 灌溉系数仍在1 8 以上，是低钠，优质灌溉水 ( 二) 山洪沟 灌区北部有狼山、乌拉山，狼山全长2 5 0 k m ，共有大、小山洪沟1 4 7 条，集水面积1 3 万h m 2 ， 其中2 5 0 h m 2 以上山沟1 4 条，占集水面积9 0 。由于降雨稀少，各山沟年径流量很小，狼山西部 多年平均径流深1 5 - - 3 m m ，东部3 s m m 据调查，有清水的山沟仅有4 0 条，但流量都很小，除 鸟兰补伦沟流量可达| o o 5 0 0 l s 外，其余山沟均在5 0 u s 以下，并经常断流。大山沟汛期洪水频 繁，对灌区有危害，但其影响范围仅在总排干沟以北。 乌拉山位于三湖河灌域以北，共有山沟2 8 条，集水面积3 8 8 h m 2 1 0 h m 2 以上的山沟1 l 条 多年平均径流深1 0 - l s n n n ，山沟清水流量很小一般皆在5 0 l s 以下由于沟口距三湖河干渠较 近，且未设防，故汛期洪水经常打断三湖河干渠，对灌区危害较大 ( 三) 海子( 湖泊) 灌区共有大小海子2 0 8 处，其中以乌梁素海面积最大，海水位1 0 1 9 o m 时，水域面积2 9 0 h m 2 ， 库容3 3 亿m ，平均水深1 0 9 m ，最大水深3 7 m ，是后套地区目前和今后捧退水、山洪水的容泄 区，也是灌区鱼、苇生产基地 2 1 3地质及水文地质条件 ( 一) 第四纪地质结构 河套平原是一个侏罗纪晚期形成的断陷盆地，呈北深南浅、西深东浅的不对称箕形坳陷，受 东西内、北东向和北西向三组断裂构造控制。薪构造运动有明显继承性，控制着盆地的发展和第 四纪沉积特征第四纪构造形态亦形成不对称坳陷，地下径流无自然排泄出路，为一封闭的沉降 中国农业大学硕士学位论文 第= 章河套灌区基本情况 盆地。由于古气候千湿变化影响地层盐分富集的相同分布，自更新世以来，有三个相对的积盐期， 以中更新世晚期( q 2 ) 为区域性积盐期。这种大陆盐渍化作用强烈的沏相沉积条件，是造成区域 含水层颗粒细、径流不畅、无捧泄出路，盐分富集与高矿化成水分布广的主要原因。 黄河的形成和发育，特别自全新世以来，由于黄河多次泛滥改道，形成河湖相交替，地下水 质成淡交错分布的格局 二) 水文地质条件 河套平原在地质构造上为长期下沉的断陷盆地，在漫长的地质时期中，一直为湖水所占据， 形成范围广阔的以湖积为主的富含盐分的沉积层。由于黄河的形成及其多次改道，又在湖积层上 覆盖了黄河冲积层。在黄河古河道的波及区和引黄灌溉大量淡永补给作用下，湖积层威水区上覆 盖了淡水层，因而造成了河套平原多变而复杂的咸淡水层。正是由于有这样一个比较淡化的冲积 土层，加上黄河水的灌溉之利，河套的灌溉农业得以建立。但是灌区又是一个面积大地面坡降平 缓、壤颗粒细、渗透性差的平原，黄河从南缘通过，地形西南高而东北低为此灌区退水及摔 水必须从西南流向东北然后折向东南入黄河。流路长，坡降缓。流速慢，地下水的流向