（农业工程专业论文）张家口市坝上地区水资源评价及供需平衡研究.pdf

摘要 位于河北省西北部的张家口市坝上地区，属内蒙古高原南缘。区内降水稀少，属水资源贫乏 区。地下水是支持当地经济社会发展的最重要水源。因此开展该地区水资源评价与合理配置研究， 对加强水资源管理，实现水资源的可持续利用和生态环境恢复具有重要意义。 论文在系统收集、整理本地区自然地理、地形地貌水文地质条件、水利工程现状的基础 上，分析坝上地区水资源开发利用中存在的问题；以雨量站实测降水资料为基础，进行地表水资 源评价；运用国际地下水行业推荐的p m w l n 地f 水模拟软件进行地下水资源评价；模拟预测了 各分区未来十年地下水水位变化情况，并划定了地f 水资源开发管理区域。为实现区域水资源可 持续利用，以水资源的高效利用和合理分配为目标，制定了水资源可持续利用规划，并提出了加 强水资源管理的措施和建议。 关键词：张家口市坝上地区，地f 水模拟，水资源评价，需水预测，措施 2 a b s t r a c t t h eb a s h a n ga r e ao fz h a n g j i a k o uc i t yl o c a t e so i ln o r t h e r nw e s to fh e b e ip r o v i n c ea n dl i e so nt h e s o u t h e mi n n e rm o n g o l i a i n f r e q u e n tr a i nl e a d st oi tb e l o n g st oaw a t e rs h o r t a g er e g i o n g r o u n d w a t e ri s m a i nw a t e rs o u r c ef o re c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ，i ti ss i g n i f i c a n tt oc a r r yo u tas t u d y o ng r o u n d w a t e ra s s e s s m e n ta n dr a t i o n a la l l o c a t i o no fg r o u n d w a t e rt os t r e n g t h e ns u s t a i n a b l eu s ea n d m a n a g e m e n to f w a t e rr e s o u r c e ，a n di m p r o v ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t b u i l d i n go nt h ec o l l e c t i o na n dc o l l a t i o nd a t ao f p h y s i c a lg e o g r a p h y , t o p o g r a p h 弘h y d r og e o l o g i c a l ，w a t e r r e s o u r c ee n g i n e e r i n gs y s t e m s ，t h ep a p e rh a sa n a l y z e de x i s t i n gp r o b l e m si nw a t e rr e s o u r c ed e v e l o p m e n t f o rb a s h a n ga r e a c o n d u c e das u r f a c ew a t e ra s s e s s m e n tb a s e do na c t u a lp r e c i p i t a t i o nd a t af r o mr a i n f a l l s t a t i o n s ；b yu s i n gp m w l ng r o u n d w a t e rm o d e l i n gs o , w a r ew h i c hi sr e c o m m e n d e db yi n t e r n a t i o n a l g r o u n d w a t e ri n d u s t r y , g r o u n d w a t e ra s s e s s m e n th a sb e e nc a r r i e do u t i no r d e rt oa c h i e v et h eo b j e c t i v e o fs u s t a i n a b l ea n de f f i c i e n tg r o u n d w a t e rm a n a g e m e n t ，s u s t a i n a b l ew a t e rr e s o u r c ep l a n n i n ga sw e l la s m e a s u r e sa n dr e c o m m e n d a t i o n sf o rs t r e n g t h e n i n gw a t e rr e s o u r c em a n a g e m e n tw e r es u g g e s t e d k e yw o r d s ：b a s h a n ga r e ao fz j kc i t y , g r o u n d w a t e rm o d e l i n g ，w a t e rr e s o u r c ea s s e s s m e n t ，w a t e r d e m a n dp r e d i c t i o n ，m e a s u r e s 3 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，尽我所知，除了文中特别加标注和致谢的地 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。 研究生签名时间：2 0 0 7 年6 月 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、往用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文 的复印件平磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校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，可以采用打印、缩印或扫描等多制手段保存，汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：互均炎导师签名 中国农业大学彬- 十。学位论文 第一章绪论 s m _ s m ! l i s ! ! ! ! ! ! 鼍 第一章绪论 1 1 研究的目的和意义 水是 ：农业生产，社会经济发展和生态环境改善不可替代的极为宝贵的自然资源。随着社会 的发展与进步，社会对水的需求不断增加。而自然界所能提供的可利用的水资源又有一定的限度， 并不是取之不竭、用之不尽的。突出的供需矛盾使水资源已成为社会经济发展的重要制约因素。 近年来，由于全球人口增疑和社会经济发展，需水链增长速度惊人，用水的浪费和水资源的污染 更起着推波助澜的作用，使水资源日盏短缺，水的问题已经成为严重的社会问题。 我国水资源总量2 8 1 2 4 亿m 3 ，河川年平均总径流量为2 7 1 1 5 亿m 3 ，排在世界第六位。但我国 人均水资源量并不丰富，相当于世界人均_ i 有量的1 4 ，是世界人均水资源缺乏的1 3 个国家之一。 我国水资源空间上分布的不平衡性与全国的人口和耕地分布上的差异性，构成了水资源与人口和 耕地不匹配的基本特征。加之水资源浪费及用水效率低下，水环境进一步恶化的趋势尚未遏制、 水资源管理体制亦有待完善等，使得我国2 1 世纪社会经济发展总目标将面临水资源供需矛盾的 进一步加剧”。 水资源短缺已成为当今人类面临的最严峻挑战之一。在过去2 0 年中，地下水资源做为基础 资源为发展中国家的人口、经济的发展提供可靠、优质、低价的水源”。 张家口市坝上地区位于河北省西北部，京滓两都市的上游，内蒙古高原南缘。属半干旱地 区，自然条件差，生态环境脆弱。区内降雨稀少，没有大的河流，也没有过境水资源的补给，地 表水资源极为匮乏，因而地下水资源是支持当地经济社会的最重要水源，人均水资源占有量不足 5 0 0 m 3 ，低于河北省的平均水平，是世界人均的1 3 0 ，远远低于国际公认的人均1 0 0 0 m 3 的下限， 属严重缺水地区。坝上地区地处京津两都市的上游，水资源能否町持续利用和优化配置，不仅直 接关系到当地经济社会能否协调发展，也关系到当地生态环境能否改善，对京津的生态环境改善 也有举足轻重的作用。因此开展“张家口市坝上地区水资源评价与合理配置研究”，对促进坝上 地区水资源可持续利用与社会经济的可持续发展，具有重要的战略意义和现实指导作用。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外地下水系统数值模拟研究现状 目前，国外该领域的研究主要针对数值模拟法的薄弱环节。提出新的思维方法，采用新 的数学工具，分析不同尺度下的地下水系统变化情况，合理地描述地下水系统中大量的不确 定性和模糊因素p 】。 i 、该领域科学家在地下水系统数值模拟的工作程序、步骤方砸达成了一致，强调对水文 地质条件合理概化的重要性，并深入探讨尺度转换问题和量化不确定因素问题。 根据a n d e r s o n 等提出的工作程序，要建立一个正确且有意义的地下水系统数值模型，应 进行以下】：作：确定模型目标。建立水文地质概念模型，建立数学模裂，模裂设计及模型求 解，模型校正，校正灵敏度分析，模型验证和预报预报灵敏度分析，模弛设计与模型结果 i 中国农业大学硕f 学位论文第一审绪论 的给出，模型后续检奁以及模型的再设计”。 2 、国际上开发了许多功能多样的地下水系统数值模拟软件，以其模块化、可视化、交互 性，求解方法多样化等特点得到广泛的使用据美国地质调查局统计，m o d f l o w 几乎占地下 水系统数值模拟软件总应用次数的一半，这些年其功能更是不断完善。地理信息系统( g i s ) 与 地下水模犁的整合强化了数据的输入、传递、方案调整和空间分析等，开始广泛运用应用到 区域水十资源监测、模拟中。遥感( r s ) 提供了判断地质边界、地貌单元和估算地表蒸发等的 工具p 1 。地f 水系统数值模拟模型与相关领域模型的耦合更扩展了其发展空间，可以解决更多 的实际问题，如r a m i r e d d y g a r i 等通过对p o t y l d r 地表水模型与m o d f l o w 地下水模型的 修改并增强，用于模拟w e t w a l n u t c r e e k 流域 6 1 。地下水模拟技术也用于地下水污染预测中pj 。 研究人员广泛应用地f 水系统数值模拟软件和3 s 技术，在应用中发现问题，使功能不断 加强，并通过与其他模型耦合发挥其独特优势。 1 2 2 国内地下水系统数值模拟研究现状 l 、近几年，随着新技术、新方法的广泛应用，我国该领域科学家也做了大量的工作，在 建立地下水系统数值模拟模型中发现问题，在理论和方法上不断创新，通过数值模型理论与 相笑研究方向的理论结合，不断提高模拟结果的可靠性。 陈家军等指出在进行医域地f 水位估值时线性漂移的泛克立格法即可取得很好的效果p j 。 卞锦宇等较好地解决了相对隔水层缺失区越流系数无法调试的问题一j 。王玮提出了用人工查点 法、半自动查点法、数字化地形图提取法等获取数字高程模型( d e m ) 的方法，并给出了通过 数字高程模型计算节点地面标高的方法【l 。卢文喜对地下水运动数值模拟中的边界条件进行 了分析，提出在模型预报前要考虑自然冈素、人类活动因素及邻区水流条件因素产生的耦合 效廊问题，先对边界条件进行预报j 。张祥伟等根据地质统计，逆问题理论和地f 水运动理 论提出了人区域地f 水系统数值模拟的理论和方法【l “。综上所述，针对数值模拟过程中需要 处理的地面标高，初始水位、边界条件、源汇项和水文地质参数等问题，可采取数字高程模 型( d e m ) 及各种耦合模型，结合地球动力学、地质统计、逆问题理论和三维空间拾取技术等 来提高模拟效果。 2 、国内在运用地下水系统数值模拟软件以及地理信息系统的强大功能，并结合相邻学科 的模型方面，也做了积极的探索。 陈锁忠等以g i s 为主控模块，选择g m s 和地面沉降模拟模型系统( c o m p a c ) 进行集成分析 和设计1 1 3 1 。陈劲松等分析了m o d f l o w 中不同求解方法对精度的影响，选用p c g 2 法或s i p 法求解结果满足精度要求，而选用s s o r 法获得结果无法满足精度要求l i ”。陈锁忠等研究基 于g i s 的孔隙水文地质层三维空间离散实现的技术路线，提出了基于g i s 的孔隙水文地质层 不规则人面体元的三维空间离散方法，具有较高的实用价值i i ”。陈喜等揭示了独特沙丘地形 和士壤特性对地下水补排量的影响，利用地f 水系统数值模拟模型m o d f l o w 和非饱和带水 平衡模型对处于半干旱半湿润沙丘地区( s a n d h i l l s ) 的地f 水位进行了模拟，效果很好”。地 下水系统数值模拟软件以其组件化、智能化、可视化和多样化受到普遍欢迎，g i s 与地下水 2 中同农业大学硕卜学位论文第一章绪论 系统数值模拟模型的整合具有整体化，自动化、可视化和实时性的优点，相关领域模型的耦 合更使其有了厂。泛的发展空间目前国内外对具体问题的处理方法只有很好的爹考应用价值， 大量的研究强化了地下水系统数值模拟方法的优势。 我国在地下水系统模拟走过三个阶段。上世纪我国做了大量的地下水监铡和不同精度的 勘探工作，几乎所有地区都建立了地下水监测和不同比例尺度的水文地质普查和勘探，建立 了地下水监测网络，积累了几十年的地下水动态监测资料，从上世纪7 0 年代开始，我国在很 多地区开展地下水试验场建设，识别地下水系统的重要参数。在监测，勘探和试验的同时， 根据对地下水系统认识程度的不同，建立了随机模型和确定性数值模型，如解析模型，有限 单元、有眼差分、边界元等确定模型”“。 1 2 3 研究区水资源的研究现状 自2 0 世纪8 0 年代以来，水利部组织开展了我国第一次水资源评价工作，全国和各省、地市 所完成的水资源评价成栗，为制定社会经济发展和有关行业规划丁：作提供了可靠的依疆。 改革开放以来，经济社会的蓬勃发展，我国人口、资源、环境，经济等均发生了前所未有的 变化，第一次水资源评价成果已不能反映当前的水资源状况和开发利用情况也很难满足和适应 目前农资源优化配置与统一管理的实际需要。因此2 0 0 0 年以来，水利部布置开展了第二次水资 源综合评价及水资源规划。 张家口市水利、水文地质部门在坝上地区也开展了一些工作。包括1 9 8 2 年张家口市水文地 质工程局在坝上地区开展了详细的水文地质勘探勘查：【作。通过地质钻孔，查明了坝上地区地质 岩性及分布情况，完成了断裂带铯质前面囝的绘制工作；通过迸行大量的抽水试验确定了坝上 地区不同水文地质岩性分布倩况及其岩层厚度、涌水量情况，并完成了坝上地防l ：1 0 万水文地 质图的绘制工作。摸清了坝上地区地下水富水性分布情况，为坝上地区地下水资源合理开发奠定 了基础”“。 1 9 9 4 年，由张家口市水利水保局，张家口市地质矿产局联合完成了张家口市地下水资源 开发利用规划。该规划从以本区生活用水、工业用水、农业用水为基础，对规划期内水资源供 需平衡状况进行了分析，并制定了未超采区地f 水开发利用规划” 2 0 0 2 年一2 0 0 3 年，坝上地区各县也完成了箨县地下水资游开发利用及调卉评价报告。 2 0 0 5 年张家口市水文局完成了河北省张家口市第一二次水资源评价报告洲。 2 0 0 3 年一2 0 0 4 年，中澳技术合作河北水及农业管理项目在坝上地区开展了河北北部坝 上三县自然资源综合评估工作8 ”。 本次研究重点为流域面积、用水量、产值占主导地位的内陆河流域。以国际地下水行业推 荐的地下水模拟软件p m w i n 为工具，以地f 水天然汇集区域为研究单元，建立了地下水模型，对 坝上地区地下水资源进行空间评价，芹用地f 水长期监测资料作为模型校准的主要依据，参_ ! ! l i 近 几年坝上地区全社会用水变化趋势，并适度考虑未来十年带水潜力和预测的地下水资源开采力 3 中国农业大学硕i 学位论文第一章结论 度，预测了各模型区十年后地下水水位变化趋势、幅度、范围、及可能产生的问题，重点分析了 坝上地区水资源开发利用中存在的问题，调布分析了坝上地区农业灌溉用水效率及节水潜力井 利用g i s 技术。对研究区域的灌溉适宜性进行综合评价。以资源合理开发利用和经济社会协调发 展的观点，制定该区水资源可持续利用规划。 1 3 主要研究内容及技术路线 本课题的主要研究内容有： ( 1 ) 深入分析研究区域内的自然、经济条件及现状水资源开发利用中存在的主要问题： ( 2 ) 运用降水径流法，对地表水资源进行评价，利用地下水数值模拟技术p m w i n ，以 地下水天然汇集区域为研究单元，进行地下水资源评价； ( 3 ) 根据各分区预测的地下水水位下降幅度，结合现有机井布局及井深，划分地下水资源的 管理区域，制定不同区域的管理措施。 ( 4 ) 对规划期内水资源供需平衡状况进行分析，以提高水资源效率为目的，进行水资源优化 配置。 ( 5 ) 针对现状水资源开发利用存在的问题提出水资源合理开发、有效管理的措施与方法。 采用的技术路线是： ( 1 ) 以a r c g i s 为工具，对研究区域现有的水文地质图、土壤分布图进行数字化，利用d e m 数字化高程图，完成模型数量及范围的划分工作。 ( 2 ) 以p m w i n 地下水模拟技术为研究工具，利用当地降雨资料、数字化的水文地质资料、 土壤资科，建立地下水模型，确定模型边界条件和模型参数。o p s 用于机井普查的井位确定，完 成研究区域的现有农用机井的普查及主要灌溉作物灌溉用水情况抽样调查工作，计算各模型区地 下水资源现状开采量。 ( 3 ) 以相关单位在该区的地下水长期监测资料为依据，参照研究地区近几年全社会用水变化 趋势，对模型进行校准和预测。 ( 4 ) 以国家、河北省现有水资源管理政策、法规为根据，针对坝上地区现状水资源开发利用 存在的问题，以提高水资源管理水平为目的，提出水资源合理开发利用、加强管理对策措施。 4 中国农业大学硕士学位论文第二章研究区域的基本情况 第二章研究区域的基本情况 2 1 自然地理 2 1 1 地理概况 张家口市坝上地区位于河北省西北部，包括康保、沽源、张北和尚义四县及察北牧场、塞 北牧场两个管理区。东与承德市丰宁县相邻，北与内蒙古自治区接壤，西南与山西省天镇县交界， 南与怀安县、万全县和崇礼县毗邻。地理坐标在东径1 1 3 。5 0 一1 1 6 。0 4 ，北纬4 0 。4 4 - - - 4 1 。 3 2 。全市行政区划总面积3 6 8 8 0k m 2 ，其中坝上四县及二管理区行政区划总面积1 3 8 1 6 k m 2 ，占全 市总面积的3 7 7 。划分为内陆河流域、潮白河流域、滦河流域、永定河流域。其中8 5 的地貌 为坝上高原，属内陆河流域，海拔一般在1 3 0 0 - - - 1 5 0 0 m 之间，地势南北高，中间低，其间残丘、 岗粱、滩地、湖淖相闯分布。呈典型的波状高原景观。各坝上地区各县流域面积情况见表2 1 ， 坝上地区地形情况见图2 - 1 。 囊2 - 壤上地区各县及藏域分区面积表 围2 - 1壤上地区地形围 中国农业大学顾i 学位沦文第一= 章研究区域的皋本情况 i m i 一i i 鼍曼曼曼曼曼曼曼烹曼曼曼曼皇量! 曼 2 1 1气候和降水 坝上地区属典型的寒温带半干旱大陆性季风气候，气候明显受蒙古高压中心影响。夏季凉爽 短促，雨水集中：冬季寒冷漫长干燥少雪：春秋两季多风少雨，气温变化剧烈。张北，康保， 沽源、尚义四县多年平均降水量分别为4 0 2 m m 、3 5 8 m m ，3 9 8 m m 和4 1 3 r a m 。 全区平均无霜期为9 0 1 0 7 天，多年平均气温分别为z 2 。c 3 ，5 c ，多年月平均气温变化明显， 日温差变化大。张北、康保、沽源尚义四县的水面蒸发量分别为1 1 5 3 9 m m 、1 0 0 4 4 m m 、1 1 7 1 m m 、 1 1 0 2 m m ( e 6 0 1 型蒸发皿) ，月平均蒸发量以五月晟大。水面蒸发量约是降水量的4 倍。 2 2河流水系 沽源县境内有滦河、潮白河、内陆河三大水系。主要河流有滦河流域的闪电河；潮白河流域 的黑河、白河发源于本县。向南平行贯穿赤城县，注入密云水库；内陆河流域有葫芦河，平定堡 河等。 张北县共有河流2 5 条，总长度7 9 3 k m ，较大河流有1 3 条，除盘常河外，均属内陆河，最人 的内陆河为安固里溺，总长2 2 7 k i n 。一些季节性河流长度虽然更长但流量很小。在南部和东部地 区都有一些小型集水盆地，将水排入盐湖中，最终排入安固里淖。 尚义县埂上地区为内陆河流域，主要有大青淘河、二龙河；坝下地区属海河流域永定河上游， 有东洋河及其支流1 7 条，其中较大支流有瑟尔基河、银子河、鸳鸯河。 康保县没有主要河流，仅有十几条季节性的小 可流分布。 2 3 地质与水文地质概况 坝上地区大地构造属内蒙地槽南缘，中朝地台北部，以康保一围场断裂为界，以北属内蒙占 地槽，以南为中觐准地台。 坝上地区部分为山区、另一部分是内陆平原区。山区受大气降水真接补给，沿裂隙由高处向 低处渗流，入部分以泉的形式澄丁科寺近淘谷转化成地表径流排走，另一部分i 放为地下崭流补给 平原区地下水。 内陆平琢区地f 水补给主要是天气降尔，另一部分是绩受盆地周围山区地下水侧向补给， 还有少量地表水体入渗补给。地下水的径流受地形和岩性所制约，其方向基本与地形坡降一致， 由四周向中心运动。由上游向- f 游运动，最后排泄手洞流，或毁潜瀛形式补给f 游基岩逡下水。 地下水排泄主要以潜水蒸发为主，还有少部分渗出地表补给河，淖等地表水。人工开采是地下水 的主要排泄方式。 2 4社会经济 根据张家口市统计资料，2 0 0 4 年坝上全区总人口为1 0 6 ，7 6 万人，其中农村人口9 1 3 8 万人， 占总人口的8 3 ，2 ；城镇人口1 5 3 4 万人i 总人口的1 6 8 。最近十年来人口总数基本稳定。 6 中国农业大学顾 。学位论文 第- 二章研究隧域的肄奉情况 农牧业在国民经济中i i 有重要地位，而工业基础薄弱，产品缺乏竞争力。受独特的地理环境及气 候影响，该区己成为马铃薯、燕麦基地。由于远离 ：业区，无污染，阳光照射充足，近年来，蔬 菜种植迅速发展并以形成规模，产品远销京津两地及东南沿海等城市。旅游业刚刚起步。近1 0 年来，坝上地区国内生产总值保持年均增长7 6 的发展速度但发展不很平衡。2 0 0 4 年，坝上 四县实现国内生产总值4 0 1 3 亿元，其中第一产业产值为2 0 4 8 亿元，第二产业产值为8 5 1 亿元， 第三产业产值为1 1 1 4 亿元( 2 0 0 4 年现价) ，分别占国内生产总值的5 1 ，2 1 和2 8 。张北、 康保，尚义、沽源四县人均国内生产总值分别为4 4 5 1 元人、3 5 1 4 元从、3 3 7 9 无人、3 1 2 4y r g 人。农村人口较城镇人口贫困，人均收入介于1 4 5 8 元和1 8 1 4 元之间。坝上地区各县生产总值情 况见表2 2 。 表2 - 2 坝上地区各县2 0 0 4 年生产总值情况裹 注：震中产值为当年价格 2 5土地资源利用现状调查 2 0 0 4 年，坝上地区现有耕地4 6 2 ，6 1 0 i l m 2 ，农业总产值2 0 9 8 5 5 万元，平均产值4 5 3 0 元h m 2 。 其中全区谷物、蔬菜、豆类、薯类、油料作物种植总面积为2 6 1 ，3 8 0i l i i l 2 ，蔬菜、旱作、牧草、 林木面积分剐占总农业用地面积的3 2 、3 4 9 ，3 1 7 、2 7 6 。谷物、蔬菜，豆类、薯类、油 料产值分别为2 1 9 3 9 万元，1 0 5 8 8 4 万元、1 2 0 0 5 万元，3 7 2 5 5 万元、1 1 2 3 5 万元。近十年来，随 着退耕还林还草项目的开展，坝上地区耕地面积呈缓慢减少趋势。2 0 0 4 年其中灌溉面积为 6 6 ，5 8 7 h l n 2 ，占总耕地面积的1 3 5 ，十年变化呈平缓递增趋势。坝上地区近十年十地利用情况见 图2 2 。 7 中国农业大学硕士学位论文 第二章农业资源开发利用现状调查评价 田2 - 2 坝上地区近十年灌溉面积变化情况 2 。6农业生产及其效率 2 6 1 农业生产 蔬菜生产坝上地区昼夜温差大，夏季气候凉爽，加上远离工业区，近离京津城市，交通方 便且无污染。所以它是生产错季、无公害蔬菜的理想之地。自九十年代中期以来，坝上地区开始 大面积种植蔬菜。2 0 0 4 年坝上地区蔬菜种植面积3 8 7 4 1 1 _ m 。张北、康保、沽源、尚义四县的蔬菜 种植面积分别是1 2 3 6 1 h m 2 、8 6 1 8 h m 、1 0 5 9 6 h m 2 和7 1 6 6 h m 。蔬菜种植面积占耕地面积的3 2 ， 但是蔬菜生产产值约占当年农业产值收入的5 0 0 左右大白菜、圆白菜、芹菜和胡萝h 占张北蔬 菜生产面积的8 2 ，其中大白菜种植面积最大，占主要蔬菜种植面积的4 4 。小面积的蔬菜品种 有莴苣、白萝b 、大葱和西兰花等。但在尚义县，芹菜种植面积在主要蔬菜种植面积中约占4 5 。 旱地作物主要旱地作物有小麦、燕麦、亚麻耔、土豆和。旱地作物产量依赖降雨情况，低 而不稳。在主要旱地作物品种中莜麦、亚麻亩均纯收入分别为4 5 3 0 元触2 ，7 5 0 元，h r n 2 。 饲草及畜牧业二、三百年前草场是坝上主要的土地利用方式。由于近几十年来的耕种和造 林占用了大多数的好地，目前草场主要位于高地缓坡上的干旱草场，高程在1 2 0 0 - - 1 4 0 0 m 之间， 土地贫瘠主要饲草品种有：披碱草、羊草、冰草、老芒麦、扁穗冰草、细茎冰草等。坝上地区 草场退化非常严重。造成草场退化有两个主要原因，一是过度放牧，二是草场土质非常差。草的 平均高度由六十年代的7 0 c m 降到现在的1 0 - 2 5 c m 。天然草场平均产草量由六十年代的2 2 5 k g h m 降到目前的1 4 0 k g h m z ，围栏草场产量比天然草场提高5 3 ，目前畜牧存栏量比饲料能充分供养 载畜量高出5 0 - 8 0 。 2 0 0 4 年坝上四县牧草面积达3 8 5 1 4 8 h m 2 ，牧业产值达1 6 0 4 1 3 万元，全区畜牧业单位产值平 均为4 1 6 1 元h m ，载畜量为7 4 8 5 头( 只) h m ，肉禽总产值为1 8 0 7 万元奶类产量为8 4 4 4 9 吨，产 值为4 2 6 3 4 万元。 林地：2 0 0 4 年，林地面积3 3 4 ，6 6 7 1 r r 2 ，主要有杨树，榆树、松树和灌木如山猫柳、枸杞由 于水分不足、温度低和土质差等因素的影响，坝上地区树木生长缓慢，林业生产效益不高坝上 3 主国农业大学硕士学位论文第二章农业资源开发利用现状调查评价 有林业产值低于全省平均水平，林地面积占农业用地面积1 7 ，但其产值只占农业产值的5 。坝 上地区2 0 0 4 年土地利用情况见图2 3 。 2 6 2 农业生产效率 啊2 - 3 埂上地区2 0 0 4 年土地利用情况 为准确掌握坝上地区主要蔬菜投入、产出及灌溉耗水、耗电情况，对坝上地区蔬菜种植的经 济效益我们作了详细的调查分析，详见表2 3 ：从表中可看出，葱头的挣效益最高，其次为自萝 p 和大白菜。 为掌握不同灌溉系统主要作物的耗水情况、成本效益情况，对主要经济作物不同灌溉方式成 本效益情况也进行了调查比较。从调查情况上看，对于同一种蔬菜而言，从净效益上看，膜下滴 灌的效益最高。对于不同蔬菜品种，以管灌灌溉方式进行比较，诤效益最高的品种依次是葱头、 芹菜、白罗h 和生菜；从灌溉用水量上看用水量从低到高的顺序是葱头，生菜、白罗 和芹菜； 用水效率上看，用水效率从高到低的顺序是葱头、芹菜、生菜、白罗p 、胡萝h 、大白菜、甘蓝。 灌溉马铃薯、甜菜的用水效率和收入与几种蔬菜比，效益也很明显，用水效率也较高。无论从亩 净收入、灌溉耗水量比，都有广阔的推广前景。对于早作甜菜、马铃薯、饲草，对灌溉和旱地情 况下的产量、收入也进行了对比，对甜菜、马铃薯，灌溉时的产量收比非灌溉提高3 0 - 5 0 嘘右。 对青储饲草作物，产量可翻一番，收入可增加3 倍。对于甜菜和马铃薯，净收入相差不大，但从 用水效率来看，马铃薯的用水效率要高。详见图2 4 、2 5 。 寰2 - 3 2 0 0 4 年壤上霸地区各类经济作物成本效益谓壹表 耔种化肥农药人工 电费机械小计单价产量小计( 元t 寸) ( 元k g )( k g 9 中国农业大学硕士学位论文 第二章农业资源开发利用现状调查评价 圈2 - 4 主要经济作物成本效益情况 围2 - 5 作物灌溉与善灌溉舞件下产量与收入情嚣 2 7供水工程现状及供水能力 坝上地区2 0 0 4 年现状能实际利用的水库有中型水库4 座，小型水库1 7 座，中小型灌区1 l 处，总设计蓄水能力为2 3 0 4 9 5 万一，实际蓄水能力为9 0 3 3 万3 ，灌溉受益面积为1 0 2 1 3 耐， 年灌溉供水效益为2 5 7 万元。由于近几十年来坝上地区持续干旱，降水稀少，地表水资源锐减， 水利供水工程蓄水量急剧下降，使供水工程的供水保证率低而不稳。 目前水库蓄水量主要满足旅游开发、水面养殖业的用水需求，用于农业灌溉的水量更有限， 2 0 0 4 年农业灌溉水量仅为1 0 4 3 万盥l ，仅为实际蓄水能力的1 1 。，养殖业及其它收入5 3 8 万元， 2 8 节水灌溉面积 2 0 0 4 年，坝上地区实灌面积3 7 ，0 0 0 h m 2 。其中，喷灌面积1 6 ，0 0 0 h 2 ，低压管灌面积3 1 0 0 l 珈2 ， l o 中国农业大学硕士学位论文第二章农业资源开发利用现状调查评价 渠道防渗面积9 9 0 0 h 2 。据调查了解，农民对喷灌工程认识不高，大多喷灌工程实际运用情况不 太好；渠道防渗水源一般为取自水库的地表水源，由于水源保证率低，灌溉保证程度也较低，渠 道防渗工程多为井灌区灌溉中补充灌溉水源。喷灌工程只有察北、塞北管理区的用于7 5 0 l m 的马 铃薯灌溉工程使用的较好。因此实际发挥作用的节水灌溉面积可按低压管灌面积加上察北、塞北 管理区的喷灌面积，共计3 8 5 0 l l m 。 2 9 现状供用水情况 2 0 0 4 年坝上地区供用水总量为2 3 5 4 7 万m s ，其中地表水供水量1 0 4 3 万3 ，占总供水量的4 ； 地下水开采量2 2 5 0 4m ：占总供水量的9 6 其中工业用水量为3 9 3 万m 3 ，占总用水量的2 ；农 业灌溉用水量为2 0 9 4 3 万f ，占总用水量的8 9 ，农村生活用水量为1 9 2 3 万m 3 ，占总用水量的 8 9 6 ；城镇生活用水量为2 8 8 万一，占总用水量的1 。各行业用水量占总用水量的比重见图2 - 6 。 囝2 - b 埙上地区2 0 0 4 年各行生用水在总用水量中所占比重 2 1 0现状开发利用水资源存在的问题 坝上地区现状水资源开发利用中存在的主要问题表现在以下几方面： ( 1 ) 水利工程投入不足，地表水资源的利用程度低由于近年来连年持续干旱，水库蓄水 量锐减，中小型水库及灌区实际控制灌溉面积不足设计灌溉面积的3 0 但目前坝上地区现有的 水利工程仍有部分具有较充足的水源条件进行农业灌溉，由于现有水利工程供水设施缺乏必要的 维护投入，水利工程供水设施不能满足灌区内用水需求，造成了地表水闲置，农业灌溉与工业、 城镇生活之间争相开采地下水的局面 地下水无序开采，局部地下水位下降随着地下水开采力度逐年加大，尤其是农业灌 溉开采地下水的势头迅猛发展，地下水资源处于无序开采状态，在灌溉井密集区，浅层地下水已 经出现了不同程度的下降，从1 9 8 0 到2 0 0 1 年，张北县城周围及东部地区地下水位下降3 - 5 m ，而 中国农业人学顾卜学位论文 第二辛农业资源开发利用现状调盎评价 话部地区地下水位下降5 - 1 0 m 。由于淖泊周围地f 水的过度开采，地下水位下降，使淖泊水大量 补充周围地f 水，湿地面积萎缩，多处淖泊干涸，我省最大的内陆河湖泊拥有近4 0 0 0 h m 2 水 面的安固里淖也不能幸免。 ( 3 ) 利用方式单一农业灌溉基本利用机井开采地下水，农户采用一户- - b 井，三五户一 中井或一深井的形式，从机井到田地距离较近，水抽出后一般采用由软管或小土渠将水直接输送 到地里的灌溉方式。农业灌溉用水主要集中在灌溉蔬菜上。 ( 4 ) 用水效率不高由于缺乏有效的技术指导，大水温漫灌、过量灌溉现象比较普遍，农业 游溉用水效率低下，一方面水资源紧缺，| 另一方面又造成不必要的浪费。 ( 5 ) 管理力度薄弱水资源管理规划的制定，开水资源开发利用的措施，制度建设方面的 研究滞后。或是由于规划缺乏可操作性而不能真正落实。同时水行政主管部门执法力度薄弱，执 法不严格，使无序打井的现象没能得到有效控制。 ( 6 ) 水价形成机制不合理首先，水价的构成不完备。目前坝上地区的城镇供水水价一般只 包含供水成本，水资源费都没有计入水价( 沽源县除外) 。沽源县水价中尽管包含水资源费，但 征收标准与其它同类地区相比也低很多。原有的水资源费征收管理办法中规定，农业灌溉用水一 律没有征收水资源费，但坝上地区8 0 以上的水资源消耗于农业灌溉，农业灌溉用水只交纳提水 时消耗电能需支付的电费。现有水价机制与其水资源紧缺程度相矛盾。水价征收标准没有充分体 现水资源价值的全部内涵。 2 中国农业大学硕士学位论文 第三章水资源评价 第三章水资源评价 水资源评价包括地表水资源量、地下水资源量、水资源总量、水资源可利用量的评价。坝上 地区水资源评价以水利部颁发的水资源评价导则和河北省水资源评价总体工作组编制的河 北省市级水资源评价导则的规定和要求，从坝上地区降水、水文、地形条件、地质条件等出发， 对研究区地表水、地下水数量和质量进行系统评价。地表水评价采用河北省张家口市第二次水 资源评价报告拉1 1 。 3 1降水 雨量站的选择：以降水资料质量较好，系列较长，面上分布均匀且能反映地形变化影响等为 原则。坝上内陆河流域共选用1 9 5 6 - 2 0 0 3 年系列的雨量站3 6 处，站网密度3 2 3 8 k m 2 站。滦河流 域、潮白河流域雨量站密度按照相应流域雨量站密度，分别为2 3 1 5k m 2 站、4 0 0 8k m 2 站、2 1 2 8 k i n 站。坝上地区雨量站分布情况见图3 - l 。 圈争1 埂上地区雨量站位置分布田 在分析计算时，以1 9 5 6 2 0 0 3 年系列为主，对于站点稀少的地区，补充了部分1 9 7 5 2 0 0 3 年系列的雨量站。降雨资料主要来源于张家口市水文局整编后的资料，并收集了以往的分折成果 及有关图件，对资料进行合理性分析后加以取舍。 首先根据各雨量站资料系列计算得到年平均降水量，依据降水量特征资料，结合地形影响， 绘制1 9 5 6 2 0 0 3 年全区多年平均降水量等值线图，然后再分别计算水系分区及各行政分区年降 水量。计算结果表明，内陆河流域水系分区多年平均降水量3 7 9 5 m ，康保县多年平均降水量最 小，为3 4 7 4 衄，沽源县最大，为4 0 8 7 m 。张北、康保、尚义、沽源四县的多年平均降水量分别 为3 8 4 5 m m 、3 4 7 4 m m 、4 0 8 7 m m 和3 8 3 5 m m ，其中7 月和8 月份的降雨量占总降水量的5 0 中国农业大学硕士学位论文 第三章水资源评价 同时对1 9 8 3 - 2 0 0 2 年问各县城点雨量站年降水量过程进行分析，见图3 _ 2 。 3 。2径流量 3 2 1 基本资料 啊3 吨埙上地区1 9 8 4 - 2 0 0 3 年降水量奎化过程线 坝上地区径流资料选用张北、闪电河2 个水文站资料选用的水文站实测资料均为整编并审 查后刊印的成果。实测资料年数均大于4 0 年，详见表3 - 1 。 为提高系列代表性，减少抽样误差，提高统计参数精度，对于中间由于停测而间断的资料进 行了插补延长，资料系列为同步期。插补延长方法主要采用本站年降水与年径流相关的方法，张 北站延长2 年，闪电河站延长5 年。通过插补延长，使单站平均系列长度提高到4 8 年。 囊3 1埙上地区径流量特征值计算成果囊 3 ，2 2 年径流深爱其年内分布特征 坝上地区年径流深在5 3 0 m m 之间。其年内分布的一般规律，1 2 月所占比例最小，3 月因 凌汛比例增加；凌汛过后4 _ 5 月比例下降；随雨季开始，6 - 8 月比例又开始上升，7 、8 月达最大； 雨季过后，9 1 2 月比例又逐月下降，直到次年1 月达到最小值。年径流量年内分配不均，多年平 1 4 中田农业大学顾仁学位论丈 第三章水资源计价 均连续最大4 个月径流量占年径流量的4 0 7 0 。 径流的多年变化规律受降水的多年平均变化规律及下垫商因素的影响，年际变化程度比降水 更为剧烈。坝上地区各水系径流极值统计表见3 2 ： 表3 - 2 埙上地区各水系径漉极值统计襄 3 3地表水资源量 3 3 1 分区地表水资源量 坝上地区地表水资源量按行政分区计算。各县多年地表水资源量，用年径流深等值线量算。 各保证率的径流量，用量算的年径流量均值和查图得到的c v 值和c s c v 值计算。各县降水量、 径流量成果表见表3 3 。全区多年平均降水量3 8 1 o r a m ，多年平均径流量2 3 4 亿m 3 。 裹3 31 9 5 6 - - 2 0 0 3 年埙上地区降水量、径澶量成果计算麦 洼：尚义县地表水资源鼍为全县水资源鼍 3 3 2 出入境水量分析 坝上地区主要河流除闪电河流入内蒙古外，其它河流均为内陆河，因此出入境水量分析以闪 电河来进行。入境选用上下游就近水文站作参照，经面积缩放推求入境量。出境水量采用实测年 径流量。 闪电河水库控制面积8 9 0 k m 2 ，其中在坝上地区境内的面积为3 4 6k m 。，区间来水量为闪电河入库 水量乘以区间面积与闪电河水库控制面积比为0 3 8 9 。闪电河不同年代出入境水量情况见表3 - 4 。 1 5 中国农业大学硕十学位论文 第三章水资源评价 由表中可看出。闪电河入境水量、山境水颦都呈减少趋势。年代之间出入境水鲑减少幅度在 5 0 - 8 0 之惩2 0 0 0 年以来阋电酒没有出境水量。 表3 4 闪电河不同年代出入境水量情况表 3 4地下水资源评价 坝上地区行政区划总面积 3 8 1 6 f z ，山丘区面积5 4 2 5 耐，平原区面积5 0 9 7 k m 2 。在本次地下水 资源评价中，以地下天然集水区为单元进行分区，基本覆盖了以往水资源评价中全部平原区及与 平原区相连的丘陵区，只忽略了少量的山区面积。模型区总面积9 3 1 5 k m 。其中平原区面积4 7 9 5k m 2 山丘区面积4 5 2 0k m 2 ，约占坝上全区总面积的6 7 ，因此，平原区地下水资源评价结果基本可以代 表整个坝上地区地下水资源储量及分布情况。因此本文研究坝上地区平原地下水资源评价。 3 4 1 p m w i n 软件简介 p _ i w i n 即p r o c e s s i n gm o d e l t i n gf o rw i n d o w s 技术，由美国地质调查局编译完成，用来描 述、预测地下水系统行为变化。p m w i n 是在早期的m o d e l f l o w 的基础上加以改进和完善的。 m o d f l o w 软件可用于模拟水流为平面非稳定流并服从达婚定律的二维及准二维非稳定地下水流， 包括承压、非承压及其转化类型的非稳定地下水运动过程。它是一个三维的有限著分模型， m o d e l f l o w 拥有m o d f l o w ，蹦p a n l 、m t 3 d 、m t 3 i ) m s 、m o c 3 d 、p e s t 、u c o d e 七个软件包，并完全综 合软件。分别从对地下水流量，地f 水传播路径及传播时间，地下水平流、扩散，污染，模型数 据的差分，参数估计及模型参数的自动调整等方面进行模拟。它可用于模拟如机井，河流、排泄、 独立水头边界、以及补给、蒸发等情况。 p m w i n 被认为是一个行业标准，向国际地下水行业推广。除具有m o d f l o w 上述七个软件包之 后，又增加了另外七个软件包，分剃是随时间变化特定水头软件包，图解，水平流量隔水层，含 水层间水量交换，水库、河道流量一路径软件包。p l a i n 提供了完整综台的地下水水流量模型及地 下水流线模型，拥有专业的幽解用户界面，支持模拟一些其它的模拟工具，可以输入d x f 文件， 光栅文件，模拟时段可达1 0 0 0 个，8 0 层，每层单元格数达2 5 0 ，0 0 0 个。具有演示、结果输出， 6 中国农业大学硕 学位论文第= 节水资源评价 曼曼! 曼曼曼皇! ! 曼皇曼皇曼鼍mm - - 曼! 曼曼曼曼! ! 曼量皇曼! ! 皇曼! 曼量! ! ! 曼曼曼 地形插分、水量平衡计算和制图锋功能。 p m w i n 原理是根据模拟范围及水文地质情况，确定模型区含水层数，然后将模型区按一定尺 寸划分为若干个单元格。每个单元格有自己的位置。在每个小单元格里，流入单元格的水鼍等于 流出水量，在水流分布上，遵守达西定律。模犁整体平衡以