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西北干旱内陆区石羊河流域农业耗水对变化环境响应的研究

佟玲  
【摘要】: 石羊河流域是甘肃省河西走廊三大内陆河流域之一,随着当地工农业生产的迅速发展,各部门需水量急剧增长,水资源供需矛盾十分突出。本研究考虑气候、地形、植被及灌溉农业发展等变化环境对区域农业耗水的综合影响,探索流域尺度农业耗水时空变化规律,为制定流域规划、确定合理的绿洲灌溉农业规模和农作制度等提供参考。通过本文的研究,取得了如下一些主要结果: (1)经线性回归分析,近50年凉州参考作物蒸发蒸腾量ET0呈逐年显著减少趋势,古浪ET0呈逐年显著增加趋势,天祝ET0呈逐年特显著增加趋势,其它站ET0变化趋势不显著。利用Kendall检验方法与线性回归分析方法获得的ET0年际变化趋势结果基本一致。各站年ET0系列Pettitt非参数变点检验结果表明:凉州ET0系列均值变点出现在1962年,天祝均值变点出现在1989年与1996年,其它站未发现均值变点。ET0与气象要素相关分析结果表明:民勤、永昌、古浪、门源ET0受年平均相对湿度RH影响最大,山丹受年日照时数n影响最大,凉州受年平均风速u2影响最大,天祝受年平均最高温度Tmax影响最大。 (2)近50年凉州的各种作物蒸发蒸腾量ETc呈特显著下降趋势,天祝的各种作物ETc呈显著增加趋势,山丹的春小麦与胡麻ETc呈显著下降趋势,其它站点的各种作物ETc年际变化趋势不显著。 (3)利用各种作物ETc和净灌溉需水量I与数字高程模型DEM中的海拔高度H及其派生出的坡向A及纬度V建立的尺度转换函数,基于DEM和土地利用图借助GIS软件建立了该流域耕地表面各种作物ETc和I的空间分布模型。各种作物ETc和I的空间分布趋势大致为从西南至东北、由山区向绿洲平原递增,其中,民勤春玉米ETc和春小麦I最大,天祝棉花ETc和I最小。 (4)近50年流域农业总耗水量及总净灌溉需水量均为特显著增加趋势,近50年流域农业总耗水量增加了5.76亿m3,流域总净灌溉需水量增加了2.97亿m3。2003年流域农业总耗水量为17.61亿m3,流域总净灌溉需水量为13.03亿m3。总净灌溉需水量占农业总耗水量的比例呈逐年特显著减少趋势,目前该流域74%以上的农业总耗水量需要灌溉供给。 凉州与金昌农业耗水量占全流域农业总耗水量的比例呈逐年特显著增加趋势,民勤呈逐年特显著减少趋势,天祝与古浪无显著变化趋势;凉州农业净灌溉需水量占全流域农业总净灌溉需水量的比例呈逐年显著增加趋势,金昌呈逐年特显著增加趋势,民勤呈逐年特显著减少趋势,天祝与古浪无显著变化趋势。中下游凉州与民勤的农业净灌溉需水量占全流域总净灌溉需水量的比例均大于其农作物播种面积占流域农作物总播种面积的比例,而上游古浪与天祝的农业净灌溉需水量比例均小于农作物播种面积比例,说明流域内水分消耗在空间上不均匀。 (5)流域农业总耗水量受温度与日照时数影响较大,其中凉州与古浪受年平均温度Tmean影响最大,民勤与天祝受年日照时数n影响最大,金昌受年平均最高温度Tmax影响最大。流域农业总净灌溉需水量受温度与降雨量影响较大,其中凉州与金昌受年平均最高温度Tmax影响最大,民勤与天祝受年降雨量P影响最大,古浪受年平均温度Tmean影响最大。 (6)近50年随着农业种植结构的调整,高耗水的春小麦等粮食作物种植面积比例降低,低耗水的棉花等经济作物种植面积比例增大,流域单位面积农业耗水量及农业净灌溉需水量均呈特显著下降趋势,单位面积农业耗水量由20世纪50年代的506.9mm减少为目前的449.1mm,单位面积农业净灌溉需水量由20世纪50年代的455.7mm减少为目前的331.9mm。在农作物总播种面积一定条件下,降低粮食作物比例、增大经济作物与其它农作物比例均能显著降低流域单位面积农业耗水量及单位面积农业净灌溉需水量。但经济作物与其它农作物种植面积比例提高到一定程度后,继续调整农业种植结构,不能显著降低流域单位面积耗水量。通过比较各环境要素与农业耗水的相关系数及环境要素变化引起农业耗水的变化量,表明人类活动对流域农业耗水的影响强于气候变化对流域农业耗水的影响。人类活动对农业总耗水量影响高于对总净灌溉需水量的影响。 (7)按石羊河流域近期重点治理规划压缩灌溉面积情况下(即将流域总灌溉面积由2003年的30.30万hm2减少为规划报告中的21.03万hm2,)可分别减少农业总耗水和农业总净灌溉需水5.13~5.58亿m3和3.99~4.99亿m3;按规划进一步调整农业种植结构情况下(即将流域粮食作物∶经济作物∶其它农作物面积比例由2003年的61.8∶14.5∶23.7调整为规划报告中的51.2∶29:19.8)可减少农业总耗水和农业总净灌溉需水5.41~5.90亿m3和4.35~5.35亿m3,有利于解决该流域生态环境问题。采用本文建立的农业耗水驱动力模型跟式(5-1)和式(5-2)预测全流域农业耗水误差在8%以内。


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