评职称或毕业的时候，都会遇到论文的烦恼，为此精选了《黄灌区节水改造分析论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。【摘要】经济的发展，相关经济建设的蓬勃展开，对水利建设工程的要求越来越大，在此过程中，如何提高水资源的综合利用效率，提高其经济利用效益，实现经济效益与生态效益的结合，这已经是一个社会水资源利用的比较严峻的问题了，针对这一趋势，积极进行水利灌区节水技术的改造，确保现实经济的可持续发展。
黄灌区节水改造分析论文 篇1：
基于主成分分析法的内蒙古节水改造效益评价
摘 要：内蒙古自治区水资源分布不均严重制约了区域经济发展，各地区节水改造效果差异较大，全面系统地评价节水改造效果并提出合理方案，可为该地区水资源管理提供科学依据。针对内蒙古12个盟（市）的8项节水改造项目指标，采用主成分分析法从不同角度综合评价各盟（市）节水改造的效果，并结合水利普查报告给出节水改造建议。结果表明：通辽市的节水改造效益最好，赤峰市和呼和浩特市次之，阿拉善盟和乌海市的节水改造效益最差。该评价结果与实际情况相符，表明基于主成分分析法的评价结果具有可信度。
關键词：主成分分析法;节水改造;评价指标;内蒙古自治区
doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.02.033
Key words： principal components analytical method; water-saving renovation; evaluation index; Inner Mongolia
内蒙古自治区横跨中国东北、华北、西北三大地区，水资源总量占全国的1.86%，水资源在区域、年际和季节上的分布不均，使得水资源短缺一定程度上成为制约内蒙古大部分地区经济发展的主要瓶颈[1]。近几年来，无论是内蒙古的水资源规划还是水利普查报告，都为该地区的节水改造项目指明了方向，然而如何利用少数或有代表性的指标来综合评价节水改造后的经济、社会和生态效益，将是今后研究的重点。目前，有关节水改造效益评价的方法有人工神经网络法[2]、灰色关联法[3]、离差平方和综合赋权法[4]、模糊评价法[5]和层次分析-蚁群算法[6]等。这些评价方法均能较好地应用于效益评价，但仍存在一些问题，如人工神经网络法和灰色关联法的计算过程复杂，难以在实践中应用;模糊算法不能将现实需要的突出指标明显体现出来;层次分析法的评价指标主观因素影响太大[7]。
主成分分析法将多个变量转化为少数几个综合变量（即主成分），其中每个主成分都是原始变量的线性组合且互不相关，这些主成分能够反映初始变量的绝大部分信息，且所含的信息互不重叠，从而达到简化评价指标的目的[8]。王峰等[9]利用主成分分析法对温室番茄的内在品质进行了评价，并以此制定出更合理的灌水制度;张水清等[10]利用主成分分析法综合评价了河南潢川县的水稻土土壤肥力状况，为该地区中低产田改良提供了技术支持;李世瑶等[11]针对畦灌灌水质量评价指标多等问题，采用主成分分析法评价了畦灌灌水质量，为节水灌溉提供了理论依据。可见，主成分分析法在不同研究领域均得到认可，且具有较好的评价效果。内蒙古地域辽阔，地形复杂，各盟（市）节水改造工程具有一定差异性，但改造指标存在诸多相似性。为此，本文结合主成分分析法对内蒙古12个盟（市）的8项节水改造工程项目指标进行综合评价，旨在建立更简易的评价指标，为节水改造综合效益评价提供新思路。
1 材料与方法
1.1 自然概况
内蒙古自治区土地总面积为118.3万km2，约占我国国土面积的12.3%。东西直线距离2 400 km，南北最大跨度为1 700 km，地形复杂，地貌类型齐全。河流水系大部分为外流河，多年平均水资源总量约为545.95亿m3，全区大于10 ℃年积温在1 853～3 250 ℃之间，降水量在150～450 mm之间、时空分布极不均匀，降雨主要分布在东部地区，降雨时间多集中在夏季，6—8月降水量占全年总量的60%～75%，冬季仅占1%～3%，多年平均水面蒸发量在500～2 400 mm之间，大部分地区属于温带大陆性季风气候区。
1.2 数据来源
参考第一次全国水利普查成果报告，分别选取内蒙古自治区的呼和浩特市、包头市、乌海市、赤峰市、通辽市、呼伦贝尔市、兴安盟、锡林郭勒盟、乌兰察布市、鄂尔多斯市、巴彦淖尔市和阿拉善盟等12个盟（市）节水改造工程项目进行分析。遵循科学合理和实用便捷原则，结合各盟（市）节水改造特点以及改造后的评价指标，对治理河段合格率（X1）、水土保持措施面积（X2）、高效节水灌溉率（X3）、堤防达标率（X4）、配套泵站合格数（X5）、配套刀闸数（X6）、维修机井可供人口数（X7）、改造后人均工资（X8）等8项具有代表性且容易获取的指标（见表1）进行综合效益评价。
2 评价方法
采用主成分分析法对内蒙古自治区12个盟（市）8项节水改造工程项目进行综合评价，将多个变量转化为少数几个综合变量（即主成分），其中每个主成分都是原始变量的线性组合且互不相关，这些主成分能够反映初始变量的绝大部分信息，且所含的信息互不重叠[8]。具体步骤如下。
（1）假定有n个评价对象，每个对象有p个测定指标，分别标记为x1，x2，…，xp，形成数据矩阵X：
（2）为消除各项指标之间在数量级上的差异，对指标进行标准化处理，采用标准差法进行标准化处理[12]：
式中：Qi，j为标准化后的指标;xi，j为原始指标;xj为第j个指标的算术平均值;δj为样本标准差。
（3）根据标准化数据矩阵建立协方差矩阵R，该指标是反映标准化后的数据之间相关关系密切程度的统计指标，其值越大，说明越有必要对数据进行主成分分析，公式如下：
（4）计算R的特征根和特征向量。求解特征方程=0，求出相应的特征根λi（i=1， 2， …， p），因为是正定矩阵，所以λi为非负数，将其按大小进行排序，即λ1≥λ2≥…≥λi≥0。对于特征值的特征向量为
按照主成分分析的基本思想，尽量选取少量的主成分因子进行综合评价，同时保证损失的信息尽可能减少，一般选择特征值大于1的几个主要因素构成主成分进行分析。
（5）计算贡献率和累计贡献率。主成分的贡献率和累计贡献率分别采用式（5）和式（6）计算：
（6）建立初始因子载荷矩阵，以方差贡献率ηk=λk/p为权重，将少数主成分因子进行线性组合，构建综合效益评价的主成分Fi，即Fi=η1fi1+η2fi2+…+ηnfin。
采用SPSS 20数据处理软件进行主成分分析，采用Excel 2010软件进行数据处理。
3 结果与分析
3.1 总方差分解
表2为评价因子标准化后的相关矩阵，可以看出不同评价因子之间既存在正相关，也存在负相关，最大相关系数在0.6以上，最小相关系数在0.1以下，说明选取的评价因子可从多方面综合反映节水改造项目的基本情况。从表3中可以看出，选择特征根大于1的指标作为主成分分析，指标X1、X2和X3的累计方差贡献率为74.78%，说明治理河段合格率（X1）、水土保持措施面积（X2）和高效节水灌溉率（X3）3个指标一定程度可综合反映节水改造项目指标大部分变异信息，可起到将多个变量转化为少数几个综合变量的目的。
3.2 各主成分因子分析
为更好地表达各主成分因子与其他指标的关系，表4给出了主成分系数，可说明3个主成分在其他各项指标上的载荷情况。可以看出：第一主成分是对堤防达标率、配套刀闸数和维修机井可供人口数有绝对值较大的载荷系数，是反映水利设施改造效益的综合指标;第二主成分是对治理河段合格率和高效节水灌溉率有绝对值较大的载荷系数，是反映节水改造在灌水效率提升的综合指标;第三主成分是对水土保持措施面积和配套泵站合格数有绝对值较大的载荷系数，是反映节水改造效果的综合指标。3个主成分指标可综合反映节水改造项目的整体情况。
3.3 节水改造效益综合得分
以每个主成分因子的方差贡献率为权重，计算得到内蒙古自治区12个盟（市）节水改造效益的综合得分情况（见表5），可以看出通辽市得分最高，为83.09，乌海市得分最低，为43.09分，12个盟（市）节水改造效益排名依次为通辽市、赤峰市、呼和浩特市、巴彦淖尔市、呼伦贝尔市、乌兰察布市、鄂尔多斯市、兴安盟、包头市、锡林郭勒盟、阿拉善盟、乌海市。可见，通辽市的节水改造效益最好，赤峰市和呼和浩特市的节水改造效益次之，阿拉善盟和乌海市的节水改造效益最差。通辽市在治理河段方面有较高的合格率，维修和新开发的机井能够满足当地用水需求，而乌海市水土保持措施面积远低于其他盟（市）是导致其节水改造效益低下的主要原因。
参考第一次全国水利普查报告，认为节水改造项目可参考以下建议：一是加强农业用水制度管理，减少农业用水浪费现象，农业用水采取阶梯式水价，合理配置水资源，进一步缓解水资源供需矛盾;二是水土保持措施面积应以高精度遥感影像为基础数据，结合实地调查，使水土保持措施面积符合当地实际情况;三是通过调查农业、工业、生态等部门用水情况，根据灌溉水利用效率、工业用水峰值变化和生态用水优化调度方案，按照实际用水需求维修和开发机井，减少水资源浪费等现象。
4 结 语
以内蒙古自治区12个盟（市）水利普查报告为依据，基于主成分分析法对节水改造项目的8项指标进行了综合效益评价，结果表明：在内蒙古12个盟（市）中，通辽市的节水改造效益最好，赤峰市和呼和浩特市次之，阿拉善盟和乌海市的节水改造效益最差。评价结果与实际情况较为一致，本研究可作为内蒙古节水改造效益评价的一种简便方法。
参考文献：
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【责任编辑 许立新】
作者：王顺 刘春林 李利荣
黄灌区节水改造分析论文 篇2：
浅谈水利工程灌区节水技术的改造
【摘 要】经济的发展，相关经济建设的蓬勃展开，对水利建设工程的要求越来越大，在此过程中，如何提高水资源的综合利用效率，提高其经济利用效益，实现经济效益与生态效益的结合，这已经是一个社会水资源利用的比较严峻的问题了，针对这一趋势，积极进行水利灌区节水技术的改造，确保现实经济的可持续发展。
【关键词】节水灌溉；大型灌区；灌区改造；方案设计；具体措施
0.前言
该文就水利工程灌区的节水技术改造进行一系列剖析，找到水利工程灌区节水技术的不足，采取合理的措施，解决问题，促进我国水资源的合理运行，促进我国经济建设的蓬勃展开。
1.关于节水灌溉涵义的具体分析
相对于传统的农业灌溉，节水灌溉更加具有节水、节省时间，提高灌溉效率的作用，它正在逐渐取代传统的粗放式灌溉方式，实现节水灌溉的效率提升，有利于现代农业的可持续发展。
不能将节水灌溉简单的理解为就是减少灌溉用水量，它实质上是通过多种技术措施的组合运用，提高作物对降水和土壤水的利用效率，降低作物的蒸腾和棵间蒸发，减少无益耗水，从而实现灌水量的减少。从我国目前的灌区工程现状来看，通过渠道防渗、实行管道输水、推广喷、微灌是当前一个时期的主要节水途径。
2.节水灌溉技术及对策措施
2.1工程措施
工程措施又可分为输配水渠系节水和田间节水，包括渠道防渗、管道输水、喷灌、微灌、畦田改造以及平整土地等，主要是通过减少渠道渗漏及田间深层渗漏、减少渠系及田间地表蒸发，提高渠系水和田间水的利用系数，实现节约用水、节约耕地的目的，喷微灌技术还可以维持田间的土壤结构，提高灌水的均匀度，为农作物生长发育创造良好的水分条件。
2.2非工程措施
（1）农艺节水技术。主要包括耕作保墒技术、地膜和秸秆覆盖技术、化学调控技术、作物栽培技术、作物套种与间播技术、土地免耕、水肥耦合等。
（2）田间灌水技术。就是采用膜上灌、膜下灌、间歇灌、波涌灌和交替隔沟灌份根交替灌）等，采用节水型灌溉制度、非充分灌溉制度、降低土壤计划湿润层的最大含水率等，减少土壤渗漏，控制土壤的湿润区域和深度，降低蒸发与蒸腾耗水。
（3）生物节水技术。主要是指依据区域水资源和光热资源条件，选育作物节水抗旱良种，选择推广适合于灌区水土资源和光热资源条件、生产力发展状况的作物类别与品种，优化种植结构等。
（4）管理节水技术。通过加强改善灌区配水与灌溉用水管理、优化水资源配置，建设灌溉用水的监测与信息处理决策系统，应用水权理论，改革水价核定办法，完善水价形成机制，推广计量供水、按方收费，缩小计量单元，吸收用水户参与管理，改革支渠以下田间工程的管理办法等措施，从技术上、政策上、经济上促进节水灌溉的发展。建设灌溉用水的监测与信息处理决策系统、加强与改善灌区配水与灌溉用水管理、优化水资源配置是节水灌溉的技术保证，没有科学的水资源调配和灌溉信息指导，再好的输配水工程条件地会形成灌区内区域问的水资源丰枯不均和引水的浪费。要统一灌区内不同形式水资源的管理，方便灌区水源的优化配置。对引水灌区，要根据不同区域的水资源条件、需水形势等，应用水权理论将灌区内地表水资源进行用水权的再分配，并创造条件，保证用水权在灌区内部的交易。同时在水价的形成机制上，要实行差别水价、定额水价、阶梯制水价等；在水价的核定办法上，要改变过去“愈远愈贵”的水价核定办法，上下游统一水价，不同水源统一水价，以水价作为杠杆促进节水灌溉和水资源的优化配置，改善灌区的水环境。
3.灌区改造技术措施
3.1灌区改造技术
（1）以渠道衬砌、渠系及建筑物配套为重点。针对灌区渠系渗漏损失量大、渠系及建筑物不配套的现状，根据灌区实际，加大渠道的衬砌力度，做好灌区渠系及建筑物的配套，设置测水量水设施，减少灌水的渗漏损失，杜绝偷水灌溉、渠系及建筑物跑水与漏水，提高渠系水利用系数。
（2）以井保丰、井渠结合、井库联合调度。受黄河调控力度加大和降水量减少、工业与生活用水量增大的影响，灌区可引用地表水量被挤占的现象越来越突出，因此在灌区发展过程中’府根据区域水资源状况.按照宜渠则渠、宜井则井的原则，科学合理地确定区域水资源开发利用计划，强化灌区内水资源优化配置，坚持走以井保丰、井渠结合、井库联合调度的路子。
（3）搞好渠系调整，增强调控力度。绝大部分都是老灌区，都有30a左右的发展历史。为了用水方便，各乡镇、村都想在干渠上开口建闸，独自分水，有的甚至一家农户也想独自建闸分水，众多的分水口门给用水的分配、调度和管理带来很大困难，造成水资源的浪费、水费征收和下游用水的困难。为改善灌区渠系布置现状，增強管理、调控能力，扩大有效灌溉面积.要搞好渠系调整、合并。
（4）搞好土地平整，改造沟、畦尺寸。土地平整程度是影响地面灌水技术和灌水质量的重要因素，对缩短灌水时间、提高灌水劳动效率和节水增产也有重要作用，灌区改造的过程中，要搞好土地平整，同时应争取实现激光整平土地。结合土地平整，改长畦为短畦，改宽畦为窄畦，提高灌水均匀度和灌水效率。
（5）改面灌为局部湿润灌。局部湿润灌溉，既能减少土壤蒸发量，也可以提高田间土壤水的利用效率，较好地改善作物根区土壤的通透性，促进根系深扎，有利于根系利用深层土壤储水，节水可达30%以上.增产8%左右。
（6）改进放水方式，发展间歇灌溉。间歇放水可以使水流呈波涌状推进，借助土壤孔隙的自动封闭能力，在土壤表层形成一薄封闭层，加快水流推进速度。在用相同水量灌水时，间歇灌水流前进距离为连续灌的1～3倍，减少了深层渗漏，提高了灌水均匀度。
3.2发展节水灌溉需要研究的问题
（1）加大非充分灌溉技术的研究力度。灌溉制度和灌水方法都与灌水地区、灌水作物、地质土壤、水文气象有关，在水资源不充裕地区从灌区均衡受益和保证灌区整体效益最高、实现灌水的经济最高产量出发，根据作物产量与供水量的关系，研究各种作物的经济需水量，因时因地分别不同作物研究非充分灌溉制度和灌水方法。
（2）加快蔬菜、花卉、果树和珍贵经济作物灌水技术的研究。蔬菜、花卉、水果和珍贵经济作物的需水规律、不同时期灌水量和灌水方法与产量品质的关系等，目前我们了解的还比较少，不仅不利于节约灌溉用水，而且对产品的产量和品质等都有影响，不利于市场上的竞争，因此要加强不同地区、不同种类的蔬菜、花卉、水果等的需水特性和灌水技术的研究。
（3）集约化经营。随着经济的发展、技术的进步，我国目前实行的以联产承包为主体的分散化经营模式，劳动效率低、缺乏规模效益，生产成本高、缺乏市场竞争力，对农业生产、农村经济和高新技术推广应用的制约作用也越来越明显。要保证农业和农村经济的持续发展.从根本上解决我国农村存在的问题，必须研究农村村庄和小城镇的调整、合并的方法、方式，加快调整合并步伐，既能扩大耕地面积，搞活农村市场，发展农村经济减少农村劳动力的流动转移，减轻城市接纳农民工的压力，又有利于农业生产新技术的推广应用，降低成本，提高市场竞争力。
【参考文献】
[1]曹红，闰凤容.发展农业节水灌溉实现可持续发展[J].水利科技与经济，2007，13（2）：135.
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作者：黄华
黄灌区节水改造分析论文 篇3：
卫宁灌区地下水埋深对农业节水的响应分析
摘 要：为揭示卫宁灌区地下水埋深对农业节水灌溉的响应规律，根据灌区2002—2017年地下水埋深、灌溉水量和种植结构资料，采用线性倾向估计法、累计距平法和灰色关联度法进行研究。结果表明：近年来受农业节水的影响，卫宁灌区地下水埋深呈增大趋势，2012年开始地下水埋深增大速率变大;受季节和农业灌溉的影响，地下水埋深年内呈周期性变化，分布呈W形，年内5—10月地下水埋深增幅最大，原因是该时期灌溉水量减少最大;空间上，地下水埋深呈由西向東逐渐增大的分布格局，灌区西部及东南部地下水埋深变化速率较大;卫宁灌区种植结构的调整、灌溉效率的提升以及灌溉水量的减少是地下水埋深增大的主要原因，灌区灌溉水量减少对灌区地下水埋深影响最大，其次是灌溉效率的提升，种植结构的调整对地下水埋深的影响相对较小。
关键词：地下水埋深;农业节水;响应程度;卫宁灌区
doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.07.016
引用格式：刘宽，翟家齐，赵勇，等.卫宁灌区地下水埋深对农业节水的响应分析[J].人民黄河，2021，43（7）：84-88，119.
Key words： groundwater depth; water saving in agriculture; degree of response; Weining irrigation area
地下水在生态环境和农业生产方面起到重要作用[1-3]，是自然植被和作物正常生长的关键因素[4]。近几十年来我国地表水短缺问题严重，随着经济社会发展和人口的增长，水资源供需矛盾日益突出[5-6]，农业节水成为解决水资源短缺的有效途径[7-8]。在我国西北地区，人类活动主要集中在灌溉绿洲区，灌区一般采用渠系灌溉方式，引水渗漏是地下水补给的主要途径[9-10]，但随着农业节水的推广，灌区灌溉水量持续减少，地下水埋深增大成为普遍现象，如石羊河[11]、黑河[12]、塔里木河[13]和河套灌区[14-15]。地下水埋深增大改变了地下水的补给条件和整个灌区的水文循环过程[16-17]，对当地生态环境造成了较大的影响[18]，地下水埋深与农业节水灌溉之间的关系成为研究热点[19-22]。位于宁夏平原的卫宁灌区节水力度不断加大，地下水埋深发生了明显改变，本文对卫宁灌区节水灌溉下地下水埋深的变化特征及对农业节水灌溉各要素的响应程度进行分析，以期揭示卫宁灌区地下水埋深对农业节水灌溉的响应规律，为促进灌区水资源的可持续利用提供参考。
1 数据与方法
1.1 研究区概况
卫宁灌区是宁夏平原的重要组成部分，位于沙坡头水利枢纽和青铜峡水利枢纽之间，北与腾格里沙漠交接，地质条件以黄河冲积平原及河滩地为主，土地总面积约为1 333 km2。灌区属大陆性气候区，冬季严寒，夏季高温，无霜期短，温差大，多年平均降水量173 mm，水面蒸发量1 477 mm[23]。卫宁灌区为引黄灌区，主要有5大引水干渠和15条排水沟，沟渠纵横，灌溉渠系发达（见图1）。
受地质、地貌以及岩性、构造等自然条件和人类活动的影响，卫宁灌区地下水补排较为通畅。卫宁灌区地下水的主要补给途径是渠道渗漏和田间灌溉入渗[23-26]，年补给水量为2.22亿m3，占总补给量的74.1%;其次为大气降水入渗和地下水侧向径流补给，共计0.77亿m3，占灌区地下水总补给量的25.9%。卫宁灌区含水层岩性以砂砾石为主，包气带岩性松散，地下水排泄方式以排水沟排泄和侧向径流排泄为主，排泄水量共计2.02亿m3，占灌区地下水总排泄量的67.2%;其次为潜水蒸发和人工开采，共计0.99亿m3，占总排泄量的32.8%。
2004年卫宁灌区开始全面推行工程措施、农艺措施和田间管理等节水措施[27]，在灌区大力实施节水灌溉，包括渠系衬砌、小畦灌溉、种植结构调整以及推广高效节灌。灌区渠系衬砌提高了输水能力，减少了渠系渗漏损失;种植结构调整采用低耗水作物代替高耗水作物，减少了作物耗水量;小畦灌溉、高效节灌减少了田间渗漏损失，提高了田间水利用效率，降低了单位面积灌水量。随着节水措施的实施，灌区地下水补给量减少愈加显著。
1.2 数据来源及研究方法
本文基于收集的卫宁灌区2002—2017年19眼观测井实测逐月地下水位数据，计算得到相应的地下水埋深数据。卫宁灌区引水数据来源于1998—2017年的《宁夏水资源公报》，2002—2017年宁夏各县（市）种植面积和种植结构数据来源于《宁夏统计年鉴》。本文采用线性倾向估计法、滑动平均法、累计距平法分析地下水埋深在灌区节水灌溉条件下的变化特征，采用灰色关联度法[28-29]分析灌区节水灌溉要素与地下水埋深变化的相关程度。
2 地下水埋深变化特征
2.1 地下水埋深时间变化特征
卫宁灌区地下水埋深年际变化见图2。2002—2017年卫宁灌区多年平均地下水埋深为2.26 m，2003年埋深最小为2.15 m，2015年埋深最大为2.43 m，地下水埋深总体呈增大趋势，增大速率为0.2 m/（10 a），与2002年相比，2017年埋深增大0.23 m。卫宁灌区地下水埋深变化有阶段性特征，2002—2005年地下水埋深相对平稳，2006—2011年地下水埋深波动增大，2012—2017年地下水埋深大幅增大。2002—2017年卫宁灌区地下水埋深累计距平曲线见图3，可知2012年地下水埋深发生突变，据此，将卫宁灌区地下水埋深变化过程分为2002—2011年和2012—2017年两个时期，各时期地下水埋深年内分布见图4。
卫宁灌区地下水埋深一方面受气候因素影响呈季节性变化，另一方面受农业灌溉影响呈周期性变化，年内呈W形，月均地下水埋深见图4和表1。4月开始引水灌溉，同时温度升高，灌溉水和土壤冻融水回补地下，地下水埋深开始减小;5—8月进入灌溉期，同时降水量增多，灌溉水和降水大量下渗，地下水埋深快速减小，8月地下水埋深为年内最小，平均埋深为1.78 m;9—10月灌溉水量及降水量有所减少，地下水埋深开始增大;11月为冬灌期，地下水埋深有所减小;12月停止灌溉，土壤冻土层不断加厚，地下水埋深开始持续增大，3月地下水埋深为年内最大，平均地下水埋深为2.84 m。由图4可知，两时期地下水埋深变化情况基本一致，1—4月变化不大，地下水埋深增大主要集中在5—10月，原因是2012—2017年灌区农业种植结构调整、灌溉水利用率提升等节水措施主要集中在5—10月，导致该时段地下水补给量比2002—2011年明显减少。
2.2 地下水埋深空间分布特征
利用反距离权重法对卫宁灌区2002—2017年的地下水埋深分布、变化速率和变幅进行空间展布（见图5）可知，灌区地下水埋深沿东西方向具有明显的空间差异性，东部地下水埋深较大、已形成地下漏斗，西部地下水埋深较小，2002—2017年地下水空间分布相对保持稳定，地下水埋深增大区域集中在灌区西部和东南部。2002年卫宁灌区地下水埋深为0.6～6.3 m，2017年地下水埋深为0.9～5.9 m，灌區地下水埋深区间减小。
对2002—2017年不同地下水埋深区间（0～1.0、1.0～2.0、2.0～2.5、2.5～3.0 m和大于3.0 m）的面积占比进行统计分析（见图6）发现，灌区埋深较小区间面积占比减小显著，埋深较大区间面积占比增大显著，其他区间面积占比波动不大。2002—2017年灌区地下水埋深小于1.0 m的区域面积占比减小最为显著，从2002年占灌区总面积的10.8%，到2017年仅占灌区总面积的1%;埋深范围为1.0～2.0 m的区域面积占比整体呈微弱减小趋势;埋深范围为2.0～2.5 m的区域面积占比整体呈明显增大趋势，2017年比2002年增大了26.7%;埋深范围为2.5～3.0 m的区域面积占比呈先增大后减小趋势，但变幅较小;埋深范围大于3.0 m的区域面积占比近年来增大最为显著，从2002年占灌区总面积的20.3%增大到2017年的28.0%。整体来看，2002—2017年卫宁灌区地下水埋深较小的区间面积占比减小，埋深为1.0～2.0 m的区域面积占比最大，而埋深大于3.0 m的区间面积增大。
3 地下水埋深与农业节水灌溉相关性分析
渠系渗漏和田间渗漏是卫宁灌区地下水的主要补给源。近年来，卫宁灌区全面推进节水措施，灌区渠系衬砌率明显提高，减少了渠系的渗漏水量;种植结构调整使得田间作物的耗水量显著减少;而小畦灌溉、高效节灌等措施减少了田间渗漏水量，降低了单位面积的灌水量，提高了田间的用水效率。地下水埋深对农业节水各要素的响应程度存在差异，根据上述分析并结合其他学者的相关分析[22， 30-31]，选取灌区灌溉水量、种植结构和单位面积灌溉水量作为反映农业节水灌溉的指标，分析地下水埋深对农业节水各要素的响应程度。
3.1 农业节水灌溉变化特征
2002—2017年卫宁灌区种植结构不断调整，粮经比（粮食作物与经济作物面积之比）和粮农比（粮食作物与农作物面积之比）作为反映灌区种植结构变化的指标，近年来变化经历了两个阶段（见图7（a））：2002—2008年灌区粮经比和粮农比呈快速下降趋势，种植结构发生显著变化;2009—2017年灌区粮经比、粮农比变化较小，灌区种植结构调整幅度不大。灌区单位面积灌溉水量整体呈明显下降趋势，变化过程也大致经历了两个阶段（见图7（b））：2008年之前灌区单位面积灌溉水量下降十分显著，减少了56%;2009—2017年则变化相对较小。灌区种植结构调整，灌溉效率提升的同时，灌区灌溉水量显著下降（见图7（c）），2002—2017年灌溉水量下降速率为2.8亿m3/（10 a），2002年灌溉水量最高为15.1亿m3，2016年灌溉水量最低为9.7亿m3，相对减少了5.4亿m3，近年来灌溉水量下降速率变缓。
3.2 节水灌溉对地下水埋深影响程度分析
采用灰色关联法，分析卫宁灌区地下水埋深对农业节水灌溉各要素的响应程度（见图8）。卫宁灌区地下水埋深与种植结构、灌溉效率和灌溉水量之间灰色关联度分别为0.59、0.66和0.85，即3个要素对地下水埋深的影响程度排序为灌溉水量>灌溉效率>种植结构。2002—2017年灌溉水量与地下水埋深之间的关联度均为最高，但近年来关联度呈持续下降趋势;种植结构和灌溉效率与地下水埋深的关联度差别不大，二者交替上升，2008年之后，种植结构的关联度趋于稳定，而灌溉效率对地下水埋深变化影响增大。
4 讨 论
卫宁灌区平均地下水埋深从2002年的2.17 m增大到2017年的2.4 m，地下水埋深小于1 m的面积占比从10.8%下降到1.0%，地下水埋深大于3 m的面积占比相对增大7.7%，地下水埋深增大趋势明显。降水和灌溉水下渗是灌区地下水的主要补给源;卫宁灌区降水量稀少，补给地下水量有限[32]，2003年降水补给量在地下水补给量中占比为5%[24]，2015年降水补给量占比增大到19%[23]，这表明地下水补给水量中渠系和田间入渗水量逐渐减少，灌区农业节水是地下水埋深增大的主要原因。农业节水指标中灌溉水量的减少是农业节水的宏观表现，是灌区地下水埋深增大的根本原因，与地下水埋深的关联度最高;灌溉效率是农业节水的微观反映，是灌区单位面积用水量的表征，近年来灌区灌溉效率的提升表明灌区单位面积对地下水的补给效应逐渐减弱，是灌区地下水埋深增大的直接原因;灌区种植结构的调整减少了农业耗水量，是地下水埋深增大的间接原因，但其影响相对较小。
地下水是西北干旱地区天然植被生态的主要水源，随着农业节水措施的实施，地下水埋深逐渐增大，灌区自然生态将逐渐受到威胁，如地下水埋深快速增大的塔里木河流域[13]和青铜峡灌区[33]，受农业高强度节水的影响，目前需大量引用生态水，以维持或修复灌区天然植被生态。因此，农业高强度的节水势必会导致灌区植被生态遭到威胁，带来一系列的生态问题[21，34-35]。另一方面，农作物的生长受地下水的胁迫作用相对较小，农业节水的前提是满足农作物的基础用水[36]，灌区通过减少低效无用耗水及渗漏水达到节水效果，农作物对地下水埋深增大的响应并不明显。
5 结 论
基于2002—2017年卫宁灌区地下水埋深数据，分析农业节水灌溉下地下水埋深的时空变化规律，并对农业节水灌溉各要素的响应程度进行分析。卫宁灌区地下水多年平均埋深为2.26 m，2002—2011年地下水埋深变化不大，2012年之后地下水埋深增大速率加快;年内地下水埋深呈周期性变化，5—10月灌区地下水埋深增大显著。随着灌区农业节水的推进，地下水埋深呈加快增大趋势。卫宁灌区地下水埋深空间分布格局无明显变化，呈由西向东递增的分布特征，地下水埋深增大主要集中在灌区西部及东南部。从埋深占比上看，灌区小埋深区间的面积正快速减少，大埋深的面积快速增大。
卫宁灌区农业节水灌溉中，粮经比（种植结构）、单位面积灌溉水量（灌溉效率）、总灌溉水量均呈显著下降趋势，对灌区地下水埋深产生较大影响。灰色关联分析结果表明，对地下水埋深影响最大的节水灌溉要素是灌区灌溉水量（减少），其次为灌区灌溉效率（提升），种植结构调整的影响相对较小。随着卫宁灌区农业节水的推进，地下水埋深不断增大，势必会帶来一定的生态问题，需要引起有关方面的重视。
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作者：刘宽 翟家齐 赵勇 董义阳 李海红